[發(fā)明專利]一種多量程氣體傳感器陣列及其量程自動切換邏輯

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108226226A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧紅亮;楊建國;張衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G05B19/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;王潔平

本發(fā)明屬于氣體監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多量程氣體傳感器陣列及其量程自動切換邏輯。其包括傳感器陣列和量程自動控制切換電路；所述傳感器陣列由不同量程的氣體傳感器組成，所述量程自動控制切換電路包括電壓比較器、主控制器和存儲器；本發(fā)明解決了傳統(tǒng)單一氣體傳感器小量程測量較大氣體濃度易損壞、壽命降低，而大量程傳感器測量微弱氣體濃度時靈敏度和精度低的問題。同時本發(fā)明將量程自動控制切換電路與傳感器陣列集成在一起，通過陣列中不同量程傳感器的響應(yīng)，自動控制切換最合適量程的傳感器工作，可靠性高，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多量程氣體傳感器陣列及其量程自動切換邏輯，屬于氣體監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氣體傳感器的敏感層是是由對一種或多種氣體敏感的材料構(gòu)成的，而不同的材料或者不同膜厚的相同材料對氣體的敏感程度不同。基于納米材料的氣體傳感器是將納米材料涂覆在集成敏感電極的基底上，一般基底的背面或者周邊會加工制作加熱電極以提供合適的工作溫度。不同的材料對相同氣體的響應(yīng)以及測量的量程是不同的，所以可以根據(jù)測量環(huán)境中氣體的不同選擇不同的氣敏材料傳感器。相同的材料，如果其涂覆在敏感電極上的膜厚不同，其對氣體的響應(yīng)以及其量程也會有較大的差異。一般來說傳感器靈敏度越高，量程越小，而量程較大的傳感器，其靈敏度也相應(yīng)較低。但是由于當(dāng)前氣體傳感器的選擇性還不能做到較高的水平，大多數(shù)傳感器由于材料的特性，會對一類氣體都有響應(yīng)，同時由于環(huán)境中的氣體成分比較復(fù)雜，人們對環(huán)境中的氣體濃度的監(jiān)測，需要覆蓋很大的范圍，如從ppb量級至幾千甚至上萬ppm量級，這就要求傳感器在測量低濃度氣體的時候，靈敏度較高，而測量高濃度氣體的時候量程夠大，不會損壞。但是由于材料特性及測量精度等因素的限制，很難依靠單一氣體傳感器完成測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)單一氣體傳感器小量程測量較大氣體濃度易損壞、壽命降低，而大量程傳感器測量微弱氣體濃度時靈敏度和精度低的問題，提出了一種可自動調(diào)整的多量程氣體傳感器陣列及其量程自動切換邏輯。其主要特征是將不同量程的氣體傳感器陣列集成到一起，同時包括自動控制電路，能實現(xiàn)根據(jù)實際監(jiān)測氣體的濃度自適應(yīng)選擇不同量程氣體傳感器的功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。

一種多量程氣體傳感器陣列，其包括傳感器陣列和量程自動控制切換電路；所述傳感器陣列由不同量程的氣體傳感器組成，所述量程自動控制切換電路包括電壓比較器、主控制器和存儲器；不同量程的氣體傳感器的輸出端分別連接到不同電壓比較器，電壓比較器中分別設(shè)有參考電壓，參考電壓的大小分別和不同氣體濃度的氣體傳感器輸出電壓相適應(yīng)，電壓比較器的輸出端連接至主控制器，不同量程的氣體傳感器的工作電源由主控制器控制，主控制器的輸出端連接電壓比較器，主控制器和存儲器相連。

本發(fā)明中，所述傳感器陣列由電極和電極上的通過淀積獲得的不同膜厚的氣敏薄膜配合形成，或者由電極和電極上淀積的不同摻雜種類的金屬氧化物氣敏材料構(gòu)建而成。淀積的膜厚不同或者材料不同，傳感器的響應(yīng)靈敏度及量程也不同，以此實現(xiàn)多量程的氣體傳感器陣列。

本發(fā)明中，傳感器陣列和量程自動控制切換電路通過半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作加工在同一塊基底上，形成系統(tǒng)芯片；或者傳感器陣列和量程自動控制切換電路通過片外連接的方式制作在一塊印制電路板上；或者采用多芯片封裝的形式，將傳感器陣列與量程自動控制切換電路封裝在一個管殼中。

本發(fā)明還提供一種用于多量程氣體傳感器陣列的量程自動切換邏輯，具體如下：

多量程氣體傳感器陣列開始工作的時候，傳感器陣列中的大量程的氣體傳感器首先啟動，同時對應(yīng)的電壓比較器開始工作，當(dāng)監(jiān)測環(huán)境中氣體的濃度比預(yù)設(shè)的觸發(fā)閾值小的時候，比較電路輸出反饋信號給主控制器，主控制器將關(guān)閉當(dāng)前大量程傳感器的電源，打開較小量程的氣體傳感器，使其工作，同時將其對應(yīng)的電壓比較器使能，以得到較好的監(jiān)測靈敏度；