[发明专利]全集成式红外气体传感器及其工作方法

权利要求书

1.一种全集成式红外气体传感器，包括：压电微泵层、气孔层、光腔层、电路层、红外光源、滤光片及红外敏感元，所述气孔层上设置有若干气孔，所述光腔层上设置有若干微型光槽；所述红外光源及红外敏感元均设置于电路层上，所述气孔层与光腔层相连以形成集成气室，所述压电微泵层设置于气孔层上背离光腔层的一面，且所述压电微泵层的两侧支角连接于气孔层上背离光腔层的一面，所述电路层位于光腔层上背离气孔层的一面，所述电路层还与压电微泵层电连接，所述电路层用于输出周期性电压时序控制信号至压电微泵层以控制所述压电微泵层进行上抬或下压动作，当所述压电微泵层下压且完全遮蔽气孔层上的气孔时，所述电路层还用于输出控制信号至红外光源以使得所述红外光源发出红外光，所述滤光片用于滤除非被测气体红外特征吸收波段的红外光，所述红外敏感元用于将经过滤光片滤除及经过被测气体吸收之后的红外光转换为电信号，所述电路层还用于对转换后的电信号进行计算处理以获得被测气体的浓度值。

2.如权利要求1所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述压电微泵层呈“П”字型。

3.如权利要求1所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述压电微泵层包括第一压电材料、第二压电材料、第一金属电极、第二金属电极、第三金属电极、第一基板及第二基板，所述第一压电材料叠加于第二压电材料的上方，所述第一金属电极位于第一压电材料的顶面且居中位置，所述第二金属电极位于第一压电材料与第二压电材料之间，所述第三金属电极位于第二压电材料的底面且居中位置，所述第一金属电极、第二金属电极及第三金属电极的中点位于同一竖线上，所述第一基板位于第二压电材料的底面左侧，所述第二基板位于第二压电材料的底面右侧。

4.如权利要求1所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述电路层上还设置有光源驱动电路、中央处理器、数字信号处理模块、信号放大模块、压电微泵层电压控制模块及电源管理模块；所述电源管理模块用于为整个全集成式红外气体传感器提供电源管理，所述光源驱动电路用于在接收到中央处理器的控制指令后，驱动红外光源发出红外光，所述压电微泵层电压控制模块用于接收中央处理器的控制指令，并按照对应的时序输出电压至压电微泵层，所述红外光源所发出的红外光进入集成气室被待测气体吸收，之后被滤光片过滤，所述红外敏感元用于将经过被测气体吸收并被滤光片过滤后的红外光的光信号转换为电信号，并将其传输至中央处理器，所述中央处理器通过对电信号的处理和分析，判断出被测气体的浓度。

5.如权利要求1所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述光腔层上开设有光源入射窗口及探测器接收窗口，所述红外光源对准光腔层的光源入射窗口，所述红外敏感元对准光腔层的探测器接收窗口。

6.如权利要求1所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述红外敏感元为热释电探测元件或光伏探测元件。

7.如权利要求6所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述红外敏感元为高灵敏度的热释电敏感单元、高精度的光电二极管、雪崩光电二极管或光电倍增管。

8.如权利要求1所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：所述电路层输出至压电微泵层的每一个周期性电压时序控制信号包括：不输出电压信号至压电微泵层并持续时间t1及输出电压信号至压电微泵层并持续时间t2。

9.如权利要求8所述的全集成式红外气体传感器，其特征在于：当电路层不输出电压至压电微泵层时，所述压电微泵层不动作；当电路层输出电压至压电微泵层时，所述压电微泵层下压并遮蔽气孔层上所有的气孔。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的全集成式红外气体传感器的工作方法，包括：

不输出电压至压电微泵层并持续时间t1；

输出电压至压电微泵层并持续时间t2，以使得压电微泵层被下压且遮蔽气孔层上的所有气孔；

控制红外光源发出红外光；

红外光经进入集成气室；

被测气体吸收红外光；

被吸收后的红外光由滤光片进行过滤；

通过红外敏感元将过滤后的红外光转换为电信号；以及

对转换后的电信号进行计算处理以获得被测气体的浓度值。