復合型氣體傳感器制造技術

本發明專利技術的復合型氣體傳感器包括：MOS檢測模塊，用于檢測有毒有害氣體和易燃易爆氣體。所述的MOS檢測模塊由一層或多層檢測層組成，所述的檢測層包括敏感層、絕緣層、加熱器、基片，由所述的加熱器加熱至特定溫度范圍，檢測特定的氣體。NDIR檢測模塊，用于檢測有毒有害氣體和易燃易爆氣體。所述的NDIR檢測模塊由紅外光源、光室、紅外接收器組成。控制單元，由信號處理子單元和微處理器子單元組成。在該復合型氣體傳感器中，所述的加熱器是所述MOS檢測模塊和NDIR檢測模塊的共有部件，不僅作為所述MOS檢測模塊的加熱元件，還作為所述NDIR檢測模塊的紅外光源，并由所述的控制單元進行調制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利涉及氣體傳感器領域，特別涉及可同時檢測多組分氣體的傳感器領域，具體是指一種能夠同時檢測多組分氣體的復合型氣體傳感器。
技術介紹
氣體傳感器主要用于檢測有毒有害氣體和易燃易爆氣體。常規的氣體傳感器有電化學傳感器、催化燃燒傳感器、金屬氧化物半導體(MOS)傳感器、非色散紅外(NDIR)傳感器。電化學傳感器通過與目標氣體發生電化學反應，并產生與氣體濃度成正比的電流信號來工作的。典型的電化學傳感器由傳感電極、反電極、電解質組成，擴散進來的氣體與傳感電極發生反應，傳感電極可采用氧化機理或還原機理。這些反應由針對目標氣體而設計的電極材料進行催化。因此，特定的電化學傳感器只能有針對性地檢測特定氣體。另外，電解質是發生電化學反應的載體，如果電解質蒸發過于迅速，傳感器信號會減弱。故電化學傳感器的使用壽命一般為1-2年，且其零點和靈敏度漂移較大，需要定期校正，否則會嚴重影響測量精度。催化燃燒傳感器是基于威斯登電橋測量目標氣體濃度。當傳感器處于清潔空氣或零氣環境下，威斯登電橋處于平衡狀態，輸出電壓為零。當目標氣體進入傳感器內，并在催化劑的作用下發生催化燃燒反應，威斯登電橋失衡，輸出與目標氣體濃度成正比的電壓信號。多數易燃易爆氣體在催化劑的作用下均能發生催化燃燒反應，因此，催化燃燒傳感器輸出的電壓信號是這些易燃易爆氣體反應的綜合表現，但不能辨別出氣體組分及其對應的濃度。MOS傳感器在不同溫度范圍內顯示出不同的反應特性，因此傳感器采用加熱元件來調節溫度。有氣體出現時，MOS傳感器中的金屬氧化物把氣體分解成帶電離子或導致電子轉移的復合物，使傳感器的電阻發生變化。內置的加熱器會將金屬氧化物材料加熱到最適合目標氣體反應的工作溫度范圍，該加熱器由專門電路進行調節和控制。常規的MOS傳感器只有單層，也就只能調制一個工作溫度，這就限制了傳感器的測量氣體種類。NDIR傳感器是基于朗伯-比爾吸收定律測量目標氣體濃度，由紅外光源、光室和紅外接收器組成。若目標氣體分子是非極性分子，則會吸收特定波長的紅外光，且吸收強度滿足朗伯-比爾吸收定律，使該波長的紅外光強變弱，通過窄帶濾光片篩選出該波長的紅外光，再由紅外接收器把光信號轉換成電信號輸出。因此，NDIR傳感器測量氣體的種類是由窄帶濾光片決定的。常規的NDIR傳感器集成了雙通道窄帶濾光片，一個通道作為參考通道，另一通道作為目標氣體測量通道，故其只能測量一種氣體。由于常規的電化學傳感器、催化燃燒傳感器、MOS傳感器和NDIR傳感器不能同時檢測多組分氣體，且傳感器規格各異。若要實現多組分氣體同時檢測，則需要配置多個或多種常規氣體傳感器，不僅影響儀表的小型化，還會增加儀表的開發成本和開發難度。另外，作業場所或生活環境工況復雜，環境中大多存在多種氣體，單氣體檢測儀表已經不能滿足復雜環境的檢測需求。復合型氣體傳感器可同時檢測多組分氣體，且輸出標準化的數字信號，解決了儀表的小型化、開發成本和開發難度的問題，是氣體傳感器的發展趨勢。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種綜合并改進了非色散紅外檢測技術和金屬氧化物半導體檢測技術，可同時檢測多組分氣體，且體積小、功耗低的復合型氣體傳感器。為了實現上述目的，本專利技術的復合型氣體傳感器包括:MOS檢測模塊，用于檢測有毒有害氣體和易燃易爆氣體。所述的MOS檢測模塊由一層或多層檢測層組成，所述的檢測層包括敏感層、絕緣層、加熱器、基片，由所述的加熱器加熱至特定溫度范圍，檢測特定的氣體。NDIR檢測模塊，用于檢測有毒有害氣體和易燃易爆氣體。所述的NDIR檢測模塊由紅外光源、光室、紅外接收器組成。控制單元，由信號處理子單元和微處理器子單元組成。在該復合型氣體傳感器中，所述的加熱器是所述MOS檢測模塊和NDIR檢測模塊的共有部件，不僅作為所述MOS檢測模塊的加熱元件，還作為所述NDIR檢測模塊的紅外光源，并由所述的控制單元進行調制。在該復合型氣體傳感器中，所述的敏感層采用金屬氧化物材質，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。所述的光室內表面覆有鍍金層或鍍鉑金層。在該復合型氣體傳感器所述的紅外接收器為熱釋電紅外探測器。所述的熱釋電紅外探測器為多通道熱釋電紅外探測器。所述多通道熱釋電紅外探測器的窗口上設置有濾光片，所述的濾光片為多層鍍膜的窄帶濾光片。在該復合型氣體傳感器中，所述的信號處理子單元包括傳感器匹配電路、信號放大電路和信號放大輸出電路。所述的MOS檢測模塊和NDIR檢測模塊依序通過所述的傳感器匹配電路、信號放大電路和信號放大輸出電路連接至所述的微處理器子單元。在該復合型氣體傳感器中，所述的微處理器子單元包括微處理器、模數轉換電路、溫度補償電路和數據存儲器，所述的模數轉化電路、溫度補償電路和數據存儲器均連接至所述的微處理器。所述的微處理器通過所述的模數轉換電路采集信號處理子單元輸出的模擬信號，經過處理后，輸出標準化數字信號。所述的溫度補償電路用于修正由溫度造成的測量誤差。所述的數據存儲子單元為電可擦除可編程只讀存儲器。在該復合型氣體傳感器中，包括殼體，殼體上底部為金屬網，下底部為灌膠件，殼體內部設置MOS檢測模塊、NDIR檢測模塊和控制單元，所述的控制單元通過其電路板上的插針固定在灌膠件上，所述的MOS檢測模塊和NDIR檢測模塊通過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構，其一端與紅外接收器固定，另一端與MOS檢測模塊固定，且MOS檢測模塊的工作面面向光室內部。與現有技術相比，復合型氣體傳感器可同時檢測多組分氣體，且輸出標準化的數字信號，解決了儀表的小型化、開發成本和開發難度的問題，是氣體傳感器的發展趨勢。本專利技術具有的有益效果為:1.由于本專利技術綜合并改進了非色散紅外檢測技術和金屬氧化物半導體檢測技術，可同時檢測多組分氣體。2.由于本專利技術中的加熱器不僅作為MOS檢測模塊中的加熱元件，還作為NDIR檢測模塊中的紅外光源，縮小了傳感器的空間結構，降低了開發成本。3.由于本專利技術是基于非色散紅外檢測技術和金屬氧化物半導體檢測技術，因此，傳感器的使用壽命和標定周期長，降低了更換成本和維護成本。4.由于本專利技術輸出的是標準化數字信號，可直接連接至儀表上，而無需二次處理，故而降低了儀表的開發難度。【附圖說明】圖1是本專利技術復合型氣體傳感器的基本模塊結構示意圖。圖2是本專利技術復合型氣體傳感器實施例1使用雙層檢測層、雙通道紅外接收器的模塊結構示意圖。圖3是本專利技術復合型氣體傳感器實施例1結構示意圖。圖4是本專利技術復合型氣體傳感器實施例1檢測層結構示意圖。圖5是本專利技術復合型氣體傳感器實施例2使用三層檢測層、三通道紅外接收器的模塊結構示意圖。圖中:1:殼體2:MOS檢測模塊 21:檢測層22:引腳3:NDIR檢測模塊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21:檢測層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。【具體實施方式】下面通過實施例結合附圖，對本專利技術做進一步說明。實施例1。如圖1所示，本實施例描述的復合型氣體傳感器包括MOS檢測模當前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合型氣體傳感器，包括MOS檢測模塊、NDIR檢測模塊和控制單元，其特征是：所述的MOS檢測模塊由一層或多層檢測層組成，所述的檢測層包括敏感層、絕緣層、加熱器、基片，由所述的加熱器加熱至特定溫度范圍，檢測特定的氣體；所述的NDIR檢測模塊由紅外光源、光室、紅外接收器組成；所述的控制單元由信號處理子單元和微處理器子單元組成；所述的加熱器是所述MOS檢測模塊和NDIR檢測模塊的共有部件，不僅作為所述MOS檢測模塊的加熱元件，還作為所述NDIR檢測模塊的紅外光源，并由所述的控制單元進行調制。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王德鋒，李毅，郭功劍，
申請(專利權)人：杭州麥德樂傳感科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33