一種光學氣體傳感器芯體、傳感器及芯體制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種光學傳感器芯體，包括基片，基片上設有底層反射層和電極柱，電極柱的上端設有頂層反射層，底層反射層的兩側(cè)分別設置有發(fā)射組件和接收組件。本發(fā)明專利技術還公開了一種光學傳感器，包括基座，基座內(nèi)設有空腔，空腔內(nèi)安裝有芯體。本發(fā)明專利技術的芯體及傳感器均具有適用于不同濃度氣體檢測、以及結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點。本發(fā)明專利技術還公開了一種芯體制備方法，步驟S01、清洗基片；S02、在基片上制備底層反射層，并在底層反射層的兩側(cè)安裝發(fā)射組件和接收組件；S03、在底層反射層上制備犧牲層和電極柱；S04、在電極柱的上端制備頂層反射層；S05、釋放犧牲層，以使底層反射層和頂層反射層之間形成光腔室。本發(fā)明專利技術的方法具有操作簡便、工藝簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。

Optical gas sensor core body, sensor and core preparation method

The invention discloses an optical sensor core, comprising a substrate, the substrate is arranged on the bottom of the reflective layer and the electrode column, upper electrode column is provided with a top reflective layer on both sides of the bottom reflective layer are respectively provided with a transmitting component and a receiving component. The invention also discloses an optical sensor, which comprises a base, a cavity is arranged in the base, and a core body is arranged in the cavity. The core and the sensor of the invention have the advantages of being suitable for detecting gas with different concentration, simple structure, small volume, etc.. The invention also discloses a preparation method of the core system, step S01, cleaning the substrate; S02 in the substrate, preparation of the bottom reflection layer, and transmitting component and a receiving component installed on both sides of the bottom reflection layer; S03, at the bottom of the reflective layer prepared by sacrificial layer and the electrode of S04, at the upper end of the column; the preparation of electrode column top reflection layer; S05, releasing sacrificial layer, the light chamber is formed between the bottom layer and the top layer of reflection reflection. The method of the invention has the advantages of simple operation, simple process, easy realization, etc..

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種光學氣體傳感器芯體、傳感器及芯體制備方法
本專利技術主要涉及氣體濃度測量
，特指一種光學氣體傳感器芯體、傳感器及芯體制備方法。
技術介紹
氣體傳感器在航天、航空、石油、化工、醫(yī)療等領域有關廣泛的應用。氣體傳感器按氣敏特性來分類，主要可分為催化燃燒式、電化學、紅外光學式以及熱導式。其中紅外光學式氣體傳感器具有測量精度高、可靠性高、測量范圍廣和壽命長等優(yōu)勢，成為目前的研究熱點之一。紅外氣體傳感器的檢測原理是基于朗伯比爾定律(Lambert-Beer)，當紅外光通過待測氣體時，不同的氣體分子吸收特定波長的紅外光。當光強為I0，波長為λ的光束入射到氣室中，氣室中的樣品在λ處有吸收線或者吸收帶，氣室出射光的光強則為I。由介質(zhì)的吸收性質(zhì)可知，當光通過待測氣體時，光強的變化規(guī)律可用如下公式描述：I＝I0·e-αcL其中：I0為通過待測氣體前的光強，I為光信號通過待測氣體后的光強，c為待測氣體的濃度，L是光所通過的待測氣體的長度，α是待測氣體的吸收系數(shù)。為了便于測量，將上式改寫為：c＝(1/αL)Ln(I0/I)由上式可以看出，只要知道了光通過待測氣體的光程長L以及待測氣體分子的吸收系數(shù)α，就可以通過測量I和I0的比值求得待測氣體的濃度。其中，吸收系數(shù)α是通過推算和實驗總結(jié)出來的，不同的氣體分子對應的是一個固定值。因此，紅外氣體傳感器的濃度測量主要待測氣體經(jīng)過傳感器的光程長L有關。而在實際的數(shù)據(jù)處理中發(fā)現(xiàn)，當不同的氣體濃度c和光程長L的乘積在25％～40％的范圍內(nèi)，測得的數(shù)據(jù)具有較好的線性和精度。因此，傳感器的測量量程由氣室的長度決定，低量程需用長氣室，高量程用短氣室。第一代紅外氣體傳感器采用分體對射式光路結(jié)構(gòu)，體積大，安裝復雜，光路尺寸不方便控制。第二代紅外氣體傳感器采用圓筒式結(jié)構(gòu)，光源通過圓形壁的反射實現(xiàn)光路結(jié)構(gòu)的檢測，但這二種方式都存光路結(jié)構(gòu)體積大，采用機械加工方式制備，尺寸控制精度差等缺點，且易受干擾等。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題就在于：針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本專利技術提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可適用于不同濃度檢測的光學傳感器芯體、傳感器，并相應提供一種操作簡便、易于實現(xiàn)的芯體的制備方法。為解決上述技術問題，本專利技術提出的技術方案為：一種光學傳感器芯體，包括基片，所述基片上設有底層反射層，所述底層反射層上設有電極柱，所述電極柱的另一端上設有頂層反射層，所述底層反射層和頂層反射層平行設置且中間形成光腔室，所述底層反射層的兩側(cè)分別設置有發(fā)射組件和接收組件，所述發(fā)射組件的光發(fā)射方向和接收組件的光接收方向與頂層反射層呈夾角β，所述夾角0＜β＜90度。作為上述技術方案的進一步改進：所述底層反射層的兩側(cè)設有傾斜狀的臺階，所述發(fā)射組件和接收組件安裝于臺階的傾斜面上。所述頂層反射層于光腔室的一內(nèi)側(cè)設置有支撐層，所述支撐層為Si3N4支撐層。所述頂層反射層的外側(cè)設置有保護層。所述發(fā)射組件為發(fā)光二極管，所述接收組件為紅外探測器。所述基片與所述底層反射層之間設置有過渡層。所述底層反射層和頂層反射層均為Al反射層；所述電極柱為Al電極柱。本專利技術還公開了一種光學傳感器，包括基座，所述基座內(nèi)設有空腔且一端安裝有透氣外殼，所述空腔內(nèi)安裝有如上所述的光學傳感器芯體，所述基座的另一端燒結(jié)有引針，所述引針的一端與芯體相連，另一端伸出至基座外部。本專利技術還公開了一種如上所述的光學傳感器芯體的制備方法，步驟為：S01、清洗基片；S02、在所述基片上制備底層反射層，并在底層反射層的兩側(cè)安裝發(fā)射組件和接收組件；S03、在底層反射層上制備犧牲層和電極柱；S04、在電極柱的上端制備頂層反射層；S05、釋放犧牲層，以使底層反射層和頂層反射層之間形成光腔室，所述發(fā)射組件的光發(fā)射方向和接收組件的光接收方向與頂層反射層呈夾角β，所述夾角0＜β＜90度。。作為上述技術方案的進一步改進：在步驟S02中，在所述底層反射層的兩側(cè)制備傾斜狀臺階，所述發(fā)射組件和接收組件分別安裝于底層反射層兩側(cè)臺階的傾斜面上。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的優(yōu)點在于：本專利技術的光學氣體傳感器芯體，通過在基片上設備底層反射層，并在底層反射層上通過電極柱安裝頂層反射層，底層反射層和頂層反射層之間形成光腔室，另外發(fā)射組件和接收組件與各反射層之間呈夾角，可以通過調(diào)整夾角，以適用于測量不同濃度的氣體，另外還可以通過調(diào)整電極柱的高度以改變光行程，進一步便于對不同濃度氣體的測量，而且制作簡便快速、適用于批量生產(chǎn)，而且體積小。本專利技術的光學氣體傳感器，同樣具有如上芯體所述的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制作快速，方便批量化生產(chǎn)。本專利技術的光學氣體傳感器芯體的制備方法，操作簡便、易于實現(xiàn)。附圖說明圖1為本專利技術芯體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術的芯體俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本專利技術的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號表示：1、基片；2、過渡層；3、底層反射層；4、電極柱；5、支撐層；6、頂層反射層；7、保護層；8、臺階；9、發(fā)射組件；10、接收組件；11、引線；12、基座；13、引針；14、外殼。具體實施方式以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本專利技術作進一步描述。如圖1和圖2所示，本實施例的光學傳感器芯體，包括基片1，基片1上設有底層反射層3，底層反射層3上設有電極柱4，電極柱4的另一端上設有頂層反射層6，底層反射層3和頂層反射層6平行設置且中間形成光腔室，底層反射層3的兩側(cè)分別設置有發(fā)射組件9和接收組件10，其中電極柱4與發(fā)射組件9和接收組件10之間均通過金屬引線11連接，發(fā)射組件9的光發(fā)射方向和接收組件10的光接收方向與頂層反射層6呈夾角β，其中夾角0＜β＜90度。本專利技術的光學氣體傳感器芯體，通過在基片1上設備底層反射層3，并在底層反射層3上通過電極柱4安裝頂層反射層6，底層反射層3和頂層反射層6之間形成光腔室，另外發(fā)射組件9和接收組件10與各反射層之間呈夾角，可以通過調(diào)整夾角，以適用于測量不同濃度的氣體，另外還可以通過調(diào)整電極柱4的高度以改變光行程，進一步便于對不同濃度氣體的測量。本實施例中，基片1與底層反射層3之間設置有過渡層2，底層反射層3位于過渡層2的上方，過渡層2為SiO2；底層反射層3兩側(cè)的過渡層2上通過光刻工藝形成臺階8，臺階8呈傾斜狀，發(fā)射組件9和接收組件10安裝于臺階8的傾斜面上，從而使發(fā)射光與頂層反射層6形成夾角，在光腔室內(nèi)多道反射后被接收組件10所接收，通過調(diào)整臺階8的傾斜角度，即可調(diào)光的路徑L，從而方便對不同濃度氣體的測量。本實施例中，頂層反射層6于光腔室的一內(nèi)側(cè)設置有支撐層5，支撐層5為Si3N4支撐層5，呈透明狀，不會對光的反射產(chǎn)生影響。本實施例中，底層反射層3和頂層反射層6均為Al反射層；電極柱4為Al電極柱4；頂層反射層6的外側(cè)設置有保護層7，防止頂層反射層6的Al被氧化。本實施例中，發(fā)射組件9為發(fā)光二極管，接收組件10為紅外探測器。如圖3所示，本專利技術還公開了一種光學傳感器，包括基座12，基座12內(nèi)設有空腔且一端安裝有透氣外殼14，空腔內(nèi)安裝有如上所述的光學傳感器芯體，基座12的另一端燒結(jié)有引針13，引針13的一端則與芯體相連，另一端伸出至基座12外部。本專利技術還公開了一種如上所述的光學傳感器芯體的制備方法，步驟為：S01、清洗基片1；S02、在基片1上制備底層反射層3，并在底層反射層3的兩側(cè)安本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種光學傳感器芯體，其特征在于，包括基片(1)，所述基片(1)上設有底層反射層(3)，所述底層反射層(3)上設有電極柱(4)，所述電極柱(4)的另一端上設有頂層反射層(6)，所述底層反射層(3)和頂層反射層(6)平行設置且中間形成光腔室，所述底層反射層(3)的兩側(cè)分別設置有發(fā)射組件(9)和接收組件(10)，所述發(fā)射組件(9)的光發(fā)射方向和接收組件(10)的光接收方向與頂層反射層(6)呈夾角β，所述夾角0＜β＜90度。

【技術特征摘要】
1.一種光學傳感器芯體，其特征在于，包括基片(1)，所述基片(1)上設有底層反射層(3)，所述底層反射層(3)上設有電極柱(4)，所述電極柱(4)的另一端上設有頂層反射層(6)，所述底層反射層(3)和頂層反射層(6)平行設置且中間形成光腔室，所述底層反射層(3)的兩側(cè)分別設置有發(fā)射組件(9)和接收組件(10)，所述發(fā)射組件(9)的光發(fā)射方向和接收組件(10)的光接收方向與頂層反射層(6)呈夾角β，所述夾角0＜β＜90度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學傳感器芯體，其特征在于，所述底層反射層(3)的兩側(cè)設有傾斜狀的臺階(8)，所述發(fā)射組件(9)和接收組件(10)安裝于臺階(8)的傾斜面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學傳感器芯體，其特征在于，所述頂層反射層(6)于光腔室的一內(nèi)側(cè)設置有支撐層(5)，所述支撐層(5)為Si3N4支撐層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學傳感器芯體，其特征在于，所述頂層反射層(6)的外側(cè)設置有保護層(7)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的光學傳感器芯體，其特征在于，所述發(fā)射組件(9)為發(fā)光二極管，所述接收組件(10)為紅外探測器。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的光學傳感器芯體，其特征在于，所述基片(1)與所述底層反射層(3)之間設置有過渡層(2)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：何峰，謝貴久，陳偉，陳浩，謝鋒，顏志紅，
申請(專利權(quán))人：中國電子科技集團公司第四十八研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43