[發明專利]全集成式紅外氣體傳感器及其工作方法

有效

• 申請號: 201710540697.5
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107328730B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 胡少勤;楊靖;張祖偉;馬晉毅;袁宇鵬;馬愷祺
• 申請（專利權）人: 中電科技集團重慶聲光電有限公司;中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 50221 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉佳<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開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，所述電路層用于輸出周期性電壓時序控制信號至壓電微泵層以控制所述壓電微泵層進行上抬或下壓動作，當所述壓電微泵層下壓且完全遮蔽氣孔層上的氣孔時，所述電路層還用于輸出控制信號至紅外光源以使得所述紅外光源發出紅外光，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過濾光片濾除及經過被測氣體吸收之后的紅外光轉換為電信號，所述電路層還用于對轉換后的電信號進行計算處理以獲得被測氣體的濃度值。本發明還提供了一種全集成式紅外氣體傳感器的工作方法。

技術領域

本發明屬于一種氣體傳感器，具體涉及一種基于可調激光二極管光源的全集成式紅外氣體傳感器。

背景技術

氣體傳感器在生產現場監測、燃氣管網監測、環境監測等領域大量使用，隨著物聯網、消費電子等新興產業的飛速發展，人們對空氣環境質量的日益關注，氣體傳感器的應用需求飛速增長。氣體傳感器是一種可將氣體的成分、濃度等信息轉換為電信號的器件。氣體傳感器主要包括半導體型、催化燃燒型和電化學型等種類，該類型氣體傳感器在使用過程中存在氣體選擇性差，不同氣體之間存在交叉干擾的問題。而紅外氣體傳感器是利用非色散紅外(NDIR)原理對空氣中存在的目標氣體進行探測，具有靈敏度高、可靠性好、精確度高以及抗干擾能力強等優點。氣體分子在紅外波段存在特征吸收，紅外氣體傳感器是利用這種氣體分子對紅外波段的特征吸收作用來檢測特定氣體的種類和濃度。在紅外氣體傳感器中，光源發出紅外光譜，不同種類的特定氣體吸收的的紅外光波段不同，因此紅外氣體傳感器用于檢測氣體分子種類。

當前，紅外氣體傳感器存在集成度低、測量響應時間長、測量精度低等問題。如，中國專利“一種紅外氣體傳感器及檢測方法”(201410094249.3)和中國專利“雙參考波長紅外氣體傳感器及方法”(201511008910.5)提供的紅外氣體傳感器集成度較低，不能實現消費電子和物聯網等對傳感器小型化要求高的應用領域。因此，中國專利“一種全集成紅外氣體傳感器”(201510528726.7)提出了一種由硅襯底、紅外光源、紅外探測器、信號處理電路和微型氣室構成的全集成紅外氣體傳感器。現有的全集成紅外氣體傳感器。但該全集成紅外氣體傳感器中氣室的進氣和出氣都使用的是自然擴散方式，由于氣孔數量有限，所以該傳感器測量響應時間較長。同時，氣孔的存在會對使光在傳輸中產生泄露，降低傳感器的精度。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種氣體測量種類更加豐富、測量精度更高的紅外氣體傳感器。

本發明所提供的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，所述氣孔層上設置有若干氣孔，所述光腔層上設置有若干微型光槽；所述紅外光源及紅外敏感元均設置于電路層上，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序控制信號至壓電微泵層以控制所述壓電微泵層進行上抬或下壓動作，當所述壓電微泵層下壓且完全遮蔽氣孔層上的氣孔時，所述電路層還用于輸出控制信號至紅外光源以使得所述紅外光源發出紅外光，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過濾光片濾除及經過被測氣體吸收之后的紅外光轉換為電信號，所述電路層還用于對轉換后的電信號進行計算處理以獲得被測氣體的濃度值。

其中，所述壓電微泵層呈“П”字型。