本发明属于氢气传感器，具体涉及一种at切型石英谐振式氢气传感器。
背景技术：
1、近年来，氢气作为一种新型清洁能源受到广泛关注，在推进节能减排、调整能源产业结构和应对全球气候变化方面具有重要意义。但是氢气作为一种无色、无臭、无味的可燃气体，其在空气中4％～75.6％的浓度(体积分数)范围内极易发生爆炸。典型的氢气传感器包括热传导类型、电阻类型、功函数类型、光学类型等，均存在响应速度慢、灵敏度低、功耗较大、抗干扰差等问题，在实现快速、高灵敏度、高浓度的氢气检测上存在一定挑战。
2、谐振型氢气传感器是由氢敏感材料和各类谐振器复合而成的一类新型氢气传感器，其利用氢敏感材料的氢吸特性与谐振器的电学谐振特性，将外部待测氢气浓度转换为器件的谐振频率，进而达到氢气浓度检测的目的。由于谐振型氢传感器的传感信号是频率信号，属于半数字信号，相对于典型的氢气传感器的模拟传感信号而言，其具有更强的抗干扰能力与更高的检测分辨率。同时，谐振型氢传感器的核心敏感单元是容性的谐振元件，其功率消耗也远低于阻性敏感单元的典型的氢气传感器。得益于以上原因，谐振型氢气传感器在实现低功耗、微型化、低成本、抗干扰、高分辨率的氢传感器技术方面具有得天独厚的显著优势，近些年来逐渐成为研究热点并引起广泛关注。
3、目前谐振型氢气传感器多使用薄膜体声波谐振器作为检测单元，薄膜体声波谐振器主要包括背面刻蚀型体声波谐振器、空气隙型体声波谐振器以及固态装配型体声波谐振器。它们的谐振功能层均可以利用普通微纳加工工艺在衬底上加工得到，但是对于声学界面的制备会有差别。其中，背面刻蚀型体声波谐振器利用体硅微加工工艺从谐振器基底的背部进行刻蚀得到，在刻蚀过程中可能存在刻蚀速率一致性低的问题，导致良品率较低，难以满足大批量的工业化应用；而空气隙型薄膜体声波谐振器需要采用目前工艺水平较高的表面微加工工艺在基底衬底表面形成一个很小的空气隙，表面微加工工艺的难度较大；固态装配型薄膜体声波谐振器涉及到多层周期性交替排列的高低阻抗的声学层的制备，工艺步骤较多，工艺成本也会增加。因而，目前的谐振型氢气传感器存在加工制备工艺较为复杂、良品率低、成本较高的问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种at切型石英谐振式氢气传感器，具有工艺结构简单、响应快速、高灵敏度的优点。
2、本发明所采用的技术方案如下：
3、一种at切型石英谐振式氢气传感器，包括依次叠置的第一钯(pd)材料多功能层、at切型石英压电层和第二钯材料多功能层；第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层关于at切型石英压电层对称设置；
4、所述at切型石英谐振式氢气传感器置于待测氢气环境中，向第一钯材料多功能层和第二钯材料多功能层施加激励信号，使at切型石英谐振式氢气传感器发生谐振，通过检测谐振频率，实现待测氢气环境的氢气浓度检测。
5、进一步地，所述第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层既作为氢气敏感层，又作为电极层。
6、进一步地，所述第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层为形状和尺寸完全相同的钯金属薄膜。
7、进一步地，所述第一钯材料多功能层和第二钯材料多功能层的平面尺寸小于等于at切型石英压电层的平面尺寸。
8、进一步地，所述第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层的厚度为3～10μm。
9、进一步地，所述at切型石英压电层的厚度为0.1～0.2mm。
10、进一步地，所述第一钯材料多功能层和第二钯材料多功能层通过额外的电极引线与外部电路电气连接。
11、进一步地，所述at切型石英谐振式氢气传感器置于氢气体积分数不超过4％的待测氢气环境中时，对氢气具有重复吸附-解析特性。
12、本发明提出的at切型石英谐振式氢气传感器的工作原理为：
13、当at切型石英谐振式氢气传感器置于待测氢气环境中时，第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层由于具有钯氢吸附效应，导致其杨氏模量发生改变，并且杨氏模量的改变量随待测氢气环境的氢气浓度而变化；同时，向第一钯材料多功能层和第二钯材料多功能层施加激励信号，当激励信号的频率达到at切型石英谐振式氢气传感器的谐振频率时，at切型石英谐振式氢气传感器发生谐振，其谐振频率会受到材料杨氏模量的影响，因而at切型石英谐振式氢气传感器的谐振频率变化可以反映待测氢气环境的氢气浓度，即通过检测谐振频率，实现待测氢气环境的氢气浓度检测。
14、本发明的有益效果为：
15、1、本发明提出了一种at切型石英谐振式氢气传感器，仅具有三层薄膜结构，并利用钯金属薄膜对氢气的吸附作用使得钯的杨氏模量发生了变化，进而改变了谐振器的谐振频率，最终通过谐振器的谐振频率的变化来实现氢气浓度检测；与现有复杂多层结构的氢气传感器相比，本发明具有结构简单、器件体积小、响应速度快、检测灵敏度高的优点，并且器件制备工艺简单成熟，成本较低，适用于大批量生产；
16、2、优选地，本发明通过在at切型石英压电层的上下两面对称设置形状和尺寸完全相同的钯材料多功能层，可以避免由于钯金属薄膜吸附氢气带来的膨胀影响而导致的谐振区域的弯曲变形，有助于进一步提升器件检测灵敏度；
17、3、优选地，对于氢气体积分数不超过4％的待测氢气环境，钯金属薄膜对氢气具有重复吸附-解析特性，并且能较快达到稳定状态，进而可用于氢气浓度的重复检测。
1.一种at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，包括依次叠置的第一钯材料多功能层、at切型石英压电层和第二钯材料多功能层；第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层关于at切型石英压电层对称设置；
2.根据权利要求1所述at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，所述第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层为形状和尺寸完全相同的钯金属薄膜。
3.根据权利要求2所述at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，所述第一钯材料多功能层和第二钯材料多功能层的平面尺寸小于等于at切型石英压电层的平面尺寸。
4.根据权利要求3所述at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，所述第一钯材料多功能层与第二钯材料多功能层的厚度为3～10μm。
5.根据权利要求2所述at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，所述at切型石英压电层的厚度为0.1～0.2mm。
6.根据权利要求1所述at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，所述第一钯材料多功能层和第二钯材料多功能层通过额外的电极引线与外部电路电气连接。
7.根据权利要求1所述at切型石英谐振式氢气传感器，其特征在于，所述at切型石英谐振式氢气传感器置于氢气体积分数不超过4％的待测氢气环境中时，对氢气具有重复吸附-解析特性。
