[实用新型]多通道声表面波化学传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，特别是涉及一种多通道声表面波化学传感装置。

背景技术

声表面波化学传感装置具有独特的优点，与常用的半导体化学传感器相比，声表面波传感器具有受温度影响小并且易于补偿、灵敏度高、稳定性好等优点；而与光纤传感器相比，声表面波传感器设计结构灵活、成本低廉，受温度影响小并且易于补偿。

声表面波传感器，对电、热、力、声、光、化学及生物等多种因素敏感，而且采用声表面波技术。使得其输出信号表现为振荡器频率的变化，输出信号无需再经过模数A/D转换，易于直接与计算机进行接口。此外，声表面波化学传感装置还具有抗干扰能力强、灵敏度高、检测范围线性度好，测量重复性好、适合远距离传输和实现遥测遥控等优点，其可以采用半导体集成电路平面工艺制作，从而可以实现集成化、智能化，使得声表面波传感器体积小、重量轻、携带方便、成本低、能够大批量生产。

声表面波传感装置由压电材料、叉指换能器和振荡电路构成。声表面波传感装置通常采用石英、铌酸锂LiNbO₃或钽酸锂LiTaO₃等压电晶体作为基底，半导体集成电路平面工艺在基片上制作两个叉指换能器，分别用于发射和接收，两个叉指换能器之间的间距产生信号的时间延迟或振荡，构成声表面波延迟线或谐振器，当前，声表面波器件已经广泛地应用于通信、雷达、电子对抗、广播电视等民用和军用领域中。

在声表面波器件的声通道上贴附特定的敏感薄膜，可制成特殊的声表面波化学传感器件。目前国内外大多采用双通道结构，一个通道用于对环境温度、湿度、压力等因素的补偿，另一个通道用于测量，在该声波通道上贴附不同的吸附敏感薄膜。薄膜吸附气体和化学物质后引起声表面波速度和延迟时间的变化，从而引起谐振频率的变化，通过检测两通道的频率差，即可检测气体的浓度。

依据不同的基底材料、不同化学敏感薄膜可以检测SO₂、H₂、NH₃、H₂S、NO₂、丙酮、甲醇、水蒸气等多种化学成分。因此可广泛用于大气环境监测、化工过程控制、汽车排放尾气控制、临床分析等领域。

这种传感装置还可以检测破坏人体神经、血液的毒气，包括Sarin(沙林)、Soman(梭曼)、VX、Mustard(芥子气)、Nitrogen Mustard(氮芥)、HydrogenCyanide(氰化氢)、Cyanogen Chloride(氯化氰)、Lewisite(刘易士毒气)、有机磷、有机硫等化学战剂。

目前国内外报道基本上为检测单一气体的双通道声表面波传感装置，然而在军事和民用的实际应用中需要同时检测多种气体和化学物质成分，因此目前迫切开发出一种多通道声表面波化学传感装置，可以同时对外界的多种气体和化学物质成分进行检测。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种多通道声表面波化学传感装置，可以同时对外界的多种气体和化学物质成分进行检测，其具有声场能量利用率高、结构合理、紧凑、成本更低、串扰小等优点，具有重大的生产实践意义。

为此，本实用新型提供了一种多通道声表面波化学传感装置，包括有多通道声表面波化学传感器和混频电路、振荡电路，其中，

所述多通道声表面波化学传感器通过在多通道声表面波传感器上的每个检测通道上贴附不同的敏感薄膜而构成，所述多通道声表面波传感器以压电晶体作为声表面波传感器的基底，其上具有多个检测通道和一个参考通道，该基底上制作有多对并行的阵列叉指换能器，每对叉指换能器包括输入换能器和输出换能器，分别用于构成延迟线型和谐振型声表面波器件；

所述混频电路用于获得每个检测通道与参考通道之间的差频信号；

所述振荡电路，用于驱动叉指换能器产生固定频率的振荡，作为多通道声表面波化学传感器的中心工作频率。

优选地，所述声表面波传感器的基底为YZ切铌酸锂LiNbO₃晶体或石英晶体。

优选地，所述多通道声表面波化学传感器通过在多通道声表面波传感器上的每个检测通道上用涂敷或蒸镀或沉积的方法来贴附不同的特定敏感薄膜而构成。

优选地，在基底上制成叉指换能器的方法为半导体集成电路平面工艺。

优选地，延迟型声表面波传感器的中心工作频率为100MHz，谐振型声表面波传感器的中心工作频率为148MHz。