一种光纤超声波气体湿度传感器
阅读说明：本技术 一种光纤超声波气体湿度传感器 (Optical fiber ultrasonic gas humidity sensor ) 是由 不公告发明人 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于测量装置技术领域,具体涉及一种光纤超声波气体湿度传感器,包括激光器,激光器的一侧连接有光纤,光纤远离激光器的一端设置有连接保护层,连接保护层与光纤连接的截面设置有若干纳米金颗粒,连接保护层内部设置有水溶液,连接保护层远离光纤的一端设置有压电基板,压电基板上设置有敏感材料,敏感材料远离连接保护层一端的顶部设置有叉指换能器,叉指换能器上设置有信号输出端,压电基板靠近连接保护层一端的背侧设置有扩散器。本发明由于光纤可以长距离传输脉冲激光,进而可以远距离测量,而且可以随时控制激光输入,不仅功耗小,而且便于控制输入信号。(The invention belongs to the technical field of measuring devices, and particularly relates to an optical fiber ultrasonic gas humidity sensor which comprises a laser, wherein one side of the laser is connected with an optical fiber, one end, away from the laser, of the optical fiber is provided with a connecting protective layer, the section, connected with the optical fiber, of the connecting protective layer is provided with a plurality of nano-gold particles, an aqueous solution is arranged inside the connecting protective layer, one end, away from the optical fiber, of the connecting protective layer is provided with a piezoelectric substrate, a sensitive material is arranged on the piezoelectric substrate, the top, away from one end, of the connecting protective layer, of the sensitive material is provided with an interdigital transducer, a signal output end is arranged. The optical fiber can transmit the pulse laser in a long distance, so that the long-distance measurement can be realized, the laser input can be controlled at any time, the power consumption is low, and the input signal can be conveniently controlled.)
技术领域
本发明涉及气体湿度检测装置技术领域，具体为一种光纤超声波气体湿度传感器。
背景技术
气体湿度传感器是对气体湿度进行有效检测的重要设备，其稳定性以及可靠性对于相关设备的保养维护以及相关工作的正常顺利推进，有着重要影响，因此，设计一种高精度、稳定的气体湿度传感器有着重要意义。
现有技术中，由于气体湿度传感器的结构局限性，其灵敏度较低，测量精度无法保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤超声波气体湿度传感器，解决了难以检测海水的波动方向和波动大小的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光纤超声波气体湿度传感器，包括激光器，所述激光器的一侧连接有光纤，所述光纤远离激光器的一端设置有连接保护层，所述连接保护层与光纤连接的截面设置有若干纳米金颗粒，所述连接保护层内部设置有水溶液，所述连接保护层远离光纤的一端设置有压电基板，所述压电基板上设置有敏感材料，所述敏感材料远离连接保护层一端的顶部设置有叉指换能器，所述叉指换能器上设置有信号输出端，所述压电基板靠近连接保护层一端的背侧设置有扩散器。
优选的，所述敏感材料由抗腐蚀性较强的合金材料制成。
优选的，所述连接保护层的内壁材料为耐腐蚀性较强的树脂材料制成。
优选的，所述激光器的激光口、光纤、连接保护层以及压电基板均位于同一水平高度上。
优选的，所述光纤通过连接保护层与敏感材料信号连接。
优选的，所述敏感材料靠近连接保护层的一端位于水溶液内部。
优选的，所述敏感材料贴附连接于压电基板的凸起表面上。
优选的，所述扩散器通过螺钉紧固于压电基板上，且其扩散口与敏感材料匹配。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过激光器发射脉冲激光通过光纤，脉冲激光照射到光纤截面的纳米金颗粒上，纳米金颗粒吸收脉冲激光的能量受热膨胀，然后瞬间受水的冷却缩小，纳米金颗粒瞬间膨胀收缩，同时产生超声波信号传输到敏感材料上产生声表面波，声表面波通过敏感材料传递到叉指换能器，再由叉指换能器将声波转化为电信号输出。同时，光纤可以长距离传输脉冲激光，所以本设计可以远距离测量，而且可以随时控制激光输入，不仅功耗小，而且便于控制输入信号。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的压电基板连接结构示意图一；
图3为本发明的压电基板连接结构示意图二。
图中：1、激光器；2、光纤；3、连接保护层；4、纳米金颗粒；5、水溶液；6、敏感材料；7、压电基板；8、叉指换能器；9、信号输出端；10、扩散器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，一种光纤超声波气体湿度传感器，包括激光器1，激光器1的一侧连接有光纤2，光纤2远离激光器1的一端设置有连接保护层3，连接保护层3与光纤2连接的截面设置有若干纳米金颗粒4，连接保护层3内部设置有水溶液5，连接保护层3远离光纤2的一端设置有压电基板7，压电基板7上设置有敏感材料6，敏感材料6远离连接保护层3一端的顶部设置有叉指换能器8，叉指换能器8上设置有信号输出端9，压电基板7靠近连接保护层3一端的背侧设置有扩散器10，光纤2通过连接保护层3与敏感材料6信号连接，敏感材料6靠近连接保护层3的一端位于水溶液5内部。
具体的，测量气体中水分子浓度湿度时，待测空气中有水分子，敏感材料6是一种吸收水分后能改变硬度的材料，它作为声表面波的传播介质，当敏感材料6硬度改变后，声波的传递速度也会发生改变，当叉指换能器8接收到不同的声波信号后输出不同的电信号，通过分析输出的不同电信号来计算出空气中的水分浓度。
实施例2
请参阅图1，一种光纤超声波气体湿度传感器，包括激光器1，激光器1的一侧连接有光纤2，光纤2远离激光器1的一端设置有连接保护层3，连接保护层3与光纤2连接的截面设置有若干纳米金颗粒4，连接保护层3内部设置有水溶液5，连接保护层3远离光纤2的一端设置有压电基板7，压电基板7上设置有敏感材料6，敏感材料6远离连接保护层3一端的顶部设置有叉指换能器8，叉指换能器8上设置有信号输出端9，压电基板7靠近连接保护层3一端的背侧设置有扩散器10，光纤2通过连接保护层3与敏感材料6信号连接，敏感材料6靠近连接保护层3的一端位于水溶液5内部。
具体的，测量气体中水分子浓度湿度时，待测空气中有水分子，敏感材料6是一种吸收水分后能改变硬度的材料，它作为声表面波的传播介质，当敏感材料6硬度改变后，声波的传递速度也会发生改变，当叉指换能器8接收到不同的声波信号后输出不同的电信号，通过分析输出的不同电信号来计算出空气中的水分浓度。
特殊的，激光器1的激光口、光纤2、连接保护层3以及压电基板7均位于同一水平高度上。由于装置均为于同一水平高度上，进而激光器1发射的激光可以沿光纤2直线传播，进而保证检测的灵敏度。
实施例3
请参阅图1，一种光纤超声波气体湿度传感器，包括激光器1，激光器1的一侧连接有光纤2，光纤2远离激光器1的一端设置有连接保护层3，连接保护层3与光纤2连接的截面设置有若干纳米金颗粒4，连接保护层3内部设置有水溶液5，连接保护层3远离光纤2的一端设置有压电基板7，压电基板7上设置有敏感材料6，敏感材料6远离连接保护层3一端的顶部设置有叉指换能器8，叉指换能器8上设置有信号输出端9，压电基板7靠近连接保护层3一端的背侧设置有扩散器10，光纤2通过连接保护层3与敏感材料6信号连接，敏感材料6靠近连接保护层3的一端位于水溶液5内部。
具体的，测量气体中水分子浓度湿度时，待测空气中有水分子，敏感材料6是一种吸收水分后能改变硬度的材料，它作为声表面波的传播介质，当敏感材料6硬度改变后，声波的传递速度也会发生改变，当叉指换能器8接收到不同的声波信号后输出不同的电信号，通过分析输出的不同电信号来计算出空气中的水分浓度。
激光器1的激光口、光纤2、连接保护层3以及压电基板7均位于同一水平高度上。由于装置均为于同一水平高度上，进而激光器1发射的激光可以沿光纤2直线传播，进而保证检测的灵敏度。
特殊的，光纤2通过连接保护层3与敏感材料6信号连接，敏感材料6靠近连接保护层3的一端位于水溶液5内部。通过水溶液5与敏感材料6的相互接触，使敏感材料6吸水更快，探测能力更强，传感器工作更高效。
实施例4
请参阅图1，一种光纤超声波气体湿度传感器，包括激光器1，激光器1的一侧连接有光纤2，光纤2远离激光器1的一端设置有连接保护层3，连接保护层3与光纤2连接的截面设置有若干纳米金颗粒4，连接保护层3内部设置有水溶液5，连接保护层3远离光纤2的一端设置有压电基板7，压电基板7上设置有敏感材料6，敏感材料6远离连接保护层3一端的顶部设置有叉指换能器8，叉指换能器8上设置有信号输出端9，压电基板7靠近连接保护层3一端的背侧设置有扩散器10，光纤2通过连接保护层3与敏感材料6信号连接，敏感材料6靠近连接保护层3的一端位于水溶液5内部。
具体的，测量气体中水分子浓度湿度时，待测空气中有水分子，敏感材料6是一种吸收水分后能改变硬度的材料，它作为声表面波的传播介质，当敏感材料6硬度改变后，声波的传递速度也会发生改变，当叉指换能器8接收到不同的声波信号后输出不同的电信号，通过分析输出的不同电信号来计算出空气中的水分浓度。
激光器1的激光口、光纤2、连接保护层3以及压电基板7均位于同一水平高度上。由于装置均为于同一水平高度上，进而激光器1发射的激光可以沿光纤2直线传播，进而保证检测的灵敏度。
光纤2通过连接保护层3与敏感材料6信号连接，敏感材料6靠近连接保护层3的一端位于水溶液5内部。通过水溶液5与敏感材料6的相互接触，使敏感材料6吸水更快，探测能力更强，传感器工作更高效。
特殊的，请参阅图2、图3，敏感材料6贴附连接于压电基板7的凸起表面上，扩散器10通过螺钉紧固于压电基板7上，且其扩散口与敏感材料6相匹配。将敏感材料贴附在压电基板7的凸起表面上，增加了敏感材料6与空气的接触面积，从而使水分子与敏感材料6作用更加充分，反应更剧烈，使得声表面波传播效果变化更明显，更有效地产生不同大小的电信号，通过推算电信号来表示不同的空气中水分子含量，其次，在敏感材料6处加上扩散器10，加快空气流通，进一步加速水分子对敏感材料6的作用效果，进一步加速声表面波信号变化，从而使电信号变化更明显，更利于通过电信号来表示不同的空气中水分子含量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。