復(fù)合型氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及氣體傳感器領(lǐng)域，特別涉及可同時(shí)檢測(cè)多組分氣體的傳感器領(lǐng)域，具體是指一種能夠同時(shí)檢測(cè)多組分氣體的復(fù)合型氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體傳感器主要用于檢測(cè)有毒有害氣體和易燃易爆氣體。常規(guī)的氣體傳感器有電化學(xué)傳感器、催化燃燒傳感器、金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)傳感器、非色散紅外(NDIR)傳感器。
[0003]電化學(xué)傳感器通過(guò)與目標(biāo)氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電流信號(hào)來(lái)工作的。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極、反電極、電解質(zhì)組成，擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對(duì)目標(biāo)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。因此，特定的電化學(xué)傳感器只能有針對(duì)性地檢測(cè)特定氣體。另外，電解質(zhì)是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的載體，如果電解質(zhì)蒸發(fā)過(guò)于迅速，傳感器信號(hào)會(huì)減弱。故電化學(xué)傳感器的使用壽命一般為1-2年，且其零點(diǎn)和靈敏度漂移較大，需要定期校正，否則會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。
[0004]催化燃燒傳感器是基于威斯登電橋測(cè)量目標(biāo)氣體濃度。當(dāng)傳感器處于清潔空氣或零氣環(huán)境下，威斯登電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為零。當(dāng)目標(biāo)氣體進(jìn)入傳感器內(nèi)，并在催化劑的作用下發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，威斯登電橋失衡，輸出與目標(biāo)氣體濃度成正比的電壓信號(hào)。多數(shù)易燃易爆氣體在催化劑的作用下均能發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，因此，催化燃燒傳感器輸出的電壓信號(hào)是這些易燃易爆氣體反應(yīng)的綜合表現(xiàn)，但不能辨別出氣體組分及其對(duì)應(yīng)的濃度。
[0005]MOS傳感器在不同溫度范圍內(nèi)顯示出不同的反應(yīng)特性，因此傳感器采用加熱元件來(lái)調(diào)節(jié)溫度。有氣體出現(xiàn)時(shí)，MOS傳感器中的金屬氧化物把氣體分解成帶電離子或?qū)е码娮愚D(zhuǎn)移的復(fù)合物，使傳感器的電阻發(fā)生變化。內(nèi)置的加熱器會(huì)將金屬氧化物材料加熱到最適合目標(biāo)氣體反應(yīng)的工作溫度范圍，該加熱器由專(zhuān)門(mén)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。常規(guī)的MOS傳感器只有單層，也就只能調(diào)制一個(gè)工作溫度，這就限制了傳感器的測(cè)量氣體種類(lèi)。
[0006]NDIR傳感器是基于朗伯-比爾吸收定律測(cè)量目標(biāo)氣體濃度，由紅外光源、光室和紅外接收器組成。若目標(biāo)氣體分子是非極性分子，則會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的紅外光，且吸收強(qiáng)度滿(mǎn)足朗伯-比爾吸收定律，使該波長(zhǎng)的紅外光強(qiáng)變?nèi)?，通過(guò)窄帶濾光片篩選出該波長(zhǎng)的紅外光，再由紅外接收器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。因此，NDIR傳感器測(cè)量氣體的種類(lèi)是由窄帶濾光片決定的。常規(guī)的NDIR傳感器集成了雙通道窄帶濾光片，一個(gè)通道作為參考通道，另一通道作為目標(biāo)氣體測(cè)量通道，故其只能測(cè)量一種氣體。
[0007]由于常規(guī)的電化學(xué)傳感器、催化燃燒傳感器、MOS傳感器和NDIR傳感器不能同時(shí)檢測(cè)多組分氣體，且傳感器規(guī)格各異。若要實(shí)現(xiàn)多組分氣體同時(shí)檢測(cè)，則需要配置多個(gè)或多種常規(guī)氣體傳感器，不僅影響儀表的小型化，還會(huì)增加儀表的開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)難度。
[0008]另外，作業(yè)場(chǎng)所或生活環(huán)境工況復(fù)雜，環(huán)境中大多存在多種氣體，單氣體檢測(cè)儀表已經(jīng)不能滿(mǎn)足復(fù)雜環(huán)境的檢測(cè)需求。復(fù)合型氣體傳感器可同時(shí)檢測(cè)多組分氣體，且輸出標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字信號(hào)，解決了儀表的小型化、開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)難度的問(wèn)題，是氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種綜合并改進(jìn)了非色散紅外檢測(cè)技術(shù)和金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)，可同時(shí)檢測(cè)多組分氣體，且體積小、功耗低的復(fù)合型氣體傳感器。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的復(fù)合型氣體傳感器包括:MOS檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)有毒有害氣體和易燃易爆氣體。所述的MOS檢測(cè)模塊由一層或多層檢測(cè)層組成，所述的檢測(cè)層包括敏感層、絕緣層、加熱器、基片，由所述的加熱器加熱至特定溫度范圍，檢測(cè)特定的氣體。NDIR檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)有毒有害氣體和易燃易爆氣體。所述的NDIR檢測(cè)模塊由紅外光源、光室、紅外接收器組成?？刂茊卧?，由信號(hào)處理子單元和微處理器子單元組成。在該復(fù)合型氣體傳感器中，所述的加熱器是所述MOS檢測(cè)模塊和NDIR檢測(cè)模塊的共有部件，不僅作為所述MOS檢測(cè)模塊的加熱元件，還作為所述NDIR檢測(cè)模塊的紅外光源，并由所述的控制單元進(jìn)行調(diào)制。
[0011]在該復(fù)合型氣體傳感器中，所述的敏感層采用金屬氧化物材質(zhì)，真空沉積到基片表面。所述的加熱器可以是鉑絲、鉑合金絲、電阻金屬氧化物、或沉積鉑薄層等。所述的光室內(nèi)表面覆有鍍金層或鍍鉑金層。
[0012]在該復(fù)合型氣體傳感器所述的紅外接收器為熱釋電紅外探測(cè)器。所述的熱釋電紅外探測(cè)器為多通道熱釋電紅外探測(cè)器。所述多通道熱釋電紅外探測(cè)器的窗口上設(shè)置有濾光片，所述的濾光片為多層鍍膜的窄帶濾光片。
[0013]在該復(fù)合型氣體傳感器中，所述的信號(hào)處理子單元包括傳感器匹配電路、信號(hào)放大電路和信號(hào)放大輸出電路。所述的MOS檢測(cè)模塊和NDIR檢測(cè)模塊依序通過(guò)所述的傳感器匹配電路、信號(hào)放大電路和信號(hào)放大輸出電路連接至所述的微處理器子單元。
[0014]在該復(fù)合型氣體傳感器中，所述的微處理器子單元包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、溫度補(bǔ)償電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)化電路、溫度補(bǔ)償電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均連接至所述的微處理器。所述的微處理器通過(guò)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集信號(hào)處理子單元輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后，輸出標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)。所述的溫度補(bǔ)償電路用于修正由溫度造成的測(cè)量誤差。所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子單元為電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。
[0015]在該復(fù)合型氣體傳感器中，包括殼體，殼體上底部為金屬網(wǎng)，下底部為灌膠件，殼體內(nèi)部設(shè)置MOS檢測(cè)模塊、NDIR檢測(cè)模塊和控制單元，所述的控制單元通過(guò)其電路板上的插針固定在灌膠件上，所述的MOS檢測(cè)模塊和NDIR檢測(cè)模塊通過(guò)引腳固定在控制單元的電路板上；所述的光室為中空柱狀結(jié)構(gòu)，其一端與紅外接收器固定，另一端與MOS檢測(cè)模塊固定，且MOS檢測(cè)模塊的工作面面向光室內(nèi)部。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，復(fù)合型氣體傳感器可同時(shí)檢測(cè)多組分氣體，且輸出標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字信號(hào)，解決了儀表的小型化、開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)難度的問(wèn)題，是氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。本發(fā)明具有的有益效果為:
1.由于本發(fā)明綜合并改進(jìn)了非色散紅外檢測(cè)技術(shù)和金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)，可同時(shí)檢測(cè)多組分氣體。
[0017]2.由于本發(fā)明中的加熱器不僅作為MOS檢測(cè)模塊中的加熱元件，還作為NDIR檢測(cè)模塊中的紅外光源，縮小了傳感器的空間結(jié)構(gòu)，降低了開(kāi)發(fā)成本。
[0018]3.由于本發(fā)明是基于非色散紅外檢測(cè)技術(shù)和金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)，因此，傳感器的使用壽命和標(biāo)定周期長(zhǎng)，降低了更換成本和維護(hù)成本。
[0019]4.由于本發(fā)明輸出的是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)，可直接連接至儀表上，而無(wú)需二次處理，故而降低了儀表的開(kāi)發(fā)難度。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明復(fù)合型氣體傳感器的基本模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明復(fù)合型氣體傳感器實(shí)施例1使用雙層檢測(cè)層、雙通道紅外接收器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明復(fù)合型氣體傳感器實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明復(fù)合型氣體傳感器實(shí)施例1檢測(cè)層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明復(fù)合型氣體傳感器實(shí)施例2使用三層檢測(cè)層、三通道紅外接收器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1:殼體2:MOS檢測(cè)模塊 21:檢測(cè)層22:引腳3:NDIR檢測(cè)模塊31:紅外光源32:光室33:紅外接收器34:濾光片35:引腳4:控制單元41:插針5:灌膠件6:金屬網(wǎng)21:檢測(cè)層211:敏感層212:絕緣層213:加熱器214:基片215:敏感層引腳216:加熱器引腳。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1。
[0028]如圖1所示，本實(shí)施例描述的復(fù)合型氣體傳感器包括MOS檢測(cè)模