一種氣液分離仿生電子鼻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣液分離仿生電子鼻。
【背景技術(shù)】
[0002]井下隨鉆檢測(cè)是錄井行業(yè)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)隨鉆測(cè)量與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。鑒于電子鼻在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、公共安全等領(lǐng)域的優(yōu)異表現(xiàn)，將電子鼻技術(shù)應(yīng)用到隨鉆檢測(cè)，也必將會(huì)是一個(gè)很有前景的研究方向。在隨鉆檢測(cè)的過程中，高效地實(shí)現(xiàn)井下油氣與鉆井液的分離，并進(jìn)行高精度的測(cè)量，是成功實(shí)現(xiàn)油氣檢測(cè)的關(guān)鍵。
[0003 ]龍4下嗅覺器官表面呈陣列分布的細(xì)小毛發(fā)，有對(duì)液體中含有的氣味分子進(jìn)行分離的作用，然后通過其表面的敏感物質(zhì)捕捉氣味分子引起的化學(xué)信號(hào)，具有高敏感性和高效性的特點(diǎn)。
[0004]不同的氣室結(jié)構(gòu)，將會(huì)對(duì)氣體傳感器的響應(yīng)速度與響應(yīng)值有顯著的影響。貓的嗅覺反應(yīng)受到周圍環(huán)境中的氣體濃度，以及鼻腔中氣流形式和流速的三重作用影響，而鼻腔中的氣流形式和流速又受到鼻腔結(jié)構(gòu)的影響。經(jīng)過長(zhǎng)期的進(jìn)化，貓具有較為完善的鼻腔結(jié)構(gòu)和嗅覺能力，因此，仿照貓鼻腔的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)氣體傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明仿照龍蝦嗅覺器官的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿生分離器，提高了氣液的分離效率，仿照貓鼻腔的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)氣體室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，通過仿生設(shè)計(jì)提高了傳感器的檢測(cè)精度和靈敏度，也拓展了傳感器的測(cè)量范圍。
[0006]本發(fā)明由仿生分離器A、氣體室B、傳感器陣列C和擾流體D組成，其中仿生分離器A的圓臺(tái)體大圓與氣體室殼體B中進(jìn)氣段3的圓臺(tái)體大圓連接;擾流體D中后擾流段11的外螺紋10與氣體室B中檢測(cè)段6的內(nèi)螺紋7螺紋連接;傳感器陣列C固接于氣體室B的檢測(cè)段6中，且位于擾流體D的后擾流段11前部;仿生分離器A的圓臺(tái)體側(cè)表面所設(shè)仿生結(jié)構(gòu)單元E中底板16的長(zhǎng)度方向沿仿生分離器A的圓臺(tái)體側(cè)表面周向排列，仿生結(jié)構(gòu)單元E中底板16的寬度方向沿仿生分離器A的圓臺(tái)體母線方向排列，仿生結(jié)構(gòu)單元E中主擾流柱115、主擾流柱Π18、副擾流柱組114和副擾流柱組Π 17的尾部朝向與氣流方向一致。
[0007]所述的仿生分離器A為空心圓臺(tái)體，圓臺(tái)體大圓直徑di為20-30mm，圓臺(tái)體小圓直徑d2為5-8mm，圓臺(tái)體高Li為30-45mm;圓臺(tái)體小圓端呈封閉狀態(tài)，其外表面不設(shè)仿生結(jié)構(gòu)單元E和半透膜I;相鄰的仿生結(jié)構(gòu)單元E沿圓臺(tái)體表面母線方向和周向均為對(duì)齊排列，且相鄰兩排仿生結(jié)構(gòu)單元E的中心沿圓臺(tái)體表面母線方向的間距his為300um、沿圓臺(tái)體表面周向方向的間距Li4為100um;圓臺(tái)體內(nèi)側(cè)壁設(shè)有半透膜I，圓臺(tái)體壁厚hi為l-2mm，圓臺(tái)體側(cè)表面設(shè)有仿生結(jié)構(gòu)單元E，圓臺(tái)體側(cè)壁上均勻分布有透氣孔2，透氣孔2為圓柱形，其直徑d12為20-30um，透氣孔2在圓臺(tái)體側(cè)壁上的分布與仿生結(jié)構(gòu)單元的排列相對(duì)應(yīng)，每個(gè)仿生結(jié)構(gòu)單元沿圓臺(tái)體母線方向?qū)ΨQ分布有三組透氣孔2，相鄰兩組透氣孔2的間距L12為lOOum;每組5-7個(gè)透氣孔2在圓臺(tái)體周向?qū)ΨQ均勻分布，兩個(gè)相鄰?fù)笟饪?的中心距L13為60-80um。
[0008]所述的氣體室B由進(jìn)氣段3、傳輸段4、擴(kuò)散段5和檢測(cè)段6組成，進(jìn)氣段3、傳輸段4、擴(kuò)散段5和檢測(cè)段6自左至右依次連接;進(jìn)氣段3、傳輸段4、擴(kuò)散段5和檢測(cè)段6的壁厚h2均為2_3mm;進(jìn)氣段3為圓臺(tái)體，其中圓臺(tái)體大圓直徑d5為20-30mm，圓臺(tái)體小圓直徑cU為5_8mm，圓臺(tái)體高h(yuǎn)4為7-10mm ；傳輸段4為空心圓柱體，其中圓柱直徑與進(jìn)氣段3中圓臺(tái)體小圓直徑ck相同，圓柱體高L3為15-20mm;擴(kuò)散段5為圓臺(tái)體，其中圓臺(tái)體大圓直徑d3為20-30mm,圓臺(tái)體小圓直徑與進(jìn)氣段3中圓臺(tái)體小圓直徑d4相同，圓臺(tái)體高h(yuǎn)3為4-6_ ；檢測(cè)段6為空心圓柱體，圓柱外徑與擴(kuò)散段5的圓臺(tái)體大圓直徑d3相同，圓柱長(zhǎng)L2為50-60mm;檢測(cè)段6右部設(shè)有內(nèi)螺紋I。
[0009]氣體室B的結(jié)構(gòu)采用仿貓鼻流道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)氣段3采用圓臺(tái)體，增大進(jìn)氣口與氣源的接觸面積，以便捕捉到更多的氣味分子;減小傳輸段4的截面積，利于提高氣體的傳輸速度，提高氣流的動(dòng)能，以便在檢測(cè)段6與擾流體作用形成紊流，增大氣體分子與敏感元件的接觸面積，提高測(cè)量精度。
[0010]所述的傳感器陣列C由4-6個(gè)傳感器組成，在氣體室B中檢測(cè)段6的一個(gè)橫截面的內(nèi)壁上均布，且該橫截面位于擾流體D前端，各傳感器通過傳感器探針和外部信號(hào)轉(zhuǎn)化電路相連。
[0011]所述的擾流體D由前擾流段8、后擾流段11和調(diào)節(jié)柱12組成，前擾流段8位于前部，后擾流段11位于中部，調(diào)節(jié)柱12位于后部；前擾流段8為圓錐體，圓錐體底圓直徑d8為10-20111111，圓錐體高115為5-7111111;后擾流段11為圓柱體，圓柱直徑(16為20-30111111，圓柱高116為10-15mm，圓柱近邊沿設(shè)有8-24個(gè)擾流孔9，擾流孔9沿直徑d9為10_13mm的圓均布，擾流孔9直徑d1為2mm，圓柱邊沿設(shè)有外螺紋10;調(diào)節(jié)柱12為圓柱體，圓柱直徑d7為10-15mm，圓柱高L4為35_501111]1，圓柱后端設(shè)有溝槽13。
[0012]通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)柱12后端的溝槽13，可對(duì)擾流體D的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使敏感元件處獲得最優(yōu)的氣流狀態(tài)，從而提高傳感器的測(cè)量精度。
[0013]所述的仿生結(jié)構(gòu)單元E由主擾流柱115、主擾流柱Π 18、副擾流柱組114、副擾流柱組Π 17和底板16組成，其中副擾流柱組114和副擾流柱組Π 17各由十根擾流柱組成，并各排成一列，副擾流柱組114和副擾流柱組Π 17的長(zhǎng)L7均為750um，副擾流柱組114和副擾流柱組Π 17間距h8為90um ；主擾流柱115和主擾流柱Π 18對(duì)稱位于中線兩側(cè)，主擾流柱115和主擾流柱Π 18間距L8為700um;主擾流柱115和主擾流柱Π 18直徑d1Q均為50um，主擾流柱115和主擾流柱Π18長(zhǎng)L11均為800-850um;副擾流柱直徑L6為25um;副擾流柱長(zhǎng)Liq為750um;底板16為長(zhǎng)方形，底板長(zhǎng)L9為100um底板寬h7為300um;主擾流柱115和主擾流柱Π 18與底板16的夾角β為39° ;副擾流柱組114和副擾流柱組Π 17與底板16的夾角α為50°。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015](I)仿照龍蝦嗅覺器官的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿生分離器，提高了氣液的分離效率。
[0016](2)仿照貓鼻腔的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)氣體室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，通過仿生設(shè)計(jì)提高了傳感器的檢測(cè)精度和靈敏度，也拓展了傳感器的測(cè)量范圍。
【附圖說明】
[0017]圖1為氣液分離仿生電子鼻結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖2為仿生分離器結(jié)構(gòu)示意圖
[0019]圖3為氣體室結(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖4為擾流體主視圖
[0021]圖5為擾流體右視圖
[0022]圖6為仿生結(jié)構(gòu)單元俯視圖
[0023]圖7為仿生結(jié)構(gòu)單元立體圖
[0024]圖8為擾流柱角度示意圖
[0025]圖9為仿生結(jié)構(gòu)單元及透氣孔的排列狀況示意圖
[0026]其中:A.仿生分離器B.氣體室C.傳感器陣列D.擾流體E.仿生結(jié)構(gòu)單元1.半透膜2.透氣孔3.進(jìn)氣段4.傳輸段5.擴(kuò)散段6.檢測(cè)段7.內(nèi)螺紋8.前擾流段9.擾流孔10.外螺紋11.后擾流段12.調(diào)節(jié)柱13.溝槽14.副擾流柱組I 15.主擾流柱I 16.底板17.副擾流柱組Π 18.主擾流柱Π
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述:
[0028]本發(fā)明仿照龍蝦嗅覺器官的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿生分離器，提高了氣液的分離效率，仿照貓鼻腔的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)氣體室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，通過仿生設(shè)計(jì)提高了傳感器的檢測(cè)精度和靈敏度，也拓展了傳感器的測(cè)量范圍。
[0029]如圖1所示，一種氣液分離仿生電子鼻由仿生分離器A、氣體室B、傳感器陣列C和擾流體D組成，其中仿生分離器A的圓臺(tái)體大圓與氣體室殼體B中進(jìn)氣段3的圓臺(tái)體大圓連接；擾流體D中后擾流段11的外螺紋10與氣體室B中檢測(cè)段6的內(nèi)螺紋7螺紋連接;傳感器陣列C固接于氣體室B的檢測(cè)段6中，且位于擾流體D的后擾流段11前部。
[0030]如圖2、6、7所示，仿生分離器A的圓臺(tái)體側(cè)表面所設(shè)仿生結(jié)構(gòu)單元E中底板16的長(zhǎng)度方向沿仿生分離器A的圓臺(tái)體側(cè)表面周向排列，仿生結(jié)構(gòu)單元E中底板16的寬度方向沿仿生分離器A的圓臺(tái)體母線方向排列，仿生結(jié)構(gòu)單元E中主擾流柱115、主擾流柱Π 18、副擾流柱組114和副擾流柱組Π 17的尾部朝向與氣流方向一致。
[0031 ] 如圖2、9所示，所述的仿生分離器A為空心圓臺(tái)體，圓臺(tái)體大圓直徑di為20-30mm，圓臺(tái)體小圓直徑d2為5_8mm，圓臺(tái)體高Li為30_45mm;圓臺(tái)體小圓端呈封閉狀態(tài)，其外表面不設(shè)仿生結(jié)構(gòu)單元E和半透膜I;相鄰的仿生結(jié)構(gòu)單元E沿圓臺(tái)體表面母線方向和周向均為對(duì)齊排列，且相鄰兩排仿生結(jié)構(gòu)單元E的中心沿圓臺(tái)體表面母線方向的間距hi5為300um、沿圓臺(tái)體表面周向方向的間距Lu為I OOOum。
[0032]圓臺(tái)體內(nèi)側(cè)壁設(shè)有半透膜I，圓臺(tái)體壁厚hi為l_2mm，圓臺(tái)體側(cè)表面設(shè)有仿生結(jié)構(gòu)單元E，圓臺(tái)體側(cè)壁上均勻分布有透氣孔2，透氣孔2為圓柱形，其直徑d12為20-30um，透氣孔2在圓臺(tái)體側(cè)壁上的分布與仿生結(jié)構(gòu)單元的排列