[發(fā)明專利]全集成式紅外氣體傳感器及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710540697.5
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN107328730B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡少勤;楊靖;張祖?zhèn)?/a>;馬晉毅;袁宇鵬;馬愷祺
• 申請（專利權(quán)）人: 中電科技集團(tuán)重慶聲光電有限公司;中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504
• 代理公司: 50221 重慶樂泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 劉佳<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國

1.一種全集成式紅外氣體傳感器，包括：壓電微泵層、氣孔層、光腔層、電路層、紅外光源、濾光片及紅外敏感元，所述氣孔層上設(shè)置有若干氣孔，所述光腔層上設(shè)置有若干微型光槽；所述紅外光源及紅外敏感元均設(shè)置于電路層上，所述氣孔層與光腔層相連以形成集成氣室，所述壓電微泵層設(shè)置于氣孔層上背離光腔層的一面，且所述壓電微泵層的兩側(cè)支角連接于氣孔層上背離光腔層的一面，所述電路層位于光腔層上背離氣孔層的一面，所述電路層還與壓電微泵層電連接，所述電路層用于輸出周期性電壓時(shí)序控制信號(hào)至壓電微泵層以控制所述壓電微泵層進(jìn)行上抬或下壓動(dòng)作，當(dāng)所述壓電微泵層下壓且完全遮蔽氣孔層上的氣孔時(shí)，所述電路層還用于輸出控制信號(hào)至紅外光源以使得所述紅外光源發(fā)出紅外光，所述濾光片用于濾除非被測氣體紅外特征吸收波段的紅外光，所述紅外敏感元用于將經(jīng)過濾光片濾除及經(jīng)過被測氣體吸收之后的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述電路層還用于對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理以獲得被測氣體的濃度值。

2.如權(quán)利要求1所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述壓電微泵層呈“П”字型。

3.如權(quán)利要求1所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述壓電微泵層包括第一壓電材料、第二壓電材料、第一金屬電極、第二金屬電極、第三金屬電極、第一基板及第二基板，所述第一壓電材料疊加于第二壓電材料的上方，所述第一金屬電極位于第一壓電材料的頂面且居中位置，所述第二金屬電極位于第一壓電材料與第二壓電材料之間，所述第三金屬電極位于第二壓電材料的底面且居中位置，所述第一金屬電極、第二金屬電極及第三金屬電極的中點(diǎn)位于同一豎線上，所述第一基板位于第二壓電材料的底面左側(cè)，所述第二基板位于第二壓電材料的底面右側(cè)。

4.如權(quán)利要求1所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述電路層上還設(shè)置有光源驅(qū)動(dòng)電路、中央處理器、數(shù)字信號(hào)處理模塊、信號(hào)放大模塊、壓電微泵層電壓控制模塊及電源管理模塊；所述電源管理模塊用于為整個(gè)全集成式紅外氣體傳感器提供電源管理，所述光源驅(qū)動(dòng)電路用于在接收到中央處理器的控制指令后，驅(qū)動(dòng)紅外光源發(fā)出紅外光，所述壓電微泵層電壓控制模塊用于接收中央處理器的控制指令，并按照對(duì)應(yīng)的時(shí)序輸出電壓至壓電微泵層，所述紅外光源所發(fā)出的紅外光進(jìn)入集成氣室被待測氣體吸收，之后被濾光片過濾，所述紅外敏感元用于將經(jīng)過被測氣體吸收并被濾光片過濾后的紅外光的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其傳輸至中央處理器，所述中央處理器通過對(duì)電信號(hào)的處理和分析，判斷出被測氣體的濃度。

5.如權(quán)利要求1所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述光腔層上開設(shè)有光源入射窗口及探測器接收窗口，所述紅外光源對(duì)準(zhǔn)光腔層的光源入射窗口，所述紅外敏感元對(duì)準(zhǔn)光腔層的探測器接收窗口。

6.如權(quán)利要求1所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述紅外敏感元為熱釋電探測元件或光伏探測元件。

7.如權(quán)利要求6所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述紅外敏感元為高靈敏度的熱釋電敏感單元、高精度的光電二極管、雪崩光電二極管或光電倍增管。

8.如權(quán)利要求1所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：所述電路層輸出至壓電微泵層的每一個(gè)周期性電壓時(shí)序控制信號(hào)包括：不輸出電壓信號(hào)至壓電微泵層并持續(xù)時(shí)間t1及輸出電壓信號(hào)至壓電微泵層并持續(xù)時(shí)間t2。

9.如權(quán)利要求8所述的全集成式紅外氣體傳感器，其特征在于：當(dāng)電路層不輸出電壓至壓電微泵層時(shí)，所述壓電微泵層不動(dòng)作；當(dāng)電路層輸出電壓至壓電微泵層時(shí)，所述壓電微泵層下壓并遮蔽氣孔層上所有的氣孔。

10.一種如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的全集成式紅外氣體傳感器的工作方法，包括：

不輸出電壓至壓電微泵層并持續(xù)時(shí)間t1；

輸出電壓至壓電微泵層并持續(xù)時(shí)間t2，以使得壓電微泵層被下壓且遮蔽氣孔層上的所有氣孔；

控制紅外光源發(fā)出紅外光；

紅外光經(jīng)進(jìn)入集成氣室；

被測氣體吸收紅外光；

被吸收后的紅外光由濾光片進(jìn)行過濾；

通過紅外敏感元將過濾后的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及

對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理以獲得被測氣體的濃度值。