气体流速测量装置及系统的制作方法

1.本技术涉及气体流速检测领域，具体而言，涉及一种气体流速测量装置及系统。


背景技术：

2.气体流速气体的流速，是用单位时间内通过柱子或检测器的气体体积大小来表示的，常用单位是毫升/分，测量气体流速的方法很多，在气相色谱中，由于气体流速较小，载气与氢气流速为20～150ml/分，空气流速为200～1000ml/分。气体在流速大的地方压强较小，在流速小的地方压强较大。
3.现有技术中，一般是使用红外传感器，对管道中的气体流速进行测量，在实际应用中，使用红外传感器对管道中的气体流速进行测量，是通过检测气体的指纹光谱，实现对气体的流速进行测量。
4.但是，现有技术中的红外传感器灵敏度低，且体积大、笨重、昂贵、操作复杂，难以满足简单的对气体流速进行测量的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种气体流速测量装置及系统，以解决现有技术中的红外传感器灵敏度低，且体积大、笨重、昂贵、操作复杂，难以满足简单的对气体流速进行测量的要求的问题。
6.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
7.第一方面，本技术提供一种气体流速测量装置，装置包括：光源、光纤、气体腔、石墨烯薄膜、金属颗粒层和光探测器，光纤的两侧分别设置有光源和气体腔，且光源产生的光信号通过光纤达到气体腔的内部，气体腔内部与光纤相对的面设置为石墨烯薄膜，石墨烯薄膜靠近光纤的一侧设置有金属颗粒层，气体腔的两个相对的面上分别设置有进气口和出气口，光探测器设置在气体腔远离光纤的一侧，用于检测气体腔出射的光信号的共振波长。
8.可选地，该装置还包括第一弹性部和第二弹性部，第一弹性部和第二弹性部分别设置在石墨烯薄膜的两端，用于将石墨烯薄膜进行固定，且第一弹性部靠近进气口，第二弹性部靠近出气口。
9.可选地，该第一弹性部的弹性系数小于第二弹性部的弹性系数。
10.可选地，该装置还包括：第一阀门和第二阀门，第一阀门设置在进气口，第二阀门设置在出气口，第一阀门和第二阀门分别用于控制进气口和出气口的打开和闭合。
11.可选地，该出气口和进气口不对称设置，且进气口靠近光纤设置，出气口远离光纤设置。
12.可选地，该金属颗粒层的金属颗粒靠近进气口的一侧金属颗粒的数量大于靠近出气口一侧的金属颗粒的数量。
13.可选地，该金属颗粒层的材料为贵金属材料。
14.第二方面，本技术提供一种气体流速测量系统，系统包括：处理器、显示器和第一
方面任意一项的气体流速测量装置，显示器和处理器依次与气体流速测量装置的光探测器电连接，处理器用于根据气体腔出射的共振波长与待测气体流速的关系，得到气体流速，显示器用于将得到的气体流速进行显示。
15.本发明的有益效果是：
16.本技术提供的气体流速测量装置，装置包括：光源、光纤、气体腔、石墨烯薄膜、金属颗粒层和光探测器，光纤的两侧分别设置有光源和气体腔，且光源产生的光信号通过光纤达到气体腔的内部，气体腔内部与光纤相对的面设置为石墨烯薄膜，石墨烯薄膜靠近光纤的一侧设置有金属颗粒层，气体腔的两个相对的面上分别设置有进气口和出气口，光探测器设置在气体腔远离光纤的一侧，用于检测气体腔出射的光信号的共振波长的变化；当需要对待测气体流速进行检测时，将待测气体通入到该气体流速测量装置的气体腔中，由于石墨烯薄膜具有韧性，在气体的压强的作用下，该石墨烯薄膜的形状发生改变，进而改变该石墨烯薄膜上该金属颗粒层中的金属颗粒之间的间距，进而改变该金属颗粒层中的金属颗粒与光信号的共振情况，光源产生的光信号通过该光纤传递到该气体腔中，在该气体腔中与该金属颗粒发生共振，使得部分光信号的能量被吸收，其余能量通过该石墨烯薄膜，由于该石墨烯薄膜使得该光信号与该金属颗粒层的共振情况发生改变，进而使得通过该石墨烯薄膜到达光探测器的光信号的量发生改变，通过光探测器检测气体腔出射的光信号的共振波长的变化，并通过气体腔出射的共振波长的变化与待测气体流速的关系，得到气体流速，由于本技术将气体流速的问题转化为光学问题，进而使得对气体流速的检测更加准确，且灵敏度更高，并且本技术的装置结构简单，操作简单，可以满足简单的对气体流速进行测量的要求。
附图说明
17.图1为本发明一实施例提供的一种气体流速测量装置的结构示意图；
18.图2为本发明一实施例提供的另一种气体流速测量装置的结构示意图；
19.图3为本发明一实施例提供的另一种气体流速测量装置的结构示意图；
20.图4为本发明一实施例提供的另一种气体流速测量装置的结构示意图。
21.图标：10
‑
光源；20
‑
光纤；30
‑
气体腔；31
‑
进气口；32
‑
出气口；40
‑
石墨烯薄膜；50
‑
金属颗粒层；60
‑
光探测器；70
‑
第一弹性部；80
‑
第二弹性部；90
‑
第一阀门；91
‑
第二阀门。
具体实施方式
22.使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
23.图1为本发明一实施例提供的一种气体流速测量装置的结构示意图；如图1所示，本技术提供一种气体流速测量装置，装置包括：光源10、光纤20、气体腔30、石墨烯薄膜40、金属颗粒层50和光探测器60，光纤20的两侧分别设置有光源10和气体腔30，且光源10产生的光信号通过光纤20达到气体腔30的内部，气体腔30内部与光纤20相对的面设置为石墨烯薄膜40，石墨烯薄膜40靠近光纤20的一侧设置有金属颗粒层50，气体腔30的两个相对的面上分别设置有进气口31和出气口32，光探测器60设置在气体腔30远离光纤20的一侧，用于
检测气体腔30出射的光信号的共振波长。
24.该光纤20的两端分别设置有光源10和气体腔30，该光源10一般采用激光光源10，该气体腔30的形状根据实际需要而定，在此不做具体限定，在实际应用中，该气体腔30一般设置在长方体空腔结构，且长方体空腔结构的一个面设置为石墨烯薄膜40，该光纤20远离该光源10的一端伸入到该气体腔30内部，且该光纤20与该石墨烯薄膜40相对设置，使得该光源10产生的光信号，通过该光纤20直接传递到该石墨烯薄膜40上，该石墨烯薄膜40靠近该光纤20的一侧设置有金属颗粒层50，一般的，该金属颗粒层50上的金属颗粒的长处为纳米尺寸，该金属颗粒层50上排布着纳米尺寸的金属颗粒，使得光信号在到达该石墨烯薄膜40之前，与该金属颗粒层50上的金属颗粒发生耦合，即该光信号与金属颗粒层50的金属颗粒发生共振，使得光信号的部分能量被金属颗粒层50的金属颗粒吸收，进而使得光信号的强度发生改变，剩余的光信号通过该金属颗粒层50到达石墨烯薄膜40，通过该石墨烯薄膜40传递到光探测器60上，该光探测器60用于检测气体腔30出射的光信号的共振波长的变化，且该气体腔30的两个相对的面上分别设置有进气口31和出气口32，一般的，可以将该进气口31和出气口32分别与光纤20的轴线垂直设置，该进气口31和出气口32分别用于进气和出气，当需要对气体流速进行测量的时候，将待测气体通入该气体腔30的进气口31，由于该石墨烯薄膜40具有一定的弹性，该石墨烯薄膜40在待测气体的作用下产生形变，即该石墨烯薄膜40涨起或者凹陷，该石墨烯薄膜40的形状发生改变，进而使得金属颗粒层50也发生形变，进而改变该石墨烯薄膜40上该金属颗粒层50中的金属颗粒之间的间距，进而改变该金属颗粒层50中的金属颗粒与光信号的共振情况，光源10产生的光信号通过该光纤20传递到该气体腔30中，在该气体腔30中与该金属颗粒发生共振，使得部分光信号的能量被吸收，其余能量通过该石墨烯薄膜40，由于该石墨烯薄膜40使得该光信号与该金属颗粒层50的共振情况发生改变，进而使得通过该石墨烯薄膜40到达光探测器60的光信号的量发生改变，通过光探测器60检测气体腔30出射的光信号的共振波长的变化，并通过气体腔30出射的共振波长的变化与待测气体流速的关系，得到气体流速，由于本技术将气体流速的问题转化为光学问题，进而使得对气体流速的检测更加准确，且灵敏度更高，并且本技术的装置结构简单，操作简单，可以满足简单的对气体流速进行测量的要求，在实际应用中，该气体腔30的体积、该进气口31和该出气口32的尺寸根据实际需要而定，在此不做具体限定，即使得本技术的装置便于各种场合测量；另外，由于本技术使用光学参数计算气体流速，由于光的变化是敏感的，所以该设计计算得到的气体流速灵敏度高；由于光纤传输信号损耗低，抗干扰能力强，所以测得的信号受本身损耗的影响和外界信号的干扰的影响很小，因此使得本技术对气体流速的检测更加准确；并且由于本技术的装置设置有排气口，在测量完成以后，可通过排气口将气体吸出继续下次测量，即可实现多次重复使用。
25.图2为本发明一实施例提供的另一种气体流速测量装置的结构示意图；如图2所示，可选地，该装置还包括第一弹性部70和第二弹性部80，第一弹性部70和第二弹性部80分别设置在石墨烯薄膜40的两端，用于将石墨烯薄膜40进行固定，且第一弹性部70靠近进气口31，第二弹性部80靠近出气口32。
26.该第一弹性部70和第二弹性部80的材料为弹性材料，即该第一弹性部70和第二弹性部80在力的作用下可以发生形变，该第一弹性部70和第二弹性部80用于将该石墨烯薄膜40进行固定，当需要对待测气体流速进行检测的时候，该第一弹性部70和第二弹性部80在
气体压强的作用下发生形变，进而使得该石墨烯层的形变程度更大，从而使得该金属颗粒层50的形变程度改变更大，进而使得本技术的装置对气体流速的检测更加灵敏准确，在实际应用中，靠近该进气口31的为第一弹性部70，靠近该出气口32的为第二弹性部80。
27.可选地，该第一弹性部70的弹性系数小于第二弹性部80的弹性系数。
28.将该第一弹性部70的弹性系数设置为小于该第二弹性部80的弹性系数，即靠近该进气口31的第一弹性部70的弹性系数较小，靠近该出气口32的第二弹性部80的弹性系数较大，使得当待测气体通过该气体腔30时，该石墨烯薄膜40靠近该出气口32一端的形变量大于靠近该进气口31一端的形变量，从而引起石墨烯薄膜40有角度上的变化，入射光相对于金属颗粒也发生了倾斜，使得金属颗粒之间的表面等离激元共振得到更大的改变，使得到达光探测器60的共振波长的变化更大，进而增加本技术的装置检测气体流速的灵敏度。
29.图3为本发明一实施例提供的另一种气体流速测量装置的结构示意图；如图3所示，可选地，该装置还包括：第一阀门90和第二阀门91，第一阀门90设置在进气口31，第二阀门91设置在出气口32，第一阀门90和第二阀门91分别用于控制进气口31和出气口32的打开和闭合。
30.该第一阀门90设置在进气口31，第二阀门91设置在出气口32，第一阀门90和第二阀门91分别用于控制进气口31和出气口32的打开和闭合，控制该第一阀门90可以控制进气口31是否进气，控制该第二阀门91控制该出气口32是否进气，一般的该第一阀门90和第二阀门91同时打开或者闭合。
31.图4为本发明一实施例提供的另一种气体流速测量装置的结构示意图；如图4所示，可选地，该出气口32和进气口31不对称设置，且进气口31靠近光纤20设置，出气口32远离光纤20设置。
32.该出气口32和进气口31不对称设置，即使得该进气口31和该出气口32错开设置，如此设置使得进气口31靠近光纤20，出气口32远离光纤20，进而使得处于上部分的石墨烯薄膜40离流入的待测气体较远，受到的压力较小，处于下部分的石墨烯薄膜40离流入的待测气体较近，受到的压力较大，更一步的使得贵金属颗粒其角度发生大的变化，从而引起到达光探测器60的共振波长的变化更大，更加的增加测量的灵敏度和准确性。
33.可选地，该金属颗粒层50的金属颗粒靠近进气口31的一侧金属颗粒的数量大于靠近出气口32一侧的金属颗粒的数量。
34.将石墨烯薄膜40上的金属颗粒层50的金属颗粒设置为上半部分的金属颗粒较多，下半部分的金属颗粒较少。由于上部分有更多的贵金属颗粒，上部分的质量大于下部分的，使得当有气体流入时，上部分的偏转角小于下部分的偏转角，从而使得石墨烯薄膜40角度的偏转程度更大，即该改进使得石墨烯薄膜40上半部分形变相对与下半部分更小，使得石墨烯薄膜40角度的偏转程度更大，从而引起到达光探测器60的共振波长的变化更大，更加的增加测量的灵敏度。
35.可选地，该金属颗粒层50的材料为贵金属材料。
36.该金属颗粒层50的金属颗粒层50的材料可以为贵金属中的一种，也可以为贵金属中的多种，在此不做具体限定。
37.本技术提供的气体流速测量装置，装置包括：光源10、光纤20、气体腔30、石墨烯薄膜40、金属颗粒层50和光探测器60，光纤20的两侧分别设置有光源10和气体腔30，且光源10
产生的光信号通过光纤20达到气体腔30的内部，气体腔30内部与光纤20相对的面设置为石墨烯薄膜40，石墨烯薄膜40靠近光纤20的一侧设置有金属颗粒层50，金属颗粒层50为纳米尺寸的金属颗粒，气体腔30的两个相对的面上分别设置有进气口31和出气口32，且进气口31和出气口32分别与光纤20的轴线垂直，光探测器60设置在气体腔30远离光纤20的一侧，用于检测气体腔30出射的光信号的共振波长的变化；当需要对待测气体流速进行检测时，将待测气体通入到该气体流速测量装置的气体腔30中，由于石墨烯薄膜40具有韧性，在气体的压强的作用下，该石墨烯薄膜40的形状发生改变，进而改变该石墨烯薄膜40上该金属颗粒层50中的金属颗粒之间的间距，进而改变该金属颗粒层50中的金属颗粒与光信号的共振情况，光源10产生的光信号通过该光纤20传递到该气体腔30中，在该气体腔30中与该金属颗粒发生共振，使得部分光信号的能量被吸收，其余能量通过该石墨烯薄膜40，由于该石墨烯薄膜40使得该光信号与该金属颗粒层50的共振情况发生改变，进而使得通过该石墨烯薄膜40到达光探测器60的光信号的量发生改变，通过光探测器60检测气体腔30出射的光信号的共振波长的变化，并通过气体腔30出射的共振波长的变化与待测气体流速的关系，得到气体流速，由于本技术将气体流速的问题转化为光学问题，进而使得对气体流速的检测更加准确，且灵敏度更高，并且本技术的装置结构简单，操作简单，可以满足简单的对气体流速进行测量的要求。
38.本技术提供一种气体流速测量系统，系统包括：处理器、显示器和上述任意一项的气体流速测量装置，显示器和处理器依次与气体流速测量装置的光探测器60电连接，处理器用于根据气体腔30出射的共振波长的变化与待测气体流速的关系，得到气体流速，显示器用于将得到的气体流速进行显示。
39.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。