1.一种基于单片集成传感器的井下探测装置,包括八轴飞行器、静压头、与静压头相连的单片集成传感器、传感器信号处理模块、无线通信模块、飞行控制模块、GPS定位模块和超声波测距模块;位于飞行器上方的静压头正常导入环境的气体浓度、气压、温度和湿度;单片集成传感器与静压头相连,将测量结果传送到八轴飞行器的信号处理模块中,八轴飞行器通过无线通讯模块与地面的数据处理中心实现实时的信息交互;GPS定位模块用于定位八轴飞行器,井上的用户能够根据井下的通道结构有效控制飞行器在井下灵活地飞行,超声波测距模块用于实现整个装置自动避障,其中,所述单片集成传感器的结构包括氨气传感器、甲烷传感器 、一氧化碳传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器;它们按照2行
3列形式分布排列;所述的氨气传感器自下而上分别是陶瓷基底、二氧化硅层、镍铬合金层、金薄膜层、二氧化锡层,在陶瓷基底上方的两端分别是左电极以及右电极,在镍铬合金层、金薄膜层、二氧化锡构成的叉指电极上覆盖的是RGO薄膜层;所述的甲烷传感器自下而上分别是陶瓷基底、二氧化硅层、镍铬合金层、金薄膜层,在陶瓷基底上方的两端分别是左电极以及右电极,在镍铬合金层、金薄膜层构成的叉指电极上覆盖的是SnO2/RGO薄膜层;所述的一氧化碳传感器自下而上分别是陶瓷基底、二氧化硅层、镍铬合金层、金薄膜层,在陶瓷基底上方的两端分别是左电极以及右电极,在镍铬合金层、金薄膜层构成的叉指电极上覆盖的是RGO薄膜层,在RGO薄膜层中有注入铝原子;所述的温度传感器自下而上分别是陶瓷基底、氧化石墨烯层、RGO薄膜层,在陶瓷基底上方的两端分别是左电极以及右电极,在二氧化硅层中间空位设置氧化石墨烯层;所述的气压传感器自下而上分别是陶瓷基底、二氧化硅层、RGO薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯、气囊、天然乳胶,在陶瓷基底的上方两端分别是左电极以及右电极,陶瓷基底底部掏空一部分形成C杯;所述的湿度传感器自下而上分别是陶瓷基底、二氧化硅层、RGO薄膜层、聚酰亚胺湿敏层,在陶瓷基底上方的两端分别是左电极以及右电极,陶瓷基底底部掏空一部分形成C杯。
2.根据权利要求1所述的基于单片集成传感器的井下探测装置,其特征在于单片集成传感器包括氨气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、气压传感器、温度传感器以及湿度传感器;传感器信号处理模块包括电源模块、信号处理模块、信号转换模块;电源模块分为基准电压源、模拟电源和数字电源;基准电压源为传感器供电,模拟电源为信号处理模块供电,数字电源为信号转换模块供电;信号处理模块包括电压放大电路,信号选择电路以及低通滤波电路;信号转换模块包括A/D模数转换器和单片机一;单片集成传感器将电信号送到信号选择电路获得有效信号,再通过电压放大电路和低通滤波电路处理后,传输给A/D模数转换器,A/D模数转换器将信号转换后输出至单片机一,再由单片机一发送至八轴飞行器内置的单片机二;单片机二再通过无线通信模块将接收到的数据实时传输给地面的数据处理中心。
3.根据权利要求1所述的基于单片集成传感器的井下探测装置,其特征在于静压头为飞碟形状,该飞碟形状的静压头将来自井下环境和八轴飞行器各个方向的风压消除。
4.根据权利要求1所述的单片集成传感器的井下探测装置的制备方法,其特征在于包括如下单片集成传感器的制备步骤:
步骤一:首先选取陶瓷作为基底,并将其分成六个部分,按照2行3列形式设置,从左到右依次为氨气传感器模块、甲烷传感器模块、一氧化碳传感器模块,第二排从左到右依次为温度传感器模块、气压传感器模块、湿度传感器模块,首先在衬底上利用磁控溅射技术沉积一层金薄膜,并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化,形成左电极以及右电极;
步骤二:在陶瓷基底上以热氧化方式生长一层二氧化硅,接着淀积Si3N4,再对第五模块以及第六模块采用背面干法光刻技术腐蚀窗口,用KOH腐蚀液80℃腐蚀,到SiO2层会自动停止,最后去除Si3N4;
步骤三:在第一模块、第二模块以及第三模块其二氧化硅表面溅射一层镍铬合金,接着在这三个模块上面溅射一层金薄膜,最后用负胶光刻工艺刻蚀出梳齿形状的叉指电极;对第四模块采用负胶光刻工艺,在二氧化硅层中间位置刻蚀出空位;
步骤四:对第一模块再次利用磁控溅射技术在叉指电极上沉积锡金属,形成锡金属对整个叉指电极的覆盖,然后在空气中退火,将锡氧化成二氧化锡,覆盖在金薄膜上,形成Au/SnO2复合结构;
步骤五:利用喷涂打印技术在第四模块中间空位形成氧化石墨烯层,然后制作RGO溶液,将RGO分散液分别涂在模块一以及模块三的叉指电极,模块四的氧化石墨烯层,模块五以及模块六的二氧化硅层上成膜,最后置于真空干燥箱中使薄膜中水分蒸发;
步骤六:利用溶胶‑凝胶法制备SnO2溶胶溶液,向其中掺杂RGO分散液,利用旋涂法制成SnO2/RGO复合薄膜,之后对其进行退火处理,得到最终的SnO2/RGO薄膜,并将其涂覆在模块二的叉指电极上;利用离子体刻蚀方法将银纳米晶体沉积在模块一的RGO膜表面,利用离子注入技术向模块三中RGO薄膜注入铝原子;
步骤七:在模块六的RGO薄膜上涂聚酰亚胺湿敏层,然后光刻,最后亚胺化;
步骤八:在模块五的RGO薄膜上涂覆柔软且具有弹性的材料聚甲基丙烯酸甲酯,利用天然乳胶制备上层基底,制备充盈气囊并镶嵌于上层基底内部,并放置于模块五的石墨烯层上。
5.根据权利要求4所述的单片集成传感器的井下探测装置的制备方法,其特征在于步骤二中的二氧化硅衬底为50nm。
6.如权利要求4所述的单片集成传感器的井下探测装置的制备方法,其特征在于步骤三中镍铬合金为100nm,金薄膜为150nm。
7.如权利要求4所述的单片集成传感器的井下探测装置的制备方法,其特征在于步骤五中RGO溶液浓度为3.8mg/ml。
8.如权利要求4所述的单片集成传感器的井下探测装置的制备方法,其特征在于步骤六中SnO2/RGO薄膜(16)的石墨烯的掺杂量为0.75mg/ml。