一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器。傳感器芯片由對稱設(shè)置在壓電基底上下面上的SAW諧振器構(gòu)成；液壓腔為矩形，在液壓腔的底面設(shè)有圓槽，在液壓腔的上面設(shè)有數(shù)個與圓槽相通的孔；傳感器芯片嵌入在壓敏材料的空槽中，壓敏材料嵌入在液壓腔的圓槽中，液壓腔設(shè)置在殼體內(nèi)，安裝有螺絲的電路板固定在殼體上并分別與傳感器芯片的兩個SAW諧振器連接，殼體設(shè)置在帶有吸盤的膠套內(nèi)，天線通過螺母與電路板的螺絲螺接。聲表面波壓力傳感器中的兩個SAW諧振器，采用了上下對稱的差分結(jié)構(gòu)方式，消除了其他環(huán)境因素的影響，可實現(xiàn)對輸油管道的實時監(jiān)測，具有成本低、靈敏度高、體積小、無源無線等優(yōu)點，適用于惡劣環(huán)境下的遙測與傳感。
【專利說明】—種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種聲表面波傳感器，特別涉及一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]泄露是輸油管道運行的主要故障。近年來，輸油管道被打孔盜油以及腐蝕穿孔造成泄漏事故屢有發(fā)生，嚴(yán)重干擾了正常生產(chǎn)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。我國輸油管道建設(shè)如火如荼，但現(xiàn)有大型輸油管道總長不過3.5萬公里，專家預(yù)計，未來10年我國將實現(xiàn)汽油、柴油、煤油等成品油全部利用管道進(jìn)行輸送，平均每年都要新建2萬公里各類輸送管道，我國輸油管道建設(shè)將會迎來新的高潮，因此，輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用成為油田亟待解決的問題。
[0003]常規(guī)檢測管道泄漏的方法有人工巡線、管道內(nèi)部檢測技術(shù)和管道外部動態(tài)檢測技術(shù)等，這些方法不僅易受到外部環(huán)境影響，而且成本比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，本實用新型提供一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，利用聲表面波技術(shù)檢測管道泄露的方案，即一種具有較高靈敏度的聲表面波(SAW)壓力傳感器所特有的高頻特性及器件基片材料的壓電、逆壓電效應(yīng)，檢測輸油管道的泄漏，大大提高了對輸油管道的監(jiān)測能力，避免了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
[0005]本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:包括天線、螺母、電路板、膠套、殼體、傳感器芯片、壓敏材料、液壓腔；所述傳感器芯片由對稱設(shè)置在壓電基底上下面上的SAW諧振器構(gòu)成；所述液壓腔為矩形，在液壓腔的底面設(shè)有圓槽，在液壓腔的上面設(shè)有數(shù)個與圓槽相通的孔；所述傳感器芯片嵌入在壓敏材料的空槽中，所述壓敏材料嵌入在液壓腔的圓槽中，所述液壓腔設(shè)置在殼體內(nèi)，安裝有螺絲的電路板固定在殼體上并分別與傳感器芯片的兩個SAW諧振器連接，所述殼體設(shè)置在帶有吸盤的膠套內(nèi)，所述天線通過螺母與電路板的螺絲螺接。
[0006]本實用新型所產(chǎn)生的有益效果是:聲表面波(SAW)壓力傳感器中的兩個SAW諧振器，采用了上下對稱的差分結(jié)構(gòu)方式，消除了其他環(huán)境因素的影響，可實現(xiàn)對輸油管道的實時監(jiān)測，與傳統(tǒng)壓力傳感器相比，具有成本低、靈敏度高、體積小、無源無線等優(yōu)點，適用于惡劣環(huán)境下的遙測與傳感。
[0007]本結(jié)構(gòu)還能夠用于各種液體監(jiān)測領(lǐng)域，如血壓、水壓等相關(guān)領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0010]圖3是本實用新型中SAW諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖4是圖3的A-A側(cè)剖圖；
[0012]圖5是本實用新型中傳感器和天線的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0014]如圖1至圖5所示，一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，包括天線1、螺母2、電路板3、膠套4、殼體5、傳感器芯片6、壓敏材料7、液壓腔8。液壓腔8為矩形，在液壓腔8的底面設(shè)有圓槽8-1，在液壓腔8的上面設(shè)有數(shù)個與圓槽8-1相通的孔8-2。傳感器芯片6包括壓電基底6-1及SAW諧振器6-2，將設(shè)計好的SAW諧振器6_2結(jié)構(gòu)采用電子束蒸鍍的方法鍍于壓電基底6-1上下兩面的對稱位置上。將傳感器芯片6嵌入在壓敏材料7的空槽7-1中熔合在一起，將壓敏材料7嵌入在液壓腔8的圓槽8-1中緊配合，將液壓腔8安裝在在殼體5內(nèi)，安裝有螺絲3-1的電路板3通過螺釘固定在殼體5的側(cè)面，與電路板3觸點13-1、觸點II3-2連接的兩根導(dǎo)線通過殼體5側(cè)面的通孔5_1分別與傳感器芯片6的兩個SAW諧振器6-2連接，其中觸點13-1和地連接，觸點II3-2和天線連接，實現(xiàn)無線傳輸功能，殼體5設(shè)置在帶有吸盤4-1的膠套4內(nèi)，將天線I的一端與螺母2的一端螺接在一起，將螺母2的另一端與電路板3的螺絲3-1螺接在一起，天線I通過螺母2和螺絲3-1與電路板3連接。
[0015]設(shè)置在壓電基底6-1上的兩個SAW諧振器6-2結(jié)構(gòu)相同，SAW諧振器6_2由叉指換能器6-21和反射柵6-22構(gòu)成，其叉指換能器6-21和反射柵6_22設(shè)置的結(jié)構(gòu)為，在壓電基底6-1的面上水平設(shè)有兩個反射柵6-22，在兩個所述反射柵6-22之間設(shè)有叉指換能器6_21。壓電基底6_1米用AT切石英。
[0016]叉指換能器6-21包括與匯流電極6-21-1 —端設(shè)為一體的焊點6_21_2及與匯流電極6-21-1另一端設(shè)為一體的數(shù)條空心叉指6-21-3，兩條匯流電極6-21-1對稱設(shè)置，兩條匯流電極6-21-1上的數(shù)條空心叉指6-21-3對叉設(shè)置；每條匯流電極6-21-1上相鄰的兩個極性不同的空心叉指6-21-3組成了一對叉指，一對叉指的寬度P=7.2 μ m,每條空心叉指6-21-3內(nèi)間隔設(shè)有四個短路條6-21-4 ;空心叉指6_21_3指寬a為1.8 μ m，空心叉指6_21_3的間距b為1.8 μ m，空心叉指6-21-3空心部分寬度c為a/3=0.6 μ m,數(shù)條空心叉指6-21-3對叉后上下空心叉指6-21-3重疊部分即孔徑Wl為180 μ m，空心叉指6-21-3的厚度h為
0.25 μ m?？招牟嬷?-21-3對數(shù)NI為200對。
[0017]反射柵6-22包括在兩條短路柵條6-22-1之間設(shè)有的數(shù)條反射柵條6_22_2，兩條短路柵條6-22-1和數(shù)條反射柵條6-22-2為一體結(jié)構(gòu)，反射柵條6_22_2寬度d為1.8 μ m，反射柵條6-22-2間距e為1.8 μ m，反射柵條的長度W2=300 μ m,反射柵條6-22-2的厚度h=0.25ym0反射柵條的個數(shù)Ν2為300個。叉指換能器的諧振頻率為437.65MHz。
[0018]為了提高傳感器的性能指標(biāo)，本實用新型采用空心叉指結(jié)構(gòu)，它是將叉指電極中心部分挖空，為了提高器件光刻成品率，在空心叉指6-21-3內(nèi)設(shè)有四個短路條6-21-4，這樣的結(jié)構(gòu)可以減小指間反射和三次行程對器件性能的影響。
[0019]為了使傳感器具有高的品質(zhì)因數(shù)及低插入損耗，SAW諧振器6-2采用了單端諧振式。
[0020]為了消除其他環(huán)境因素對傳感器的影響，在壓電基底6-1的上下兩面的同樣位置擺放了兩個完全一樣的SAW諧振器6-2，一個受到壓力，一個受到張力，這樣的差分結(jié)構(gòu)可提高壓力測量的精確度。傳感單元將由壓力引起的頻率變化信息通過天線傳輸?shù)讲杉K端，進(jìn)行信號處理，最終獲得液壓的變化值。
[0021]在實際應(yīng)用中，傳感器通過吸盤4-1使整個結(jié)構(gòu)可固定在輸油管道內(nèi)底部。輸油管道內(nèi)石油通過液壓腔8上面的數(shù)個孔8-2流入液壓腔8，此時液壓腔8內(nèi)石油產(chǎn)生的壓力直接傳給壓敏材料7，引起敏感性材料7發(fā)生形變，隨即引起與其緊密接觸的壓電基底6-1的形變，其中形變的大小與液體的壓力成一定的比例關(guān)系，而傳感器壓電基底6-1的形變將會導(dǎo)致金屬柵極間距及聲表面波波速發(fā)生變化，最終導(dǎo)致了諧振器中心頻率的變化，因此，通過測量諧振器中心頻率/的變化就能測量液體的壓力。輸油管道在正常運行狀態(tài)下，管道輸入和輸出流量應(yīng)該相等，此時位于不同位置的SAW傳感器6-2測得的壓力應(yīng)該一致，當(dāng)輸油管道發(fā)生泄漏時，必然產(chǎn)生流量差，上游泵站的流量保持不變的情況下，下游泵站的流量減小，隨之帶來了下游泵站的SAW傳感器6-2實時測得的壓力的變化，可依據(jù)對比兩處壓力的變化情況確定是否出現(xiàn)泄漏及泄漏的嚴(yán)重度，若兩傳感器距離比較近，則可對出現(xiàn)泄漏的位置進(jìn)行定位。
[0022]本結(jié)構(gòu)中的SAW傳感器芯片位于整個結(jié)構(gòu)內(nèi)部，除非整個傳感器被破壞,都可以保證SAW傳感器芯片的安全，進(jìn)一步保證了其使用壽命和可重復(fù)使用性。
【權(quán)利要求】
1.一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:包括天線(I)、螺母(2)、電路板(3)、膠套(4)、殼體(5)、傳感器芯片(6)、壓敏材料(7)、液壓腔(8)；所述傳感器芯片(6)由對稱設(shè)置在壓電基底(6-1)上下面上的SAW諧振器(6-2)構(gòu)成；所述液壓腔(8)為矩形，在液壓腔(8)的底面設(shè)有圓槽(8-1)，在液壓腔(8)的上面設(shè)有數(shù)個與圓槽(8-1)相通的孔(8-2);所述傳感器芯片(6)嵌入在壓敏材料(7)的空槽(7-1)中，所述壓敏材料(7)嵌入在液壓腔(8)的圓槽(8-1)中，所述液壓腔(8)設(shè)置在殼體(5)內(nèi)，安裝有螺絲(3-1)的電路板(3)固定在殼體(5)上并分別與傳感器芯片(6)的兩個SAW諧振器(6-2 )連接，所述殼體(5 )設(shè)置在帶有吸盤(4-1)的膠套(4 )內(nèi)，所述天線(I)通過螺母(2 )與電路板(3)的螺絲(3-1)螺接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述設(shè)置在壓電基底(6-1)上的兩個SAW諧振器(6-2)結(jié)構(gòu)相同，SAW諧振器(6-2)由叉指換能器(6-21)和反射柵(6-22)構(gòu)成，其叉指換能器(6-21)和反射柵(6-22)設(shè)置的結(jié)構(gòu)為，在所述壓電基底(6-1)的面上水平設(shè)有兩個反射柵(6-22)，在兩個所述反射柵(6-22 )之間設(shè)有叉指換能器(6-21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述壓電基底(6-1)采用AT切石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述叉指換能器(6-21)包括與匯流電極(6-21-1) —端設(shè)為一體的焊點(6-21-2)及與匯流電極(6-21-1)另一端設(shè)為一體的數(shù)條空心叉指(6-21-3)，兩條匯流電極(6-21-1)對稱設(shè)置，兩條匯流電極(6-21-1)上的數(shù)條空心叉指(6-21-3)對叉設(shè)置；每條匯流電極(6-21-1)上相鄰的兩個極性不同的空心叉指(6-21-3)組成了一對叉指，一對叉指的寬度P=7.2 μ m，每條空心叉指(6-21-3)內(nèi)間隔設(shè)有四個短路條(6_21_4)，所述空心叉指(6-21-3)指寬a為1.8 μ m，空心叉指(6-21-3)的間距b為1.8 μ m，空心叉指(6-21-3)空心部分寬度c為a/3=0.6μπι，數(shù)條空心叉指(6-21-3)對叉后上下空心叉指(6_21_3)重疊部分即孔徑Wl為180 μ m，空心叉指(6-21-3)的厚度h為0.25 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述空心叉指(6-21-3)對數(shù)NI為200對。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述反射柵(6-22)包括在兩條短路柵條(6-22-1)之間設(shè)有的數(shù)條反射柵條(6-22-2)，兩條短路柵條(6-22-1)和數(shù)條反射柵條(6_22_2)為一體結(jié)構(gòu)，所述反射柵條(6-22-2)寬度d為1.8 μ m,反射柵條(6-22-2)間距e為1.8 μ m,反射柵條的長度W2=300ym，反射柵條(6-22-2)的厚度 h=0.25 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述反射柵條(6-22-2)的個數(shù)N2為300個。
【文檔編號】G01L9/08GK203571440SQ201320652138
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】李鴻儒, 常志剛 申請人:天津七一二通信廣播有限公司, 北京華龍通科技有限公司