[發(fā)明專利]一種微納結構光散射式濁度檢測傳感器及其制備工藝

有效

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• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111879731B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設計）人: 金慶輝;姚靈;管軼華;王欣欣;王達
• 申請（專利權）人: 寧波水表（集團）股份有限公司
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理有限公司 11466
• 代理人: 余威

一種基于光散射式測量法檢測自來水中濁度的光學微納傳感器。基于MEMS技術，該傳感器以硅片為襯底，基于硅的各向異性腐蝕特性制備檢測光與參考光通道；采用散射式測量法，選擇850nm的紅外光作為光源，選擇帶有黑色蔽光罩的紅外接收器作為探測器，以有效地減少自然光的干擾。本發(fā)明提出的濁度傳感器具有如下顯著優(yōu)點：1）微型化，硅基微納結構可以有效解決檢測光和參考光光路的問題，大幅減小傳感器的體積；2）批量制備、低成本、易集成，將濁度傳感器的制備與MEMS工藝結合，實現濁度傳感器的芯片化和批量制造。該設計實現濁度檢測傳感器的耐用性、高性能、小型化，可以結合采集電路模塊和誤差修正模塊使其擁有更長的壽命與檢測精度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種自來水中濁度檢測的傳感器及制備方法，屬傳感器技術領域。

背景技術

濁度是表達水中不同大小和比重以及懸浮物和膠體物質、微生物等對光造成的效果的用語。國外的公共衛(wèi)生協(xié)會等機構把它定義成：水的樣本使光散射和吸收的光學性質的用語。其中沒有直接說水樣中的懸浮物，膠體物質，浮游生物和其他雜質的含量，濁度關系到食品，釀造，人類健康的重要性。在工業(yè)生產中，醫(yī)藥，紡織，印染，電力，水的濁度，將直接影響產品或生產過程中的質量。濁度測量在城市供水，飲用水，醫(yī)藥，環(huán)保，衛(wèi)生防疫等行業(yè)和部門有著廣泛的用途。濁度是確保供水質量的重要依據之一以及作為水廠評估水質量的一部分。

濁度測量水質檢測工作一般由人工取樣，如用比色法測定雜質的比重和一些其他的方法來獲取這些信息，這些測量常常是隨機的，離散的，有比較大誤差。傳統(tǒng)的測試方法已不能滿足新的水凈化流程自動化的要求。現代水凈化技術和生產管理水平的提高，使得水質的連續(xù)測量成為可能，數據可被立即轉換成電信號，實時聯網，并保證水的質量分析工具的準確度和精度。

目前常用散射光濁度測量法對濁度進行檢測：當一束特定波長的光射入水中的時候，會與水中的懸浮顆粒物相遇并產生散射，而散射光的強度與待測液的濁度成正比。因此，只要測得散射光的強度就可以得到待測液的濁度，而此類散射式濁度傳感器則可以按照散射光探測器的位置即散射光與入射光的不同角度分為前向、后向，垂直三種方式。目前，此種九十度散射式濁度傳感器使用最為廣泛。前面已經提過，影響散射光的主要物質是水中的懸浮顆粒物，而不同大小尺寸的懸浮顆粒物對光的散射程度不同，但是入射光在照到懸浮顆粒物后在九十度方向上產生的散射光受懸浮顆粒物尺寸影響最小，產生的散射光也最為穩(wěn)定。因此目前市面上大部分濁度傳感器采用九十度散射光探測的方式就不難理解。九十度散射光測量法結構示意圖如圖1所示。

濁度傳感器主要用于智能水表中檢測自來水中的濁度。要求傳感器檢測精度高，能夠精確地檢測出濁度參數；體積小，可以在水表原有結構基本保持不變的情況下布置此傳感器；成本低，可用于大范圍鋪設使用，進行大數據分析。傳統(tǒng)的濁度檢測傳感器體積大，成本高，使用場合受限嚴重。同時光源在進行長期工作之后會有自衰減現象，導致檢測到的數據產生偏差。

發(fā)明內容

針對現有技術存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種基于微納結構的散射式濁度傳感器，可以克服上述所提及的問題并且達到所需的性能指標。通過硅各向異性濕法腐蝕處理硅基片，可以良好地構造檢測光通道以及參考光通道。微納結構光通道的構建可以極大縮短散射法測量濁度時的光程，使探測器可以獲得更優(yōu)秀的響應值，同時參考光通道的構建并通過單片微型控制器進行信號比對處理，可以有效排除光源自衰減帶來的誤差。同時通過MEMS技術可以實現濁度傳感器的微型化和批量制造，大幅縮小了體積并極大地降低了成本。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術方案：

一種微納結構光散射式濁度檢測傳感器，包括有基片，在基片表面通過KOH溶液濕法腐蝕刻蝕出一個半通通道與一個半通孔作為參考光通道與參考光檢測槽，同時刻蝕出兩個全通孔作為信號光通道與信號光檢測槽。

作為本發(fā)明的改進，在所述基片的背面鍵合有一層高透玻璃。

一種制備上述微納結構光散射式濁度檢測傳感器的制備工藝，包括有如下步驟：