一种测量超流氦中第二声波的传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种测量超流氦中第二声波的传感器。

背景技术

超流氦具有极高的导热率，约为常温铜的800倍，同时其粘度极低。得益于其极佳的流动性能与传热性能，超流氦冷却被广泛应用于加速器、超导磁体等大科学装置的冷却之中。如公开号为CN107965940A的中国专利文献公开了一种超流氦低温系统，公开号为CN114812095A的中国专利文献公开了一种超流氦制冷机。

超流氦中被认为存在着常流体与超流体两种组分，即二流体理论。在超流氦系统中，常流体与经典流体性质相似；超流体不存在粘性且熵为零；两组分各自具有相互独立的速度场。

由于上述超流氦独特的性质，在超流氦中存在着第二声波。区别于普通的声波，第二声波并非是压力波，而是一种温度波，或者称之为熵波，即意味着温度在超流氦中是以波的形式进行传播的。

超流氦中的第二声波可以通过超漏型第二声波传感器测量，该类型传感器已广泛应用于科学研究、超导缺陷检测等领域。

目前，传统的测量超流体中第二声波的传感器一般都与流道集成在一起，将用于检测信号的具有涂覆面的膜压在流道的内壁或外壁上，这样不仅导致流道不平整光滑，影响测量信号的准确性。而且为了满足电气连续性，保证传感器能够正常接地，使得其在使用过程中还对流道的材质有所要求，需要流道具备导电性。此外，集成式的传感器，不便于反复使用，提高了使用成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种测量超流氦中第二声波的传感器，拆卸和安装方便，具有广泛的适用性，同时提高了测量精度与准确性。

一种测量超流氦中第二声波的传感器，包括中心设有第一通孔的顶盖以及与顶盖螺纹配合的底座；

所述顶盖的第一通孔内嵌设有外侧包覆聚碳酸酯多孔膜的铜电极；所述的聚碳酸酯多孔膜为单面镀金结构，聚碳酸酯多孔膜的非镀金面紧贴包覆铜电极的上表面及侧面，聚碳酸酯多孔膜上侧的镀金面与顶盖的上表面齐平；

所述底座的上端面设有放置聚四氟乙烯垫圈的凹槽，聚四氟乙烯垫圈的上表面与铜电极和顶盖相抵；底座的下端面与SMA射频线公接头的外部壳体固定，底座的中心设有竖向的第二通孔；

所述铜电极的下表面中心位置处设有开孔，所述SMA射频线公接头的内部PIN针穿过第二通孔及聚四氟乙烯垫圈后与铜电极开孔内填充的低温导电胶相接触；所述的SMA射频线公接头通过测试电路与分析仪器相连接。

本发明中，传感器通过将超流体穿过聚碳酸酯多孔膜的振动信号转化为电信号，来测量超流氦中的第二声波；相比于现有的测量第二声波的传感器，该传感器可拆卸反复使用，对安装面的材质是否导电无要求，使用场景广泛。

进一步地，所述底座的外边缘设有第一安装孔，用于将底座固定在待测量的超流氦流道上。

进一步地，所述的聚碳酸酯多孔膜的孔径为0.1～0.5μm，镀金面的金层厚度为20～100nm。

进一步地，所述的SMA射频线公接头与第二通孔的内壁之间填充有低温胶。

进一步地，所述铜电极下表面的开孔直径为0.8～3mm，深度为0.3～3mm。

进一步地，所述的顶盖和底座均为导电金属材质。

进一步地，所述底座的下端面与SMA射频线公接头之间设有第一铟丝密封圈，所述顶盖的下端面与底座之间设有第二铟丝密封圈。第一铟丝密封圈和第二铟丝密封圈起到密封作用，防止泄漏。

进一步地，所述铜电极、低温导电胶以及SMA射频线公接头的内部PIN针起到作为传感器正极的作用；

所述聚碳酸酯多孔膜的镀金面、顶盖、第二铟丝密封圈、底座、第一铟丝密封圈以及SMA射频线公接头的外部壳体起到作为传感器负极的作用；

传感器的正负极通过聚碳酸酯多孔膜的非镀金面和聚四氟乙烯垫圈隔开，避免短路。

在正式使用过程中，先将传感器通过第一安装孔安装在需要测量的超流氦流道上，将SMA射频线公接头与测试电路相连接。超流氦中的常流体组分会被聚碳酸酯多孔膜阻挡，超流组分会穿过聚碳酸酯多孔膜的孔隙并引发薄膜震动，使传感器产生信号，并通过SMA射频线公接头将信号传递给相应的分析仪器，即可完成超流氦中第二声波的测定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种用于测量超流氦中第二声波的传感器，传感器自身满足电气连续性要求，对需测量的流道材质不在具有要求，具有泛用性。

2、本发明提供的传感器所有部件自身集成为一个模块，可以从使用流道上拆卸下来重复使用。

3、本发明提供的传感器单面镀金聚碳酸酯多孔膜与顶盖表面可手动调校平齐，保证了表面的光滑连续性，提高了测量精度与准确性。

附图说明

图1为本发明一种测量超流氦中第二声波的传感器结构示意图；

图2为图1的剖视图。

图中：1-低温导电胶；2-聚碳酸酯多孔膜；3-顶盖；4-底座；5-SMA射频线公接头；6-第一铟丝密封圈；7-低温胶；8-第二铟丝密封圈；9-聚四氟乙烯垫圈；10-铜电极；11-第一安装孔；12-第二安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

如图1和图2所示，一种测量超流氦中第二声波的传感器，包括铜电极10、聚碳酸酯多孔膜2、顶盖3、底座4、SMA射频线公接头5、低温导电胶1、低温胶7、聚四氟乙烯垫圈9、第一铟丝密封圈6和第二铟丝密封圈8。

铜电极10下表面中心位置处设有直径为1.2mm、深度为1mm的开孔，起到作为传感器正极的作用。聚碳酸酯多孔膜2为单面镀金结构，聚碳酸酯多孔膜2的非镀金面紧贴包覆铜电极10的上表面及侧面，聚碳酸酯多孔膜2上侧的镀金面与顶盖3的上表面齐平。

聚碳酸酯多孔膜2选用孔径为0.2μm的聚碳酸酯膜，膜的一侧镀有厚度为50nm的金层，起到传感器负极的作用。用聚碳酸酯多孔膜2的非镀金面紧贴包覆铜电极10的非开孔面，组成传感器的电极组件。将顶盖3用砂纸打磨至合适大小，将传感器电极组件整体从顶盖3的上端通孔塞入，直至聚碳酸酯多孔膜2的上侧镀金面与顶盖3的上表面齐平。

顶盖3由铝制成，其下端内表面加工有一定深度的螺纹。底座4的上端外表面加工有一定深度的螺纹，将顶盖3与底座4通过螺纹旋合在一起，保持固定。底座4由铝制成，底部留有特定尺寸的第二安装孔12，且中心内部留有直径为5mm的第二通孔，用于安装SMA射频线公接头5。

SMA射频线公接头5的内部PIN针穿过第二通孔及聚四氟乙烯垫圈9后与铜电极10开孔内填充的低温导电胶1相接触，SMA射频线公接头5通过测试电路与分析仪器相连接。

作为本发明的一种优选实施方式，顶盖3与底座4之间设置有第二铟丝密封圈8，起到密封作用，防止泄漏。

作为本发明的一种优选实施方式，铜电极10与底座4之间设置有聚四氟乙烯垫圈9，起到密封以及绝缘的作用。聚四氟乙烯垫圈9的尺寸可以为22mm*5mm，厚度可以为3mm。

作为本发明的一种优选实施方式，SMA射频线公接头5与底座4之间设置有第一铟丝密封圈6，起到密封作用，防止泄漏。

作为本发明的一种优选实施方式，底座4中间的空腔与SMA射频线公接头5之间填充有低温胶7，起到固定、密封作用。

作为本发明的一种优选实施方式，铜电极10底端的开孔与SMA射频线公接头5的PIN之间填充有低温导电胶1，起到固定、导电作用。

作为本发明的一种优选实施方式，底座4外圈上留有第一安装孔11，用于将其固定在需要测量的超流氦流道上。

由于铜电极10具有导电性，且低温导电胶1具有导电性，并与SMA射频线公接头5的内部PIN针相接触，故而保证了传感器正极的电气连续性。

由于铝具有导电性，聚碳酸酯多孔膜2的镀金面也具有导电性，且与顶盖3接触，故而保证了传感器负极的电气连续性。

由于第一铟丝密封圈6、第二铟丝密封圈8具有导电性，底座4为金属制成且与SMA射频线公接头5的外部壳体相连接，故而保证了传感器负极的电气连续性。

由于聚碳酸酯多孔膜2的非镀金面以及聚四氟乙烯垫圈9不具有导电性，故而将传感器的正负极实现了隔开，避免了短路。

在正式使用过程中，先将传感器通过第一安装孔11安装在需要测量的超流氦流道上，将SMA射频线公接头5与测试电路相连接。超流氦中的常流体组分会被聚碳酸酯多孔膜2阻挡，超流组分会穿过聚碳酸酯多孔膜2的孔隙并引发薄膜震动，使传感器产生信号，并通过SMA射频线公接头5将信号传递给相应的分析仪器，即可完成超流氦中第二声波的测定。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。