[發(fā)明專利]基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器及其檢測氣體的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810042478.5
• 申請日: 2008-09-04
• 公開（公告）號: CN101408514A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯中宇;蔡炳初;張亞非;徐東
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01N21/67
• 分類號: G01N21/67
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

1.一種基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器，其特征在于，包括極化電極、柵格電極、帶通濾光片和光敏裝置，柵格電極、帶通濾光片處于極化電極和光敏裝置之間，柵格電極與極化電極之間的氣體間隙構(gòu)成放電區(qū)域，柵格電極具有鏤空的結(jié)構(gòu)，能夠使放電區(qū)域內(nèi)外的氣體連通；帶通濾光片能夠選擇性地使得放電區(qū)域由目標(biāo)氣體產(chǎn)生的特征光輻射通過；光敏裝置僅能夠接收由目標(biāo)氣體產(chǎn)生的特征輻射，并且能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為電信號；

柵格電極和帶通濾光片布置于兩個不同的基片上，兩者之間存在氣體間隙且光敏裝置和帶通濾光片也布置于兩個不同的基片上，兩者之間存在氣體間隙，或者：

柵格電極和帶通濾光片布置于一個基片上且光敏裝置和帶通濾光片也布置于一個基片上；

在極化電極面向柵格電極一側(cè)表面，布置有導(dǎo)體性或者半導(dǎo)體性的一維納米材料或者準(zhǔn)一維納米材料作為極化電極的電極材料；

當(dāng)所述的極化電極由原位制造工藝制備時，極化電極電極材料與基片沒有金屬層；

當(dāng)所述的極化電極不是由原位制造工藝制備時，則極化電極電極材料與基片之間布置有單層或多層的金屬層。

2.如權(quán)利要求1所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器，其特征是，所述的柵格電極和帶通濾光片如果布置在一個基片上，柵格電極屬于帶通濾光片中的一層或多層膜時，帶通濾光片是多層膜式的；或者柵格電極布置于帶通濾光片的全部表面，或者，柵格電極布置于帶通濾光片的部分表面。

3.如權(quán)利要求1所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器，其特征是，所述的光敏裝置如果與帶通濾光片布置于一個基片上，光敏裝置設(shè)置于帶通濾光片背向極化電極一側(cè)的部分表面。

4.如權(quán)利要求1所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器，其特征是，所述的一維納米材料，包括碳納米管、碳化硅納米線、金屬納米線、金屬氮化物納米線或者金屬氧化物納米線中一種。

5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器的檢測方法，其特征在于，在極化電極和柵格電極之間加載電壓，使得放電區(qū)域發(fā)生氣體放電，并且進(jìn)一步由帶通濾光片濾光獲得的目標(biāo)氣體產(chǎn)生的特征光輻射，通過光敏裝置將放電區(qū)域由目標(biāo)氣體產(chǎn)生的特征光輻射轉(zhuǎn)換為電信號，檢測光敏裝置是否有電信號輸出，定性地判斷目標(biāo)氣體的有無，從而實現(xiàn)定性地檢測目標(biāo)氣體；

在已知光敏裝置輸出的電信號強度與目標(biāo)氣體濃度之間關(guān)系的條件下，通過將光敏裝置輸出的電信號強度與已知濃度的目標(biāo)氣體的電信號強度進(jìn)行對比，從而實現(xiàn)定量地檢測目標(biāo)氣體；

所述的光敏裝置輸出的電信號強度與目標(biāo)氣體濃度之間關(guān)系是指：首先，測量N(N＞3)個目標(biāo)氣體濃度所對應(yīng)的光敏裝置輸出電信號的強度；然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到光敏裝置輸出的電信號強度與目標(biāo)氣體濃度之間的關(guān)系。

6.如權(quán)利要求5所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器的檢測方法，其特征是，所述定性地檢測目標(biāo)氣體，包括如下步驟：

第一步：使傳感器暴露于氣體中，在極化電極和柵格電極之間加載電壓，使得放電區(qū)域發(fā)生氣體放電；

第二步：測量光敏裝置的輸出信號，如果存在有效輸出信號，說明存在目標(biāo)氣體，如果不存在有效輸出信號，說明不存在目標(biāo)氣體，或者說明存在濃度超出敏感度范圍的目標(biāo)氣體。

7.如權(quán)利要求5所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器的檢測方法，其特征是，所述定量地檢測目標(biāo)氣體，包括如下步驟：

第一步：使傳感器暴露于氣體中，在極化電極和柵格電極之間加載電壓，使得放電區(qū)域發(fā)生氣體放電；

第二步：測量光敏裝置的輸出信號，如果存在有效輸出信號，對比有效輸出信號強度和已知濃度的目標(biāo)氣體的電信號強度，根據(jù)光敏裝置輸出的電信號強度與目標(biāo)氣體濃度之間的關(guān)系，確定目標(biāo)氣體的濃度。

8.如權(quán)利要求6或7所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器的檢測方法，其特征是，所述的光敏裝置的有效輸出信號，是指：在放電區(qū)域沒有發(fā)生氣體放電的條件下，光敏裝置的輸出信號被定義為空載信號，當(dāng)光敏裝置的輸出信號大于其空載信號時，光敏裝置的輸出信號被定義為有效輸出信號。

9.如權(quán)利要求6或7所述的基于氣體放電光譜分析的氣體傳感器的檢測方法，其特征是，所述的光敏裝置輸出的電信號強度與目標(biāo)氣體濃度之間的關(guān)系，實現(xiàn)的方法是：

首先，測量N個目標(biāo)氣體濃度所對應(yīng)的光敏裝置輸出電信號的強度，N＞3；

然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到光敏裝置輸出的電信號強度與目標(biāo)氣體濃度之間的關(guān)系；

對于相同的目標(biāo)氣體種類和濃度范圍、相同的傳感器而言，確定這一關(guān)系屬于標(biāo)定的過程，不需要在每一次定量測試前重復(fù)。