[发明专利]基于气体放电光谱分析的气体传感器及其检测气体的方法

权利要求书

1.一种基于气体放电光谱分析的气体传感器，其特征在于，包括极化电极、栅格电极、带通滤光片和光敏装置，栅格电极、带通滤光片处于极化电极和光敏装置之间，栅格电极与极化电极之间的气体间隙构成放电区域，栅格电极具有镂空的结构，能够使放电区域内外的气体连通；带通滤光片能够选择性地使得放电区域由目标气体产生的特征光辐射通过；光敏装置仅能够接收由目标气体产生的特征辐射，并且能够将其转换为电信号；

栅格电极和带通滤光片布置于两个不同的基片上，两者之间存在气体间隙且光敏装置和带通滤光片也布置于两个不同的基片上，两者之间存在气体间隙，或者：

栅格电极和带通滤光片布置于一个基片上且光敏装置和带通滤光片也布置于一个基片上；

在极化电极面向栅格电极一侧表面，布置有导体性或者半导体性的一维纳米材料或者准一维纳米材料作为极化电极的电极材料；

当所述的极化电极由原位制造工艺制备时，极化电极电极材料与基片没有金属层；

当所述的极化电极不是由原位制造工艺制备时，则极化电极电极材料与基片之间布置有单层或多层的金属层。

2.如权利要求1所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器，其特征是，所述的栅格电极和带通滤光片如果布置在一个基片上，栅格电极属于带通滤光片中的一层或多层膜时，带通滤光片是多层膜式的；或者栅格电极布置于带通滤光片的全部表面，或者，栅格电极布置于带通滤光片的部分表面。

3.如权利要求1所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器，其特征是，所述的光敏装置如果与带通滤光片布置于一个基片上，光敏装置设置于带通滤光片背向极化电极一侧的部分表面。

4.如权利要求1所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器，其特征是，所述的一维纳米材料，包括碳纳米管、碳化硅纳米线、金属纳米线、金属氮化物纳米线或者金属氧化物纳米线中一种。

5.一种根据权利要求1所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器的检测方法，其特征在于，在极化电极和栅格电极之间加载电压，使得放电区域发生气体放电，并且进一步由带通滤光片滤光获得的目标气体产生的特征光辐射，通过光敏装置将放电区域由目标气体产生的特征光辐射转换为电信号，检测光敏装置是否有电信号输出，定性地判断目标气体的有无，从而实现定性地检测目标气体；

在已知光敏装置输出的电信号强度与目标气体浓度之间关系的条件下，通过将光敏装置输出的电信号强度与已知浓度的目标气体的电信号强度进行对比，从而实现定量地检测目标气体；

所述的光敏装置输出的电信号强度与目标气体浓度之间关系是指：首先，测量N(N＞3)个目标气体浓度所对应的光敏装置输出电信号的强度；然后将数据进行拟合，从而得到光敏装置输出的电信号强度与目标气体浓度之间的关系。

6.如权利要求5所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器的检测方法，其特征是，所述定性地检测目标气体，包括如下步骤：

第一步：使传感器暴露于气体中，在极化电极和栅格电极之间加载电压，使得放电区域发生气体放电；

第二步：测量光敏装置的输出信号，如果存在有效输出信号，说明存在目标气体，如果不存在有效输出信号，说明不存在目标气体，或者说明存在浓度超出敏感度范围的目标气体。

7.如权利要求5所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器的检测方法，其特征是，所述定量地检测目标气体，包括如下步骤：

第一步：使传感器暴露于气体中，在极化电极和栅格电极之间加载电压，使得放电区域发生气体放电；

第二步：测量光敏装置的输出信号，如果存在有效输出信号，对比有效输出信号强度和已知浓度的目标气体的电信号强度，根据光敏装置输出的电信号强度与目标气体浓度之间的关系，确定目标气体的浓度。

8.如权利要求6或7所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器的检测方法，其特征是，所述的光敏装置的有效输出信号，是指：在放电区域没有发生气体放电的条件下，光敏装置的输出信号被定义为空载信号，当光敏装置的输出信号大于其空载信号时，光敏装置的输出信号被定义为有效输出信号。

9.如权利要求6或7所述的基于气体放电光谱分析的气体传感器的检测方法，其特征是，所述的光敏装置输出的电信号强度与目标气体浓度之间的关系，实现的方法是：

首先，测量N个目标气体浓度所对应的光敏装置输出电信号的强度，N＞3；

然后将数据进行拟合，从而得到光敏装置输出的电信号强度与目标气体浓度之间的关系；

对于相同的目标气体种类和浓度范围、相同的传感器而言，确定这一关系属于标定的过程，不需要在每一次定量测试前重复。