[發明專利]氣體傳感系統及氣體傳感器

有效

• 申請號: 202010280998.0
• 申請日: 2020-04-10
• 公開（公告）號: CN113514503B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 李娜;梁文杰;安飛;楊哲;孫冰;張樹才;金艷
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化安全工程研究院有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;王曉曉

本發明涉及氣體傳感技術領域，公開一種氣體傳感系統及氣體傳感器。所述氣體傳感系統包括：氣體傳感模塊，集成有傳感微芯片，所述傳感微芯片能夠根據不同的氣體產生至少一路電信號；信號檢測模塊，用于獲取所述傳感微芯片產生的一路或多路電信號，并測量所述電信號對應的電阻值；信號處理模塊，與所述信號檢測模塊連接，用于根據所述電信號對應的電阻值的變化情況確定所述電信號對應的氣體的類別和濃度。本發明的傳感微芯片能夠對多種氣體產生響應，信號檢測模塊能夠同時獲取并測量傳感微芯片產生的多路電信號，無需設置多個傳感模塊和信號檢測模塊，減小系統體積，提高集成度，在實現復雜氣氛檢測同時滿足微型化要求。

技術領域

本發明涉及氣體傳感技術領域，具體而言，涉及一種氣體傳感系統以及一種氣體傳感器。

背景技術

隨著人們生活水平的提高和對環保的日益重視，對各種有毒有害氣體的探測，對大氣污染、工業廢氣的監控以及對人居環境質量的檢測都提出了更高的要求。微電子、微加工技術和自動化、智能化技術的迅速發展，使得氣體傳感器體積變小、價格低廉、使用方便，攜帶便利。為滿足廣泛領域的需求，微型化、集成化、多功能化、智能化、系統化成為新型便攜氣敏傳感器的特點要求。MEMS(Micro-Electro-Mechanical?System，微電子機械系統)器件具有體積小、重量輕、耗能低、響應時間短等優勢，推動了氣體傳感器微型化、智能化、低功耗和集成化的發展，微結構氣體傳感器在此基礎上應運而生。

MEMS氣敏微加熱傳感器的原理是采用MEMS工藝技術在襯底材料上制作一種微型平面式多層結構加熱器，使半導體氧化物敏感材料加熱到一定的溫度，其化學活性被有效地激發，與待測目標氣體分子發生反應，從而引起氣敏材料電導率的變化來實現檢測目的。

在復雜氣氛環境的場景混合氣體的種類可能有十幾種，若要實現復雜氣氛檢測，則需要可同時檢測多種氣體的傳感器件。目前，用于復雜氣氛檢測的傳感器件通常采用多個相同的微芯片單元獨立排列形成傳感器陣列，通過檢測多個微加熱芯片的電阻變化來實現復雜氣氛檢測功能。由于傳感器陣列的每個微芯片都需單獨設置加熱結構和檢測電路，因此器件整體的集成度不高，無法體現半導體氣體傳感器件體積小、能耗低的優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種集成度高且能夠實現復雜氣氛檢測的氣體傳感系統。

為了實現上述目的，本發明提供一種氣體傳感系統，包括：

氣體傳感模塊，集成有傳感微芯片，所述傳感微芯片能夠根據不同的氣體產生至少一路電信號；

信號檢測模塊，用于獲取所述傳感微芯片產生的一路或多路電信號，并測量所述電信號對應的電阻值；

信號處理模塊，與所述信號檢測模塊連接，用于根據所述電信號對應的電阻值的變化情況確定所述電信號對應的氣體的類別和濃度。

進一步地，所述傳感微芯片包括微加熱結構和傳感結構；所述微加熱結構包括多個不同溫度的加熱區；所述傳感結構包括多個測量電極以及涂覆于對應測量電極的不同的氣體敏感膜，多個所述測量電極分別設置于對應的加熱區，多個所述測量電極產生多路所述電信號。

進一步地，所述信號檢測模塊包括依次相連的模擬開關電路、驅動電路以及模數轉換電路；所述模擬開關電路與所述測量電極連接，用于獲取所述測量電極產生的模擬電信號；所述模數轉換電路用于將所述模擬電信號轉換為數字信號輸出。

進一步地，所述模擬開關電路為四雙向模擬開關電路，所述四雙向模擬開關電路與多個所述測量電極連接，用于獲取多個所述測量電極產生的所述模擬電信號。

進一步地，所述驅動電路為四路驅動電路，所述四路驅動電路的輸入端與所述四雙向模擬開關電路的輸出端對應相連，所述四路驅動電路的輸出端與所述模數轉換電路相連。

進一步地，所述信號處理模塊包括：