一種用于輸油管道泄漏檢測系統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的聲表面波壓力傳感器。傳感器芯片由對稱設置在壓電基底上下面上的SAW諧振器構成；液壓腔為矩形，在液壓腔的底面設有圓槽，在液壓腔的上面設有數個與圓槽相通的孔；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，液壓腔設置在殼體內，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，殼體設置在帶有吸盤的膠套內，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構方式，消除了其他環境因素的影響，可實現對輸油管道的實時監測，具有成本低、靈敏度高、體積小、無源無線等優點，適用于惡劣環境下的遙測與傳感。
【專利說明】—種用于輸油管道泄漏檢測系統的聲表面波壓力傳感器
【技術領域】
[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的聲表面波壓力傳感器。
【背景技術】
[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生，嚴重干擾了正常生產，造成了巨大的經濟損失。我國輸油管道建設如火如荼，但現有大型輸油管道總長不過3.5萬公里，專家預計，未來10年我國將實現汽油、柴油、煤油等成品油全部利用管道進行輸送，平均每年都要新建2萬公里各類輸送管道，我國輸油管道建設將會迎來新的高潮，因此，輸油管道泄漏檢測系統的研究與應用成為油田亟待解決的問題。
[0003]常規檢測管道泄漏的方法有人工巡線、管道內部檢測技術和管道外部動態檢測技術等，這些方法不僅易受到外部環境影響，而且成本比較高。
【發明內容】
[0004]鑒于上述現有技術現狀，本實用新型提供一種用于輸油管道泄漏檢測系統的聲表面波壓力傳感器，利用聲表面波技術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，檢測輸油管道的泄漏，大大提高了對輸油管道的監測能力，避免了嚴重的經濟損失。
[0005]本實用新型所采取的技術方案是:一種用于輸油管道泄漏檢測系統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置在壓電基底上下面上的SAW諧振器構成；所述液壓腔為矩形，在液壓腔的底面設有圓槽，在液壓腔的上面設有數個與圓槽相通的孔；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，所述液壓腔設置在殼體內，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，所述殼體設置在帶有吸盤的膠套內，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構方式，消除了其他環境因素的影響，可實現對輸油管道的實時監測，與傳統壓力傳感器相比，具有成本低、靈敏度高、體積小、無源無線等優點，適用于惡劣環境下的遙測與傳感。
[0007]本結構還能夠用于各種液體監測領域，如血壓、水壓等相關領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型整體結構示意圖；
[0009]圖2是本實用新型結構分解示意圖；
[0010]圖3是本實用新型中SAW諧振器的結構示意圖；[0011]圖4是圖3的A-A側剖圖；
[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]以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[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的底面設有圓槽8-1，在液壓腔8的上面設有數個與圓槽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，將設計好的SAW諧振器6_2結構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，安裝有螺絲3-1的電路板3通過螺釘固定在殼體5的側面，與電路板3觸點13-1、觸點II3-2連接的兩根導線通過殼體5側面的通孔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，實現無線傳輸功能，殼體5設置在帶有吸盤4-1的膠套4內，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]設置在壓電基底6-1上的兩個SAW諧振器6-2結構相同，SAW諧振器6_2由叉指換能器6-21和反射柵6-22構成，其叉指換能器6-21和反射柵6_22設置的結構為，在壓電基底6-1的面上水平設有兩個反射柵6-22，在兩個所述反射柵6-22之間設有叉指換能器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 —端設為一體的焊點6_21_2及與匯流電極6-21-1另一端設為一體的數條空心叉指6-21-3，兩條匯流電極6-21-1對稱設置，兩條匯流電極6-21-1上的數條空心叉指6-21-3對叉設置；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內間隔設有四個短路條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。空心叉指6-21-3對數NI為200對。
[0017]反射柵6-22包括在兩條短路柵條6-22-1之間設有的數條反射柵條6_22_2，兩條短路柵條6-22-1和數條反射柵條6-22-2為一體結構，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，本實用新型采用空心叉指結構，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內設有四個短路條6-21-4，這樣的結構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因數及低插入損耗，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，這樣的差分結構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到采集終端，進行信號處理，最終獲得液壓的變化值。
[0021]在實際應用中，傳感器通過吸盤4-1使整個結構可固定在輸油管道內底部。輸油管道內石油通過液壓腔8上面的數個孔8-2流入液壓腔8，此時液壓腔8內石油產生的壓力直接傳給壓敏材料7，引起敏感性材料7發生形變，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系，而傳感器壓電基底6-1的形變將會導致金屬柵極間距及聲表面波波速發生變化，最終導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下，管道輸入和輸出流量應該相等，此時位于不同位置的SAW傳感器6-2測得的壓力應該一致，當輸油管道發生泄漏時，必然產生流量差，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，可依據對比兩處壓力的變化情況確定是否出現泄漏及泄漏的嚴重度，若兩傳感器距離比較近，則可對出現泄漏的位置進行定位。
[0022]本結構中的SAW傳感器芯片位于整個結構內部，除非整個傳感器被破壞,都可以保證SAW傳感器芯片的安全，進一步保證了其使用壽命和可重復使用性。
【權利要求】
1.一種用于輸油管道泄漏檢測系統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)由對稱設置在壓電基底(6-1)上下面上的SAW諧振器(6-2)構成；所述液壓腔(8)為矩形，在液壓腔(8)的底面設有圓槽(8-1)，在液壓腔(8)的上面設有數個與圓槽(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)設置在殼體(5)內，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 )設置在帶有吸盤(4-1)的膠套(4 )內，所述天線(I)通過螺母(2 )與電路板(3)的螺絲(3-1)螺接。
2.根據權利要求1所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統的聲表面波壓力傳感器，其特征在于:所述設置在壓電基底(6-1)上的兩個SAW諧振器(6-2)結構相同，SAW諧振器(6-2)由叉指換能器(6-21)和反射柵(6-22)構成，其叉指換能器(6-21)和反射柵(6-22)設置的結構為，在所述壓電基底(6-1)的面上水平設有兩個反射柵(6-22)，在兩個所述反射柵(6-22 )之間設有叉指換能器(6-21)。
3.根據權利要求1或2所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統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.根據權利要求2所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統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) —端設為一體的焊點(6-21-2)及與匯流電極(6-21-1)另一端設為一體的數條空心叉指(6-21-3)，兩條匯流電極(6-21-1)對稱設置，兩條匯流電極(6-21-1)上的數條空心叉指(6-21-3)對叉設置；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)內間隔設有四個短路條(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.根據權利要求4所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統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NI為200對。
6.根據權利要求2所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統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)之間設有的數條反射柵條(6-22-2)，兩條短路柵條(6-22-1)和數條反射柵條(6_22_2)為一體結構，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.根據權利要求5所述的一種用于輸油管道泄漏檢測系統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 優先權日:2013年10月22日
【發明者】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