一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器的制作方法

1.本发明涉及一种气体传感器，特别涉及一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器。


背景技术：

2.国外从上世纪30年代开始研究开发气体传感器。过去气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气及矿井中的瓦斯气体的检测与报警，目前需要检测的气体种类由原来的还原性气体扩展到毒性气体，现阶段的气体传感器，应用逐渐广泛，工作环境也逐渐多样且复杂，大多数气体传感器的结构稳定性不能得到保证，受到外力易损坏；
3.针对现有的气体传感器的技术不足，本发明提供了一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器。


技术实现要素：

4.本发明提供一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，用以解决上述气体传感器结构稳定性不能得到保证，受到外力易损坏的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明公开了一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，包括装置外壳，所述装置外壳内部设置有底座，所述底座上设置有连接固定板；
6.所述连接固定板的一端上阵列有若干支撑板，所述支撑板的前端设置有感应区块；
7.所述底座上设置有若干限位块。
8.优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，以两个对称设置的述限位块为一组，若干组限位块均匀排列在底座上表面；
9.所述支撑板固定安装在两个对称设置的限位块之间。
10.优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，所述底座内部设置有控制系统，所述控制系统上设置有plc控制器，所述plc控制器上连接有驱动模块，信号处理模块，信号收集模块，信号输出模块；
11.所述plc控制器与驱动模块，信号处理模块，信号收集模块以及信号输出模块电性连接；
12.所述控制系统通过导线与感应区块电连接。
13.优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，所述装置外壳外部周侧设置有可拆卸的抗震装置,所述抗震装置包括：
14.推块，第一减震弹簧，抗震装置外壳，底板，推动杆，主齿轮，副齿轮，伸缩杆，第二减震弹簧，连杆，第一固定杆，第二固定杆；
15.所述装置外壳外部周侧连接有推块，所述推块远离装置外壳的一端设置有第一减震弹簧，所述减震弹簧远离推块的一端固定连接在抗震装置外壳内部；
16.所述装置外壳下端与底板接触，所述底板安装在抗震装置外壳内部；
17.所述底板下端对称设置有推动杆，所述推动杆下端铰接在主齿轮的齿面上，所述主齿轮的一侧啮合连接有副齿轮，所述副齿轮上连接有伸缩杆，所述伸缩杆上端连接有连杆，所述连杆上端铰接在底板下表面；
18.所述伸缩杆与连杆连接的位置周侧套接有第二减震弹簧；
19.所述主齿轮转动套接在第二固定杆上，所述第二固定杆两端固定安装在抗震装置外壳上；
20.所述副齿轮转动套接在第一固定杆上，所述第一固定杆两端固定安装在抗震装置外壳上。
21.优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，所述底座前端安装有可拆卸的清洁装置，用于清洁支撑板和感应区块，所述清洁装置位于支撑板上方，所述清洁装置包括：
22.主体外壳，转轮，连接杆，活塞推杆，活塞连接固定板，活塞壳体，第一单向阀，第二单向阀，液压泵，固定板，第一液压杆，固定转轴，传动皮带，夹持板，从动轮，阻力块，固定连接板，第二液压杆，清洁刷；
23.所述固定连接板固定安装在底座前端、且位于支撑板上方，固定连接板一端固定连接有第二液压杆的一端，所述第二液压杆的另一端固定连接有主体外壳；
24.所述主体外壳内部底端设置有固定板，固定板上端设置有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀和第二单向阀上端固定连接有活塞壳体，所述活塞壳体内部安装有可上下滑动的活塞连接固定板，所述活塞连接固定板上端固定连接有活塞推杆，所述活塞推杆上端铰接有连接杆的一端，所述连接杆的另一端交接在转轮上；
25.所述固定板上还固定安装有固定转轴，所述固定转轴上转动安装有一组对称设置的夹持板，所述夹持板靠近液压泵的一端，两个对称设置的夹持板之间固定安装有第一液压杆，所述夹持板远离液压泵的一端，两个对称设置的夹持板相互靠近的一侧固定安装有阻力块；
26.所述固定板远离固定连接板的一端上转动安装有从动轮，所述从动轮周侧固定安装有清洁刷；
27.所述从动轮和转轮之间通过传动皮带连接。
28.优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，还包括：
29.控制器，报警器，所述控制器与报警器电性连接，控制报警器进行报警，过程包括以下步骤：
30.步骤一：所述控制器通过以下公式计算所述支撑板受温度上升的影响体积的膨胀量：
31.δv＝(d1*d*b)
‑
α[(d1‑
d2)*d*b]*(t
‑
t0)
ꢀꢀ
(1)
[0032]
其中，δv为支撑板体积的膨胀量，d1为支撑板的总长度，d为支撑板的厚度，b为支撑板的宽度，α为支撑板材料的热膨胀系数，t为支撑板工作时的温度，t0为支撑板待机状态下的温度，d2为感应区块的长度；
[0033]
步骤二：所述控制器比较所述支撑板受温度上升的影响体积的膨胀量和支撑板的原体积，当支撑板受温度上升的影响体积的膨胀量和支撑板的原体积之间的差值大于预设值时，所述报警器报警。
[0034]
优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，还包括：
[0035]
力传感器，所述力传感器安装在支撑板上，用于检测支撑板受到的外力；
[0036]
距离传感器，所述距离传感器安装在支撑板上，用于检测支撑板伸出的长度；
[0037]
角度传感器，所述角度传感器安装在支撑板底部，用于检测支撑板底部与底座上表面之间的夹角；
[0038]
控制器，所述控制器与力传感器，距离传感器，角度传感器，报警器电性连接；
[0039]
所述控制器基于力传感器，距离传感器，角度传感器，报警器进行报警，过程包括以下步骤：
[0040]
步骤一：所述控制器根据力传感器和距离传感器计算所述支撑板的实际承载力：
[0041][0042]
其中，f为支撑板的实际承载力，d为距离传感器检测的支撑板伸出底座的长度，d1为支撑板的总长度，f1为力传感器检测的支撑板受到的外力，d为支撑板的厚度，a为支撑板与底座的接触面积，τ为支撑板材料的抗剪强度，a1为支撑板的底面积；
[0043]
步骤二：所述控制器根据力传感器，距离传感器和角度传感器计算所述支撑板的实际工作安全系数：
[0044][0045]
其中，δ为所述支撑板的实际工作安全系数，f为支撑板的实际承载力，m为所述支撑板的重量，a为支撑板与底座的接触面积，a1为支撑板的底面积，f1为力传感器检测的支撑板受到的外力，θ为角度传感器检测的支撑板底部与底座上表面之间的夹角，d为距离传感器检测的支撑板伸出的长度，d1为支撑板的总长度，g为重力加速度，e为自然常数，sin为正弦；
[0046]
步骤三：所述控制器比较所述支撑板的实际工作安全系数和支撑板的预设工作安全系数，当支撑板的实际工作安全系数小于支撑板的预设工作安全系数时，所述报警器报警。
[0047]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0048]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0049]
图1为本发明结构示意图俯视图；
[0050]
图2为本发明结构示意图主视图；
[0051]
图3为本发明结构示意图侧视剖视图；
[0052]
图4为本发明抗震装置结构示意图；
[0053]
图5为本发明清洁装置结构示意图；
[0054]
图6为本发明清洁装置安装结构示意图。
[0055]
图中：1、装置外壳；4、连接固定板；5、限位块；6、支撑板；7、感应区块；8、底座；9、抗震装置；901、推块；902、第一减震弹簧；903、抗震装置外壳；904、底板；905、推动杆；906、主
齿轮；907、副齿轮；908、伸缩杆；909、第二减震弹簧；910、连杆；911、第一固定杆；912、第二固定杆；10、清洁装置；1001、主体外壳；1002、转轮；1003、连接杆；1004、活塞推杆；1005、活塞连接固定板；1006、活塞壳体；1007、第一单向阀；1008、第二单向阀；1009、液压泵；1010、固定板；1011、第一液压杆；1012、固定转轴；1013、传动皮带；1014、夹持板；1015、从动轮；1016、阻力块；1017、固定连接板；1018、第二液压杆；1019、清洁刷。
具体实施方式
[0056]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0057]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0058]
实施例1
[0059]
请参阅图1，图2，本发明提供一种技术方案：
[0060]
一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，包括装置外壳1，所述装置外壳1内部设置有底座8，所述底座8上设置有连接固定板4(如图3，装置外壳上端开口)；
[0061]
所述连接固定板4的一端上阵列有若干支撑板6，所述支撑板6的前端设置有感应区块7；
[0062]
一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器工作时，所述支撑板6的一端悬空设置在底座8上，以支撑板6悬空在底座8上的一端为前端；
[0063]
所述底座8上设置有若干限位块5。
[0064]
优选的，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，以两个对称设置的述限位块5为一组，若干组限位块5均匀排列在底座8上表面；
[0065]
所述支撑板6固定安装在两个对称设置的限位块5之间；
[0066]
其中支撑板6和感应区块7构成悬臂梁。
[0067]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：所述一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器工作时，支撑板6通过与连接固定板4的连接以及限位块5对支撑板6的左右两侧的固定，保证了所述装置的结构稳定性，解决了纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器悬臂梁部位缺少固定装置，结构稳定性不能得到保证，受到外力易损坏的技术问题。
[0068]
实施例2
[0069]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
[0070]
一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，所述底座8内部设置有控制系统，所述控制系统上设置有plc控制器，所述plc控制器上连接有驱动模块，信号处理模块，信号收集模块，信号输出模块；
[0071]
所述plc控制器与驱动模块，信号处理模块，信号收集模块以及信号输出模块电性
连接；
[0072]
所述控制系统通过导线与感应区块7电连接。
[0073]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：所述控制系统工作时，plc控制器控制驱动模块进行工作，所述驱动模块对信号处理模块，信号收集模块以及信号输出模块进行驱动操作。驱动模块使阵列分布的支撑板6发生振动，进而使感应区块7在吸附气体后质量增加，所述信号收集模块对所述一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器进行信号收集，并将收集的信号传递给信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理运算后将所运算处理的结果传递给信号输出模块，最终信号输出模块将处理好的信号输出，使得使用人员可以了解所述气体传感器检测到的结果，实现了对所述气体传感器的智能控制，具体可参加cn 111948281 a纳米悬臂梁阵列及其制备方法、谐振式阵列气体传感器。
[0074]
实施例3
[0075]
请参阅图4，本发明提供一种技术方案：
[0076]
一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，所述装置外壳1外部周侧设置有可拆卸的抗震装置9,所述抗震装置9包括：
[0077]
推块901，第一减震弹簧902，抗震装置外壳903，底板904，推动杆905，主齿轮906，副齿轮907，伸缩杆908，第二减震弹簧909，连杆910，第一固定杆911，第二固定杆912；
[0078]
所述装置外壳1外部周侧连接有推块901，所述推块901远离装置外壳1的一端设置有第一减震弹簧902，所述减震弹簧902远离推块901的一端固定连接在抗震装置外壳903内部；
[0079]
所述装置外壳1下端与底板904接触，所述底板904安装在抗震装置外壳903内部；
[0080]
所述底板904下端对称设置有推动杆905，所述推动杆905下端铰接在主齿轮906的齿面上，所述主齿轮906的一侧啮合连接有副齿轮907，所述副齿轮907上连接有伸缩杆908，所述伸缩杆908上端连接有连杆910，所述连杆910上端铰接在底板904下表面；
[0081]
所述伸缩杆908与连杆910连接的位置周侧套接有第二减震弹簧909；
[0082]
所述主齿轮906转动套接在第二固定杆912上，所述第二固定杆912两端固定安装在抗震装置外壳903上；
[0083]
所述副齿轮907转动套接在第一固定杆911上，所述第一固定杆911两端固定安装在抗震装置外壳903上。
[0084]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：使用所述抗震装置9时，首先将装置外壳1置于对称设置的推块901之间，通过第一减震弹簧902将装置外壳1夹紧，使其位置固定，之后在所述一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器工作时，当其受到外力而发生位移时，底板904的一侧受到装置外壳1的力向下运动，带动推动杆905向下运动，进而带动主齿轮906转动，当主齿轮906转动时带动与其啮合连接的副齿轮907转动，所述伸缩杆908压缩并将外力传递给第二减震弹簧909，使得所述一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器受到的震动减小，避免其内部电子元件因震动而发生故障，提高了所述装置的工作稳定性和工作寿命。
[0085]
实施例4
[0086]
在实施例1的基础上，如图5，图6，所述底座8前端安装有可拆卸的清洁装置10，用于清洁支撑板6和感应区块7，所述清洁装置10位于支撑板6上方，所述清洁装置10包括：
[0087]
主体外壳1001，转轮1002，连接杆1003，活塞推杆1004，活塞连接固定板1005，活塞壳体1006，第一单向阀1007，第二单向阀1008，液压泵1009，固定板1010，第一液压杆1011，固定转轴1012，传动皮带1013，夹持板1014，从动轮1015，阻力块1016，固定连接板1017，第二液压杆1018，清洁刷1019；
[0088]
所述固定连接板1017固定安装在底座8前端、且位于支撑板6上方，固定连接板1017一端固定连接有第二液压杆1018的一端，所述第二液压杆1018的另一端固定连接有主体外壳1001；
[0089]
所述主体外壳1001内部底端设置有固定板1010，固定板1010上端设置有第一单向阀1007和第二单向阀1008，所述第一单向阀1007和第二单向阀1008上端固定连接有活塞壳体1006，所述活塞壳体1006内部安装有可上下滑动的活塞连接固定板1005，所述活塞连接固定板1005上端固定连接有活塞推杆1004，所述活塞推杆1004上端铰接有连接杆1003的一端，所述连接杆1003的另一端交接在转轮1002上；
[0090]
所述固定板1010上还固定安装有固定转轴1012，所述固定转轴1012上转动安装有一组对称设置的夹持板1014，所述夹持板1014靠近液压泵1009的一端，两个对称设置的夹持板1014之间固定安装有第一液压杆1011，所述夹持板1014远离液压泵1009的一端，两个对称设置的夹持板1014相互靠近的一侧固定安装有阻力块1016；
[0091]
所述固定板1010远离固定连接板1017的一端上转动安装有从动轮1015，所述从动轮1015周侧固定安装有清洁刷1019；
[0092]
所述从动轮1015和转轮1002之间通过传动皮带1013连接。
[0093]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：当所述清洁装置10工作时，首先第二液压杆1018进行长度调整，使得所述清洁装置10到达需要清洁部位，之后液压泵1009开始工作，并通过第一单向阀1007和第二单向阀1008相互配合，使得活塞连接固定板1005在活塞壳体1006内部做活塞运动，进而带动活塞推杆1004进行上下位移，在连接杆1003的带动下转轮1002进行转动，进而带动传动皮带1013和从动轮1015进行转动，当从动轮1015进行转动的同时带动清洁刷1019转动，并对所需清洁部位进行清洁，保证了所述装置的洁净度，同时防止所述气体传感器表面沾染过多灰尘进而导致其测量结果发生偏差，提高了所述装置的工作准确度；
[0094]
当需要所述清洁装置10停止工作时，液压泵1009停止工作，同时第一液压杆1011伸长，使得夹持板1014远离第一液压杆1011的一端互相靠近，并通过阻力块1016与清洁刷1019接触，减慢清洁刷1019的转动速度，最终使其停止工作，避免其工作结束后，因清洁刷1019的转动速度过快而造成危险，提高了装置的使用安全。
[0095]
实施例5
[0096]
在实施例1的基础上，如图1，还包括：
[0097]
控制器，报警器，所述控制器与报警器电性连接，控制报警器进行报警，过程包括以下步骤：
[0098]
步骤一：所述控制器通过以下公式计算所述支撑板6受温度上升的影响体积的膨胀量：
[0099]
δv＝(d1*d*b)
‑
α[(d1‑
d2)*d*b]*(t
‑
t0)
ꢀꢀ
(1)
[0100]
其中，δv为支撑板6体积的膨胀量，d1为支撑板6的总长度，d为支撑板6的厚度，b
为支撑板6的宽度，α为支撑板6材料的热膨胀系数，t为支撑板6工作时的温度，t0为支撑板6待机状态下的温度，d2为感应区块7的长度；
[0101]
步骤二：所述控制器比较所述支撑板6受温度上升的影响体积的膨胀量和支撑板6的原体积，当支撑板6受温度上升的影响体积的膨胀量和支撑板6的原体积之间的差值大于预设值时，所述报警器报警。
[0102]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过对所述支撑板6受温度上升的影响体积的膨胀量的计算(其中综合考虑支撑板6的总长度，支撑板6的厚度，支撑板6的宽度，支撑板6材料的热膨胀系数，支撑板6工作时的温度，支撑板6待机状态下的温度，感应区块7的长度)，使得工作人员可通过所述支撑板6受温度上升的影响体积的膨胀量大小判断支撑板6在限位块5之间进行滑动时，限位块5是否会因为支撑板6体积的膨胀而与支撑板6之间产生过盈配合，防止其结构发生破坏进而影响所述一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器的正常工作和使用，提高了所述装置的使用寿命。
[0103]
实施例6
[0104]
在实施例1的基础上，如图1，所述的一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器，还包括：
[0105]
力传感器，所述力传感器安装在支撑板6上，用于检测支撑板6受到的操作人员对支撑板6的推力；
[0106]
距离传感器，所述距离传感器安装在支撑板6上，用于检测支撑板6伸出的长度；
[0107]
角度传感器，所述角度传感器安装在支撑板6底部，用于检测支撑板6底部与底座8上表面之间的夹角；
[0108]
控制器，所述控制器与力传感器，距离传感器，角度传感器，报警器电性连接；
[0109]
所述控制器基于力传感器，距离传感器，角度传感器，报警器进行报警，6过程包括以下步骤：
[0110]
步骤一：所述控制器根据力传感器和距离传感器计算所述支撑板6的实际承载力：
[0111][0112]
其中，f为支撑板6的实际承载力，d为距离传感器检测的支撑板6伸出底座8的长度，d1为支撑板6的总长度，f1为力传感器检测的支撑板6受到的外力，d为支撑板6的厚度，a为支撑板6与底座8的接触面积，τ为支撑板6材料的抗剪强度，a1为支撑板6的底面积；
[0113]
步骤二：所述控制器根据力传感器，距离传感器和角度传感器计算所述支撑板6的实际工作安全系数：
[0114][0115]
其中，δ为所述支撑板6的实际工作安全系数，f为支撑板6的实际承载力，m为所述支撑板6的重量，a为支撑板6与底座8的接触面积，a1为支撑板6的底面积，f1为力传感器检测的支撑板6受到的外力，θ为角度传感器检测的支撑板6底部与底座8上表面之间的夹角，d为距离传感器检测的支撑板6伸出的长度，d1为支撑板6的总长度，g为重力加速度，取g＝9.8，e为自然常数,取e＝2.72，sin为正弦；
[0116]
步骤三：所述控制器比较所述支撑板6的实际工作安全系数和支撑板6的预设工作
安全系数，当支撑板6的实际工作安全系数小于支撑板6的预设工作安全系数时，所述报警器报警。
[0117]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：首先所述控制器根据力传感器和距离传感器计算所述支撑板6的承载能力(其中综合考虑支撑板6的总长度，支撑板6的厚度，支撑板6与底座8的接触面积，支撑板6材料的抗剪强度，支撑板6的底面积)，之后所述控制器根据力传感器，距离传感器和角度传感器计算所述支撑板6的实际工作安全系数(其中综合考虑支撑板6的承载力，所述支撑板6的重量，支撑板6与底座8的接触面积，支撑板6的底面积，支撑板6的总长度，重力加速度，自然常数)，最后所述控制器比较所述支撑板6的实际工作安全系数和支撑板6的预设工作安全系数，当支撑板6的实际工作安全系数小于支撑板6的预设工作安全系数时，所述报警器报警；
[0118]
通过对所述支撑板6的实际工作安全系数的计算，保证了其工作时的安全性，防止其因外力作用而在工作时发生断裂或弯折，进而影响所述一种纳米悬臂梁阵列及谐振式阵列气体传感器的检测性能和工作稳定性，提高了所述装置的工作寿命。
[0119]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。