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基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯闹圃旆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，包括介質基片、接地平面、導帶和超寬帶天線，超寬帶天線為底部兩側均具有雙階梯下切角的長方形形狀，導帶與超寬帶天線相接，超寬帶天線的中間位置處刻蝕有U型縫隙槽線，U型縫隙槽線內嵌入安裝有瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^；瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^包括交叉指型電極、鈀參雜單壁碳納米管、雪崩型穩(wěn)壓二極管和探頭激勵源，鈀參雜單壁碳納米管嵌入安裝在交叉指型電極的第一電極的一指和第二電極的一指之間，交叉指型電極、雪崩型穩(wěn)壓二極管和探頭激勵源串聯(lián)。本發(fā)明結構簡單，傳感機理簡便易行，使用操作便捷，探測分辨率和精度高，能夠實現(xiàn)瓦斯氣體的遠程監(jiān)測，適用于危險環(huán)境中的瓦斯檢測。
【專利說明】基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?br> 【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能傳感器【技術領域】，尤其是涉及一種基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌?br> 【背景技術】
[0002]研究表明，當空氣中的瓦斯氣體聚集濃度達到4%時，就會發(fā)生爆炸，因此,在一些面臨瓦斯氣體爆炸的危險的環(huán)境中，例如煤礦井下，監(jiān)測瓦斯氣體的濃度是必不可少的。隨著無線傳感技術的發(fā)展和進步，遠程探測成為監(jiān)測瓦斯氣體濃度最為安全、簡便、高效的技術手段之一，這不僅涉及探測瓦斯氣體的物理、化學機理，無接觸傳遞感知信息的無線通信技術，而且涉及兩者的相互彌補和相互融合。
[0003]現(xiàn)有的用于檢測瓦斯?jié)舛鹊膫鞲衅靼ù呋榻饘傺趸飩鞲衅骱图淄榧訜N類氣體紅外火焰離子化傳感器，其檢測機理采用化學氧化法或瓦斯氣體分解法。在實施瓦斯氣體的檢測過程中，這些機理需要消耗大量的能源，環(huán)境溫度需高達500°C以上。在室溫環(huán)境下，若采用上述傳感器探測瓦斯氣體的濃度，其過程相當復雜。
[0004]1991年，日本科學家飯島澄男發(fā)明了碳納米管材料。碳納米管是一種由石墨層卷曲而形成的無縫納米級管狀碳分子晶體，是具有獨特性能的一維納米材料。碳納米管由SP2雜化碳原子組成，碳原子相互之間以碳-碳鍵相結合。原理上，碳納米管是六邊形蜂窩狀結構，而實際結構較為復雜，具有典型的層狀中空結構，每個碳納米管上未參與雜化的一對P電子相互之間形成跨越整個碳納米管的共軛η電子云。根據(jù)石墨烯片的層數(shù)不同，碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。研究發(fā)現(xiàn)，一些碳納米管幾乎全部由表面原子所構成，因此，其結構尺寸小到數(shù)個納米級時，所形成的表面化學效應遠大于整體結構尺寸的增加，所減小的尺寸形成高表面區(qū)域結構，構成對周邊環(huán)境敏感度的增加。因此，碳納米管可用于構建包括氣體在內的各種環(huán)境傳感器，并呈現(xiàn)出小型化的電離氣體傳感器，電阻隨吸收氣體特性變化的碳納米管薄膜傳感器，以及碳納米管場效應晶體管傳感器等多種結構形態(tài)。
[0005]以碳納米管場效應晶體管傳感器為例，其傳感功能涉及對二氧化氮(NO2)、氧(02)、氫(H2)、氨(NH3)等多種氣體的探測，但是，對于探測甲烷(CH4)等弱極性氣體，碳納米管場效應晶體管沒有可借鑒的成熟的技術解決。Zhao等研究發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管每吸收一個甲烷氣體分子，可產(chǎn)生大約0.025個可遷移的電子(Zhao, J.J.; Buldum, A.;Han, J.; Lu, J.P.Gas molecule adsorption in carbon nanotubes and nanotube bundles, Nanotechnology2002, 13，195) ；Lu等發(fā)現(xiàn)基于鈀元素參雜的單壁碳納米管在室溫環(huán)境下對瓦斯氣體分子具有一定的響應(Lu Y，Li Jj Han Jj Ng H Tj Binder C，Partridge C，MeyyappanMj Room temperature methane detection using palladium loaded single-walledcarbon nanotube sensors.Chem.Phys.Lett, 2004，391:344-348.) ; Roy 等則以實驗方式測試了基于電子沉淀瓦斯技術的碳納米管以及碳納米纖維在探測瓦濃度時的敏感度(RoyR K，Chowdhury M P，Pal A K，Room temperature sensor based on carbon nanotubesand nanofilbres for methane detection.Vacuum, 2005, 77:223-229);Casalbore Miceli等沉淀出替代聚噻吩的導電型化合物，探討了在室溫環(huán)境下，阻抗隨瓦斯?jié)舛鹊淖兓憫?Casalbore-Miceli G, Zanelli A, Geri A, Gallazzi M C，A methane sensor based on ρoly [3' , 4' -dihexyl-4, 4' ' -bis (pentyloxy) -2，2': 5' , 2' ' -terthiophene，，Coll.Czech.Chem.Commun, 2003, 68:1736-1744)。上述研究成果提供了采用碳納米材料實現(xiàn)在室溫環(huán)境下探測瓦斯氣體濃度的理論和實踐依據(jù)。
[0006]除了針對瓦斯氣體檢測的傳感機理外，遠程監(jiān)測涉及無線技術，其中可選的方案為超寬帶傳感器網(wǎng)絡。超寬帶是使用超寬帶信號來實現(xiàn)短距離大容量信息傳遞的一種新興無線通信技術，系統(tǒng)標準由美國聯(lián)邦通信委員會制定并公布。根據(jù)技術規(guī)范，超寬帶信號是指絕對帶寬大于500MHz或相對帶寬大于25%的信號。傳統(tǒng)的超寬帶信號是一種無載波的，寬度在納秒級至皮秒級的非正弦波極窄脈沖沖激信號，通過調制該脈沖的位置、幅度等來區(qū)格不同的信息。因此，超寬帶系統(tǒng)的調制方式從傳統(tǒng)的脈沖無線電方式，逐漸過度到直接序列擴頻超寬帶，以及先進的多帶正交頻分多路復用等。為避免超寬帶系統(tǒng)對現(xiàn)有的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)定超寬帶系統(tǒng)的頻譜帶寬限制3.1GHz至10.6GHz,超寬帶信號的等效各向同性輻射功率被限制在美國放射噪聲規(guī)定值-41.3dBm/MHz以下。除了頻帶超寬之外，超寬帶的傳輸速率高、通信距離短、發(fā)射功率低、隱藏性好、定位精度高、穿透能力強、抗干擾能力強，具有便攜性高效等特點，恰符合井下通信在滿足一定數(shù)據(jù)傳輸率的條件下，發(fā)射功率越低越好這一要求。同時，超寬帶系統(tǒng)在井下環(huán)境中，可免受地面全球定位和無限局域網(wǎng)信號的同頻干擾，設備的技術復雜度低，其購買、使用和維護的成本低，便于推廣和使用。
[0007]因此，在諸如煤礦井下等危險環(huán)境中，實施對瓦斯氣體濃度的遠程監(jiān)測，可采用超寬帶與碳納米管技術融合的方案。超寬帶提供遠程探測信號的無線傳輸信道和接口 ；碳納米管則用于探測瓦斯氣體濃度變化，形成基于超寬帶與碳納米管的無線瓦斯氣體濃度傳感器，通過瓦斯氣體的濃度調制超寬帶頻譜的特性，包括超寬帶帶陷頻率的深度和位置，以主動或被動方式實施探測。但是，目前，基于上述技術的無線瓦斯氣體傳感器尚無公開發(fā)表的解決方案。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其結構簡單，傳感機理簡便易行，使用操作便捷，探測分辨率和精度高，能夠實現(xiàn)瓦斯氣體的遠程監(jiān)測，且適用于危險環(huán)境中的瓦斯檢測。
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?包括介質基片和設置在介質基片接地面上的接地平面，以及設置在介質基片上表面上的導帶和平面貼片式結構的超寬帶天線，所述超寬帶天線為底部中間位置處向下凸出且底部兩側均具有雙階梯下切角的長方形形狀，所述導帶與所述超寬帶天線的底部中間位置處向下凸出的部分相接，所述超寬帶天線的中間位置處刻蝕有由內側線和外側線構成的雙線型U型縫隙槽線，所述U型縫隙槽線的內側線和外側線之間嵌入安裝有瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^；所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^包括交叉指型電極、鈀參雜單壁碳納米管、雪崩型穩(wěn)壓二極管和探頭激勵源，所述鈀參雜單壁碳納米管嵌入安裝在交叉指型電極的第一電極的一指和第二電極的一指之間，所述交叉指型電極的第一電極與雪崩型穩(wěn)壓二極管的負極相接，所述交叉指型電極的第二電極與探頭激勵源的負極相接，所述探頭激勵源的正極與雪崩型穩(wěn)壓二極管的正極相接。
[0010]上述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^的數(shù)量為一個且嵌入安裝在所述U型縫隙槽線的橫段的中間位置處，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^的交叉指型電極的第一電極和第二電極分別與所述U型縫隙槽線的橫段的中間位置處的內側線和外側線相接。
[0011]上述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^的數(shù)量為兩個且分別嵌入安裝在所述U型縫隙槽線的兩個豎段上，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^的交叉指型電極第一電極和第二電極分別與所述U型縫隙槽線的豎段的內側線和外側線相接。
[0012]上述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎涮卣髟谟?所述探頭激勵源為直流電源，所述導帶上外接有超寬帶信號發(fā)生器。
[0013]上述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述探頭激勵源為超寬帶微波直流整流器，所述導帶與所述超寬帶微波直流整流器相接。
[0014]上述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎涮卣髟谟?所述超寬帶微波直流整流器包括負載電阻以及依次相接的帶通濾波器電路、阻抗匹配電路、整流電路和直流輸出電路，所述直流輸出電路的輸出端與所述負載電阻的一端相接且為所述超寬帶微波直流整流器的正極電壓輸出端V+，所述負載電阻的另一端接地且為所述超寬帶微波直流整流器的負極電壓輸出端V-。
[0015]上述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述介質基片為平面薄型介質基片。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明的傳感機理簡便易行，傳感器結構簡單，使用操作便捷。
[0018]2、本發(fā)明對瓦斯氣體濃度的探測采用鈀參雜單壁碳納米管，可以實現(xiàn)室溫環(huán)境下的精確瓦斯?jié)舛葯z測。
[0019]3、本發(fā)明引入了交叉指型電極、雪崩型穩(wěn)壓二極管和探頭激勵源，與鈀參雜單壁碳納米管一起構成了瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^，提升了該傳感器瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測的探測分辨率和精度。
[0020]4、本發(fā)明遠程探測采用超寬帶技術，并利用對超寬帶帶陷頻率的調制特性，實現(xiàn)了瓦斯氣體濃度信息的遠程傳遞和識別，超寬帶的低功率、無接觸等特性，適用于危險環(huán)境中的瓦斯檢測。
[0021]綜上所述，本發(fā)明結構簡單，傳感機理簡便易行，使用操作便捷，探測分辨率和精度高，能夠實現(xiàn)瓦斯氣體的遠程監(jiān)測，且適用于危險環(huán)境中的瓦斯檢測。
[0022]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明第一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明第二種【具體實施方式】的結構示意圖。[0025]圖3為本發(fā)明第三種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明第四種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^的第一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0028]圖6為本發(fā)明瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^的第二種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0029]圖7為本發(fā)明雪崩型穩(wěn)壓二極管的U-1特性圖。
[0030]圖8為本發(fā)明第一種【具體實施方式】和第三種【具體實施方式】的反射系數(shù)隨頻率的變化曲線圖。 [0031]圖9為本發(fā)明第二種【具體實施方式】和第四種【具體實施方式】的反射系數(shù)隨頻率的變化曲線圖。
[0032]圖10為本發(fā)明超寬帶微波直流整流器的電路原理框圖。
[0033]附圖標記說明:
[0034]I—介質基片；2—接地平面；3—導帶；
[0035]4一超寬帶天線； 4-1 一雙階梯下切角；5—U型縫隙槽線；
[0036]6—瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^； 7—交叉指型電極；
[0037]8—鈕參雜單壁碳納米管； 9一雪崩型穩(wěn)壓二極管；
[0038]10—直流電源；11一超寬帶微波直流整流器；
[0039]12—超寬帶信號發(fā)生器；13—帶通濾波器電路；
[0040]14一阻抗匹配電路；15—整流電路；
[0041]16—直流輸出電路；17—負載電阻。
【具體實施方式】
[0042]實施例1
[0043]如圖1和圖5所示，本發(fā)明包括介質基片I和設置在介質基片I接地面上的接地平面2，以及設置在介質基片I上表面上的導帶3和平面貼片式結構的超寬帶天線4，所述超寬帶天線4為底部中間位置處向下凸出且底部兩側均具有雙階梯下切角4-1的長方形形狀，所述導帶3與所述超寬帶天線4的底部中間位置處向下凸出的部分相接，所述超寬帶天線4的中間位置處刻蝕有由內側線和外側線構成的雙線型U型縫隙槽線5，所述U型縫隙槽線5的內側線和外側線之間嵌入安裝有瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^6 ;所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^6包括交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8、雪崩型穩(wěn)壓二極管9和探頭激勵源，所述鈀參雜單壁碳納米管8嵌入安裝在交叉指型電極7的第一電極的一指和第二電極的一指之間，所述交叉指型電極7的第一電極與雪崩型穩(wěn)壓二極管9的負極相接，所述交叉指型電極7的第二電極與探頭激勵源的負極相接，所述探頭激勵源的正極與雪崩型穩(wěn)壓二極管9的正極相接。
[0044]如圖1所示，本實施例中，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^6的數(shù)量為一個且嵌入安裝在所述U型縫隙槽線5的橫段的中間位置處，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^6的交叉指型電極7的第一電極和第二電極分別與所述U型縫隙槽線5的橫段的中間位置處的內側線和外側線相接。
[0045]如圖1和圖5所示，本實施例中，所述探頭激勵源為直流電源10，所述導帶3上外接有超寬帶信號發(fā)生器12。所述介質基片I為平面薄型介質基片。[0046]本實施例為對超寬帶帶隙頻點采用調幅方式探測的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛橹鲃犹綔y方式，鈀參雜單壁碳納米管8所需的直流電壓來源于直流電源10，超寬帶信號來自于超寬帶信號發(fā)生器12，通過導帶3和接地平面2構成的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅黟伨€，饋入到超寬帶天線4。所述超寬帶天線4底部兩側的雙階梯下切角4-1形成了該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯某瑢拵匦?，所述U型縫隙槽線5形成了超寬帶帶隙頻點。
[0047]本實施例的工作原理為:在由交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8、雪崩型穩(wěn)壓二極管9和直流電源10構成的串聯(lián)回路中，交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8和雪崩型穩(wěn)壓二極管9形成了對直流電源10的分壓，當該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅髦苓叺耐咚箽怏w濃度較小時，鈀參雜單壁碳納米管8的表面吸附的瓦斯氣體分子較少，表面電流小，交叉指型電極7電極間的等效電阻較大，分壓較大，此時，雪崩型穩(wěn)壓二極管9的分壓較小，小于發(fā)生雪崩效應的閾值電壓Vgs，如圖7所示；此時，雪崩型穩(wěn)壓二極管9反向截止，交叉指型電極7電極間的等效阻抗較大，U型縫隙槽線5相當于開路，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯姆瓷湎禂?shù)隨頻率的變化曲線如圖8中LI曲線所示。當該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅髦苓叺耐咚箽怏w濃度增大到危險濃度時，鈀參雜單壁碳納米管8的表面吸附的瓦斯氣體分子變多，表面電流變大，交叉指型電極7電極間的等效電阻變小，分壓減小，隨之，雪崩型穩(wěn)壓二極管9的分壓變大到發(fā)生雪崩效應的閾值電壓Vgs，如圖7所示；此時，雪崩型穩(wěn)壓二極管9正向導通，U型縫隙槽線5相當于短路，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯姆瓷湎禂?shù)隨頻率的變化曲線如圖8中L2曲線所示。對比圖8中LI曲線和L2曲線在6GHz帶隙頻點的深度變化，當瓦斯氣體濃度由Oppm增加到IOOppm時，反射系數(shù)的變化為10dB，意味著調幅深度達到了 10dB，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅髡{幅的幅度足以有效地識別瓦斯氣體濃度的變化。
[0048]實施例2
[0049]如圖2和圖5所示，本實施例與實施例1不同的是:所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^6的數(shù)量為兩個且分別嵌入安裝在所述U型縫隙槽線5的兩個豎段上，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^6的交叉指型電極7第一電極和第二電極分別與所述U型縫隙槽線5的豎段的內側線和外側線相接。其余結構均與實施例1相同。
[0050]本實施例為對超寬帶帶隙頻點采用調頻方式探測的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛橹鲃犹綔y方式，鈀參雜單壁碳納米管8所需的直流電壓來源于直流電源10，超寬帶信號來自于超寬帶信號發(fā)生器12，通過導帶3和接地平面2構成的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅黟伨€，饋入到超寬帶天線4。本實施例的工作原理與實施例1所不同的是:該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗Τ瑢拵额l點采用調頻方式探測，當該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅髦苓叺耐咚箽怏w濃度較小時，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯姆瓷湎禂?shù)隨頻率的變化曲線如圖9中L3曲線所示；當該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅髦苓叺耐咚箽怏w濃度增大到危險濃度時，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯姆瓷湎禂?shù)隨頻率的變化曲線如圖9中L4曲線所示；對比圖9中L3曲線和L4曲線在瓦斯氣體濃度由Oppm增加到IOOppm時，帶隙頻點的位置變化為500MHz，意味著調頻間隔高達500MHz，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅髡{頻的間隔足以有效地識別瓦斯氣體濃度的變化。其余工作原理均與實施例1相同。
[0051]實施例3
[0052]如圖2、圖6和圖10所示，本實施例與實施例1不同的是:所述探頭激勵源為超寬帶微波直流整流器11，所述導帶3與所述超寬帶微波直流整流器11相接。所述超寬帶微波直流整流器11包括負載電阻17以及依次相接的帶通濾波器電路13、阻抗匹配電路14、整流電路15和直流輸出電路16，所述直流輸出電路16的輸出端與所述負載電阻17的一端相接且為所述超寬帶微波直流整流器11的正極電壓輸出端V+，所述負載電阻17的另一端接地且為所述超寬帶微波直流整流器11的負極電壓輸出端V-。其余結構均與實施例1相同。
[0053]本實施例為對超寬帶帶隙頻點采用調幅方式探測的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎摕o線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛楸粍犹綔y方式，鈀參雜單壁碳納米管8所需的直流電壓來源于超寬帶微波直流整流器11。本實施例的工作原理與實施例1所不同的是:在由交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8、雪崩型穩(wěn)壓二極管9和超寬帶微波直流整流器11構成的串聯(lián)回路中，交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8和雪崩型穩(wěn)壓二極管9形成了對超寬帶微波直流整流器11的分壓；超寬帶微波直流整流器11通過帶通濾波器電路13獲取的超寬帶微波信號，通過阻抗匹配電路14輸入到整流電路15中進行整流，整流電路15輸出的直流信號通過直流輸出電路16和負載電阻17作用到交叉指型電極7和雪崩型穩(wěn)壓二極管9之間，為鈀摻雜單壁碳納米管8提供直流電源。其余工作原理均與實施例1相同。
[0054]實施例4
[0055]如圖4、圖6和圖10所示，本實施例與實施例2不同的是:所述探頭激勵源為超寬帶微波直流整流器11，所述導帶3與所述超寬帶微波直流整流器11相接。所述超寬帶微波直流整流器11包括負載電阻17以及依次相接的帶通濾波器電路13、阻抗匹配電路14、整流電路15和直流輸出電路16，所述直流輸出電路16的輸出端與所述負載電阻17的一端相接且為所述超寬帶微波直流整流器11的正極電壓輸出端V+，所述負載電阻17的另一端接地且為所述超寬帶微波直流整流器11的負極電壓輸出端V-。其余結構均與實施例2相同。
[0056]本實施例為對超寬帶帶隙頻點采用調頻方式探測的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛楸粍犹綔y方式，鈀參雜單壁碳納米管8所需的直流電壓來源于超寬帶微波直流整流器11。本實施例的工作原理與實施例2所不同的是:在由交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8、雪崩型穩(wěn)壓二極管9和超寬帶微波直流整流器11構成的串聯(lián)回路中，交叉指型電極7、鈀參雜單壁碳納米管8和雪崩型穩(wěn)壓二極管9形成了對超寬帶微波直流整流器11的分壓，超寬帶微波直流整流器11通過帶通濾波器電路13獲取的超寬帶微波信號，通過阻抗匹配電路14輸入到整流電路15中進行整流，整流電路15輸出的直流信號通過直流輸出電路16和負載電阻17作用到交叉指型電極7和雪崩型穩(wěn)壓二極管9之間，為鈀摻雜單壁碳納米管8提供直流電源。其余工作原理均與實施例2相同。
[0057]綜上所述，本發(fā)明提出了一種融合了超寬帶帶陷功能和鈀參雜單壁碳納米管8的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其中，超寬帶帶陷功能由超寬帶天線4、接地平面2、導帶3和U型縫隙槽線5實現(xiàn)，同時，提供了遠程探測信號的無線傳輸信道和接口 ；鈀參雜單壁碳納米管8構成了在室溫環(huán)境下探測瓦斯氣體的傳感機理，其電特性，包括等效電阻，會隨瓦斯氣體濃度的變化而變化，從而導致鈀參雜單壁碳納米管8表面電流的變化，這些電特性改變超寬帶頻譜中帶隙頻點的深度(調幅)或帶隙的頻點的位置(調頻)，所形成的超寬帶頻譜將攜載瓦斯氣體濃度的信息，通過遠程探測接收裝置對超寬帶頻譜的分析，識別瓦斯氣體濃度的存在和變化。為了提高鈀參雜單壁碳納米管8的探測分辨率和精度，引入了交叉指型電極7、雪崩型穩(wěn)壓二極管9和探頭激勵源形成了該無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯膫鞲刑筋^。
[0058]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?包括介質基片(I)和設置在介質基片(I)接地面上的接地平面(2)，以及設置在介質基片(I)上表面上的導帶(3)和平面貼片式結構的超寬帶天線(4)，所述超寬帶天線(4)為底部中間位置處向下凸出且底部兩側均具有雙階梯下切角(4-1)的長方形形狀，所述導帶(3)與所述超寬帶天線(4)的底部中間位置處向下凸出的部分相接，所述超寬帶天線(4)的中間位置處刻蝕有由內側線和外側線構成的雙線型U型縫隙槽線(5)，所述U型縫隙槽線(5)的內側線和外側線之間嵌入安裝有瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^(6);所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^(6)包括交叉指型電極(7 )、鈀參雜單壁碳納米管(8 )、雪崩型穩(wěn)壓二極管(9 )和探頭激勵源，所述鈀參雜單壁碳納米管(8)嵌入安裝在交叉指型電極(7)的第一電極的一指和第二電極的一指之間，所述交叉指型電極(7)的第一電極與雪崩型穩(wěn)壓二極管(9)的負極相接，所述交叉指型電極(7)的第二電極與探頭激勵源的負極相接，所述探頭激勵源的正極與雪崩型穩(wěn)壓二極管(9)的正極相接。
2.按照權利要求1所述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎涮卣髟谟?所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^(6)的數(shù)量為一個且嵌入安裝在所述U型縫隙槽線(5)的橫段的中間位置處，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^(6)的交叉指型電極(7)的第一電極和第二電極分別與所述U型縫隙槽線(5)的橫段的中間位置處的內側線和外側線相接。
3.按照權利要求1所述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^(6)的數(shù)量為兩個且分別嵌入安裝在所述U型縫隙槽線(5)的兩個豎段上，所述瓦斯?jié)舛葌鞲衅魈筋^(6)的交叉指型電極(7)第一電極和第二電極分別與所述U型縫隙槽線(5)的豎段的內側線和外側線相接。
4.按照權利要求2或3所述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述探頭激勵源為直流電源(10)，所述導帶(3)上外接有超寬帶信號發(fā)生器(12)。
5.按照權利要求2或3所述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述探頭激勵源為超寬帶微波直流整流器(11)，所述導帶(3)與所述超寬帶微波直流整流器(11)相接。
6.按照權利要求5所述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述超寬帶微波直流整流器(11)包括負載電阻(17)以及依次相接的帶通濾波器電路(13)、阻抗匹配電路(14)、整流電路(15)和直流輸出電路(16)，所述直流輸出電路(16)的輸出端與所述負載電阻(17)的一端相接且為所述超寬帶微波直流整流器(11)的正極電壓輸出端V+，所述負載電阻(17)的另一端接地且為所述超寬帶微波直流整流器(11)的負極電壓輸出端V-。
7.按照權利要求2或3所述的基于超寬帶帶陷功能的無線瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，其特征在?所述介質基片(I)為平面薄型介質基片。
【文檔編號】G01N27/12GK103604839SQ201310561600
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月10日 優(yōu)先權日:2013年11月10日
【發(fā)明者】劉健 申請人:西安科技大學