本發明專利技術公開了一種多氣體感測裝置，利用平面光波導線路建構具有感測信道與參考信道的多氣體感測平臺，可大幅薄型化氣體傳感器結構，并提高氣體傳感器的準確度、長期穩定性及縮短響應時間。可廣泛應用于工廠作業場所的安全監測、工作人員安全監測、廠區災害預警、限制區域安全檢測、管線偵漏、環保汽機車廢氣檢測及居家環境質量監測。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種氣體感測裝置，特別涉及一種利用平面光波導線路建構具有感測信道與參考信道以提供感測至少一種氣體的多氣體感測裝置。
技術介紹
多氣體的定性、定量檢測在環境監控、家用警報、化工控制、溫室環境控制及航空等領域有著廣泛的應用。使用氣體傳感器進行多氣體的定性定量研究，可以大幅降低測量成本，減少測量周期，并可實現實時監控測量。但由于目前的氣體傳感器，如半導體氧化物式、金屬氧化物式、電化學式或固態電解質式普遍存在著交叉敏感性(Cross sensitivity)的問題，而交叉敏感性會大幅降低測量的重復性和可靠性，并使傳感器無法準確判定個別標的氣體的濃度，雖然可利用多個敏感程度不同的氣體傳感器組成傳感器組來實現多氣體感測，但仍無法消除傳感器對不同氣體的交叉敏感性。而利用不同氣體對于紅外光有不同吸收特性的原理，所設計的光學氣體傳感器因無交叉敏感性問題，故極適合用來實現多氣體傳感器的設計開發。現有光學氣體傳感器因受到傳統腔體結構上的限制，導致在實現多氣體感測的同時，會因封裝檢測組件數量的增加，而使傳感器的體積大幅增加，制作成本也相對提高。因此，目前光學氣體傳感器大多只針對單一氣體進行感測設計，對于同時可能存在多種危害性氣體的環境，不具備適應性的感測能力。參考圖1，為傳統的光學單氣體傳感器，該光學單氣體傳感器的結構包含有紅外光源10、參考光源11、腔體12、分光濾波片13及檢光二極管14。由紅外光源10所發出一具有特定波長范圍的光，會在腔體12內部進行反射和傳遞，此過程中，某一特定波長的光會穿透分光濾波片13，而被檢光二極管14所接收，其原理是利用該特定波長的光被待測氣體吸收前后所產生的光強度變化量，來感測待測氣體種類與濃度。而參考光源11所發出的光不會被待測氣體吸收，因此，其光強度值可作為信號初始值或參考值。在一般氣體傳感器的設計中，參考光源的最主要功用是用來消除因環境溫度壓力變化、材料特性改變及檢測光源劣化等因素所造成的信號誤判。此外，美國專利公告號6067840所公開的技術，其參考光源與檢測光源分屬不同的來源。又如，美國專利公告號6469303、6392234、5610400與5550375所公開的技術，為單氣體的感測技術。綜合上述公知技術架構，存在著以下四個主要的缺點1.參考光源與檢測光源(紅外光源10)分屬不同來源。當參考光源與檢測光源在不同的時間點出現劣化時，將使得信號初始值(無氣體反應)與信號響應值(有氣體反應)難以辨別。若參考光源與檢測光源屬同一來源，其參考光源與檢測光源劣化時間點會一致，則信號初始值與信號響應值將很容易辨別出來。2.參考光源與檢測光源所走的光程路徑長度不同。當環境溫度、壓力或材料特性出現變化時，會造成空氣與材料折射率改變，而光程路徑長度也會跟著改變，若參考光源與檢測光源所走的光程路徑長度不同，會使得信號初始值易受到環境溫度、壓力或材料特性變化的影響，而降低傳感器的準確度及長期穩定性。3.無法實現多氣體感測。4.無法大幅薄型化氣體傳感器。綜上所述，非常需要一種多氣體感測裝置來解決公知技術中的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種多氣體感測平臺，可消除多氣體檢測時的交叉敏感性。此外，利用平面光波導線路設計而成的感測信道與參考信道，可消除因光源劣化、環境溫度變化、壓力變化及波導材料特性變化所造成的信號誤判，進而提高傳感器的準確度及長期穩定性。而通過平面光波導線路的應用，可大幅薄型化氣體傳感器。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種多氣體感測裝置，其包括一發光器、一平面光波導線路以及至少一檢光器。該發光器，可發射出一信號光。該平面光波導線路，其一前端與該發光器相耦接，該平面光波導線路還具有一感測信道以及一參考信道，該感測信道與該參考信道分別具有至少一開口區以及至少一末端，該平面光波導線路可接收該信號光以分別形成一感測光信號以及一參考光信號。該至少一檢光器，其設置于該感測信道及該參考信道所設的至少一末端處，將該感測光信號以及該參考光信號轉換成電信號。較佳的是，該發光器可選擇為一邊射型激光二極管、面射型激光二極管或發光二極管。較佳的是，該感測信道的開口區與該參考信道的開口區具有相同的間距。該感測信道與該參考信道具有相同的長度。較佳的是，該多氣體感測裝置還具有至少一隔離片，覆蓋在該參考信道的至少一開口區四周。較佳的是，該檢光器與該感測信道及該參考信道所設的至少一末端間還具有一濾波片。較佳的是，該多氣體感測裝置，還包括有一基板，用來承載該發光器、該平面光波導線路以及該檢光器，其中該平面光波導線路直接制作在該基板的表面。其中該基板可選擇為一半導體材料、一高分子材料或一金屬材料。較佳的是，該多氣體感測裝置，還包括有用來隔離灰塵與臟污并允許待測氣體通過的一灰塵隔離膜。較佳的是，該多氣體感測裝置，還包括有一控制電路，該控制電路與該發光器以及該檢光器連接構成氣體傳感器。為了實現上述目的，本專利技術還提供了一種多氣體感測裝置，其包括數個發光器、數個平面光波導線路以及數個檢光器。該數個發光器可發射出一信號光。該數個平面光波導線路，其前端分別與該數個發光器相耦接，該平面光波導線路還具有一感測信道以及一參考信道，該感測信道與該參考信道分別具有至少一開口區以及至少一末端，該平面光波導線路可接收該信號光來分別形成一感測光信號以及一參考光信號。該數個檢光器，其分別設置于該感測信道及該參考信道所設的至少一末端處，來將該感測光信號以及該參考光信號轉換成電信號。較佳的是，任兩相鄰的該發光器所發射出的信號光波長可選擇為相同的波長或不相同的波長。較佳的是，相鄰的該發光器之間還包括有一中間發光器，該中間發光器以光波導線路與相鄰的該平面光波導線路連通。該中間發光器所發出的信號光波長與相鄰的該發光器所發射出的信號光波長可選擇為相同的波長或不相同的波長。下面配合附圖和具體實施例對本專利技術的特征作詳細說明，但不作為對本專利技術的限定。附圖說明圖1為公知技術的光學單氣體傳感器示意圖；圖2A為本專利技術多氣體感測裝置的較佳實施例示意圖；圖2B為本專利技術多氣體感測裝置的隔離區示意圖；圖3A為本專利技術的感測信道開口另一較佳實施例示意圖；圖3B為本專利技術的參考信道開口另一較佳實施例示意圖；圖4為本專利技術多氣體感測裝置的另一較佳實施例俯視示意圖。其中，附圖標記1-單氣體傳感器10-紅外光源11-參考光源12-腔體13-分光濾波片14-檢光二極管2-多氣體傳感器20-基板21-發光器22-平面光波導線路221-感測信道2210-開口區2211-末端2212、2213、2214-波導分支222-參考信道2220-開口區2221-隔離片2222-隔離塊 2223-末端2224、2225、2226-波導分支223-前端23-濾波片24-檢光器3-多氣體傳感器30-基板31-第一發光器32-第二發光器33-第三發光器34-第一平面光波導線路341-感測信道3410-開口區342-參考信道3420-隔離片35-第二平面光波導線路351-感測信道3510-開口區352-參考信道3520-隔離片36-第三平面光波導線路361-分歧波導線路371、372、373、374-濾波片381、382、383、384-檢光器具體實施方式請參考圖2A，該圖為本專利技術多氣體感測裝置的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種多氣體感測裝置，其特征在于，包括：一發光器，可發射出一信號光；一平面光波導線路，其前端與該發光器相耦接，該平面光波導線路還具有一感測信道以及一參考信道，該感測信道與該參考信道分別具有至少一開口區以及至少一末端，該平面光波 導線路可接收該信號光以分別形成一感測光信號以及一參考光信號；以及至少一檢光器，分別設置于該感測信道及該參考信道所設的至少一末端處，用來將該感測光信號以及該參考光信號轉換成電信號。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡明郎，張金生，邱以泰，朱俊勛，
申請(專利權)人：財團法人工業技術研究院，
類型：發明
國別省市：71[中國|臺灣]
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