大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，它包括腐蝕監(jiān)測模塊、MCU模塊、通信模塊；通信模塊與MCU模塊連接，所述腐蝕監(jiān)測模塊包括金屬薄膜試片、恒流源模塊和AD/DA差分電路模塊，所述金屬薄膜試片與所述恒流源模塊連接，所述恒流源模塊與所述MCU模塊連接，所述金屬薄膜試片與所述AD/DA差分電路模塊連接，所述AD/DA差分電路模塊與所述MCU模塊連接，用于測定金屬薄膜試片的電阻值。本實用新型具有高分辨率、高靈敏度、重現(xiàn)性好、成本低、便攜式等優(yōu)點，適合實時、在線、連續(xù)監(jiān)測大氣環(huán)境中氣體污染物的濃度變化，尤其對于博物館文物保存微環(huán)境低氣體污染物監(jiān)測具有廣泛的應(yīng)用前景。另外，本實用新型對人居環(huán)境、新裝修居室的環(huán)境監(jiān)測也具有實用價值。
【專利說明】大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種大氣腐蝕速率監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是博物館微環(huán)境污染物腐蝕速 率在線監(jiān)測傳感器，具體涉及一種大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 文物是歷史的印記，是重要的歷史文化遺產(chǎn)，是人類文明的見證，大部分文物以博 物館形勢進(jìn)行展示和儲存。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國館藏文物約有3000余萬件，品類齊全、數(shù)量 巨大，價值極高，博物館總數(shù)達(dá)4000余座，作為館藏文物展示與存儲的大氣環(huán)境保護(hù)尤其 重要。雖然現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)和技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，但當(dāng)前我國館藏文物預(yù)防性保護(hù)措施欠 缺，博物館環(huán)境質(zhì)量不高，館藏文物的展示和儲存受溫度、相對濕度、光照度、紫外線強(qiáng)度、 二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)物、有機(jī)酸污染物、無機(jī)污染物、含硫污染物等因素的影響，隨著歲月 的流逝，這些珍貴的歷史文化遺產(chǎn)飽經(jīng)滄桑，遭受著不同程度的污染物腐蝕。由于缺乏有效 的污染物監(jiān)控手段、成本過高等原因，目前國內(nèi)只有少數(shù)重點博物館對館藏文物環(huán)境的溫 濕度進(jìn)行了監(jiān)測，還沒有對文物造成危害的低濃度氣體污染物進(jìn)行監(jiān)測；受限于目前對微 環(huán)境的檢測技術(shù)水平，國內(nèi)的文物保護(hù)活動仍多處于被動模式，將被保護(hù)對象置于一個相 對封閉的微環(huán)境中，任由文物隨著時光的流逝緩慢受損甚至遭到破壞，事后再對文物采取 搶救性修補措施。因此急需開發(fā)博物館微環(huán)境低濃度污染物腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，對 我國可移動文物保存環(huán)境進(jìn)行精確監(jiān)測、科學(xué)評價以從事后修補被動模式向預(yù)防性主動保 護(hù)模式轉(zhuǎn)變，為文物保護(hù)提供有力支撐。
[0003] 現(xiàn)有的國外大氣環(huán)境腐蝕速率實時監(jiān)測技術(shù)，主要是以Purafil公司的OnGuard系 列產(chǎn)品為代表，它能夠連續(xù)測量大氣中污染物的腐蝕速率。這類國外產(chǎn)品由于價格昂貴，知 識產(chǎn)權(quán)限制信息外流等因素，難以在我國推廣。目前國內(nèi)大氣環(huán)境腐蝕速率實時監(jiān)測技術(shù) 較為缺乏，其中上海博物館及華南理工大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的石英晶體微天平（QCM)博物館微環(huán) 境監(jiān)測裝置，在石英晶片的電極上修飾聚苯胺涂層用作壓電傳感器，對有機(jī)酸、醛及苯類氣 體污染物產(chǎn)生吸附作用。將吸附的質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為QCM諧振頻率的變化，通過對頻率的測 量，可以反映微環(huán)境污染物當(dāng)量濃度。但是QCM靈敏度高，容易受溫度、相對濕度和塵埃的 影響，機(jī)械性能較為脆弱。因此，針對目前我國缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的館藏文物保存環(huán)境低濃 度氣體污染物實時監(jiān)測技術(shù)以及檢測設(shè)備，迫切需要開發(fā)博物館大氣環(huán)境低濃度污染物腐 蝕速率在線監(jiān)測傳感技術(shù)及專門產(chǎn)品。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實時、在線、連續(xù)監(jiān)測大氣腐蝕速率 的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，所采用的技術(shù)方案是四電極測電阻法。
[0005] 采用四電極測電阻法時，兩塊金屬薄膜試片串聯(lián)進(jìn)行測試，受環(huán)境腐蝕的傳感金 屬薄膜試片隨著表面有效橫截面積的減少將導(dǎo)致電阻增加，電子數(shù)據(jù)記錄器測定和記錄傳 感金屬薄膜試片相對于參比金屬薄膜試片的電阻變化值，然后通過計算得到金屬腐蝕深度 及腐蝕速率。所述數(shù)據(jù)測定采用非接觸式數(shù)據(jù)采集，即使隔著玻璃也可以進(jìn)行采集。
[0006] 為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，它包括腐蝕監(jiān)測模塊、MCU模塊、通信模塊； 所述腐蝕監(jiān)測模塊包括金屬薄膜試片、恒流源模塊和AD/DA差分電路模塊；所述金屬薄膜 試片與所述恒流源模塊連接，所述恒流源模塊與所述MCU模塊連接，用于提供穩(wěn)定低漂移 的測試電流；所述金屬薄膜試片與所述AD/DA差分電路模塊連接，所述AD/DA差分電路模塊 與所述MCU模塊連接，用于測定金屬薄膜試片的電阻值；所述通信模塊與所述MCU模塊連 接，用于傳輸MCU模塊處理得出的數(shù)據(jù)。
[0008] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是金屬薄膜試片包括至少一個傳感金屬薄膜試片和至少一 個參比金屬薄膜試片；所述傳感金屬薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片串聯(lián)。
[0009] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是傳感金屬薄膜試片暴露于大氣環(huán)境作為敏感元件，所述參 比金屬薄膜試片與大氣環(huán)境隔離作為參比元件。
[0010] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是傳感金屬薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片均是鍍于絕 緣板上。
[0011] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是傳感金屬薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片是相同材料 的線型薄膜金屬層，所述傳感金屬薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片結(jié)構(gòu)尺寸相同。
[0012] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是傳感金屬薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片厚度均為 IOnm至20um，長度大于100mm。
[0013] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是金屬薄膜試片的材料是銅、銀、鋅、鋁、鐵、鎳、鉛中的一種 材料。
[0014] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器還包括用于檢測環(huán)境的溫 度和相對濕度的溫濕度檢測模塊，所述溫濕度檢測模塊與所述MCU模塊連接。
[0015] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是通信模塊是無線通信模塊。
[0016] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案是通信模塊包括存儲單元，所述存儲單元是網(wǎng)絡(luò)通信存儲單 J Li 〇
[0017] 本實用新型由電池供電，體積小、無線發(fā)射、測量功耗低，使用壽命可達(dá)到5年，電 池可更換。
[0018] 所述傳感金屬薄膜試片電阻變化轉(zhuǎn)化為腐蝕深度的改變，進(jìn)而對大氣環(huán)境腐蝕速 率進(jìn)行檢測，精度可達(dá)到〇? lnm。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型具有高分辨率、高靈敏 度、重現(xiàn)性好、成本低、便攜式等優(yōu)點，適合實時、在線、連續(xù)監(jiān)測大氣環(huán)境中氣體污染物的 濃度變化，尤其對于博物館文物保存微環(huán)境低氣體污染物監(jiān)測具有廣泛的應(yīng)用前景。另外， 本實用新型對人居環(huán)境、新裝修居室的環(huán)境監(jiān)測也具有實用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型一個實施例中傳感器的原理框圖。
[0021] 圖2為本實用新型一個實施例的金屬薄膜試片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為本實用新型一個實施例中測試原理圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步闡述，實施例僅用于說明本實用新型而不局 限于本實用新型內(nèi)容。
[0024] 本實用新型的實施方式涉及一種實時、在線、連續(xù)監(jiān)測博物館保存微環(huán)境氣體污 染物腐蝕速率的傳感器設(shè)備。
[0025] 如圖1所示，本實用新型一個實施例大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，它包括腐蝕 監(jiān)測模塊、MCU主電路模塊、通信電路模塊。相應(yīng)的，MCU主電路模塊連接有電源、RS232接 口、IXD以及鍵盤。腐蝕監(jiān)測模塊包括鍍于絕緣板上的傳感金屬薄膜試片Rsms與參比金屬 薄膜試片RMf，恒流源和AD/DA差分電路。傳感金屬薄膜試片Rsms和參比金屬薄膜試片R ref為兩塊相同質(zhì)地的線型薄膜金屬層，其中傳感金屬薄膜試片Rsms暴露于大氣環(huán)境作為敏感 元件，參比金屬薄膜試片Rref與大氣環(huán)境隔離作為參比元件。恒流源與MCU主電路和金屬 薄膜試片相連，用于提供穩(wěn)定低漂移的測試電流。AD/DA差分電路與MCU主電路和金屬薄膜 試片相連，用于測定金屬薄膜試片的電阻值。MCU主電路連接有溫濕度檢測模塊，溫濕度檢 測模塊用于檢測環(huán)境的溫度和相對濕度。通信電路與MCU主電路相連，用于傳輸MCU主電 路處理得出的數(shù)據(jù)。通信電路模塊采用無線通訊技術(shù)，通過無線模塊將數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)。 無線通訊技術(shù)基于GPRS/GSM芯片實現(xiàn)。通信電路存儲單元利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù) 據(jù)的遠(yuǎn)程存取及實時管理，可通過E-mail傳輸，方便快捷。
[0026] 如圖2所示，金屬薄片試片，如傳感金屬薄膜試片或參比金屬薄膜試片，其結(jié)構(gòu)主 要是線型金屬薄膜2,其中線型金屬薄膜2與金叉指4連接，線型金屬薄膜2與金叉指4鍍 于絕緣板1上，同時線型金屬薄膜2與金叉指4上設(shè)置有隔離層3。
[0027] 如圖3所示，傳感金屬薄膜試片Rsms暴露于大氣環(huán)境作為敏感元件，參比金屬薄膜 試片R?f與大氣環(huán)境隔離作為參比元件。本實用新型涉及的兩塊材質(zhì)和厚度相同的金屬線 型薄膜試片置于絕緣板上，采用四電極測電阻法進(jìn)行測試，兩塊金屬薄膜試片串聯(lián)進(jìn)行，受 環(huán)境腐蝕的傳感金屬薄膜試片Rsms隨著表面有效橫截面積的減少將導(dǎo)致電阻增加，電子數(shù) 據(jù)記錄器測定和記錄傳感金屬薄膜試片Rs6ns相對于參比金屬薄膜試片RMf的電阻變化值， 然后通過計算得到金屬腐蝕深度及腐蝕速率。數(shù)據(jù)測定采用非接觸式數(shù)據(jù)采集，即使隔著 博物館展柜玻璃也可以進(jìn)行采集。
[0028] 采用四電極測電阻法時，兩塊金屬薄膜試片串聯(lián)進(jìn)行測試，受環(huán)境腐蝕的傳感金 屬薄膜試片Rsms隨著表面有效橫截面積的減少將導(dǎo)致電阻增加，電子數(shù)據(jù)記錄器測定和記 錄傳感金屬薄膜試片Rs6ns相對于參比金屬薄膜試片Rref的電阻變化值，然后通過計算得到 金屬腐蝕深度及腐蝕速率。本實施例涉及的金屬薄膜試片腐蝕深度（大氣腐蝕速率）可以 通過以下方程式進(jìn)行計算：

【權(quán)利要求】
1. 一種大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于：它包括腐蝕監(jiān)測模塊、MCU模塊、 通信模塊；所述腐蝕監(jiān)測模塊包括金屬薄膜試片、恒流源模塊和AD/DA差分電路模塊；所述 金屬薄膜試片與所述恒流源模塊連接，所述恒流源模塊與所述MCU模塊連接，用于提供穩(wěn) 定低漂移的測試電流；所述金屬薄膜試片與所述AD/DA差分電路模塊連接，所述AD/DA差分 電路模塊與所述MCU模塊連接，用于測定金屬薄膜試片的電阻值；所述通信模塊與所述MCU 模塊連接，用于傳輸MCU模塊處理得出的數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的金屬薄膜 試片包括至少一個傳感金屬薄膜試片和至少一個參比金屬薄膜試片；所述傳感金屬薄膜試 片與所述參比金屬薄膜試片串聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的傳感金屬 薄膜試片暴露于大氣環(huán)境作為敏感元件，所述參比金屬薄膜試片與大氣環(huán)境隔離作為參比 元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的傳感金屬 薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片均是鍍于絕緣板上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的傳感金屬 薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片是相同材料的線型薄膜金屬層，所述傳感金屬薄膜試片 與所述參比金屬薄膜試片結(jié)構(gòu)尺寸相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的傳感金屬 薄膜試片與所述參比金屬薄膜試片厚度均為l〇nm至20um，長度大于100mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的金屬薄膜 試片的材料是銅、銀、鋅、鋁、鐵、鎳、鉛中的一種材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的大氣腐蝕 速率在線監(jiān)測傳感器還包括用于檢測環(huán)境的溫度和相對濕度的溫濕度檢測模塊，所述溫濕 度檢測模塊與所述MCU模塊連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的通信模塊 是無線通信模塊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣腐蝕速率在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的通信模 塊包括存儲單元，所述存儲單元是網(wǎng)絡(luò)通信存儲單元。
【文檔編號】G01N17/00GK204142617SQ201420517770
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】王新鋒, 田先清, 楊黎, 朱民, 王曉川, 梁延軍 申請人:四川省科學(xué)城海天實業(yè)總公司, 中國工程物理研究院化工材料研究所