[发明专利]全集成式红外气体传感器及其工作方法

说明书

本发明公开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。本发明还提供了一种全集成式红外气体传感器的工作方法。

技术领域

本发明属于一种气体传感器，具体涉及一种基于可调激光二极管光源的全集成式红外气体传感器。

背景技术

气体传感器在生产现场监测、燃气管网监测、环境监测等领域大量使用，随着物联网、消费电子等新兴产业的飞速发展，人们对空气环境质量的日益关注，气体传感器的应用需求飞速增长。气体传感器是一种可将气体的成分、浓度等信息转换为电信号的器件。气体传感器主要包括半导体型、催化燃烧型和电化学型等种类，该类型气体传感器在使用过程中存在气体选择性差，不同气体之间存在交叉干扰的问题。而红外气体传感器是利用非色散红外(NDIR)原理对空气中存在的目标气体进行探测，具有灵敏度高、可靠性好、精确度高以及抗干扰能力强等优点。气体分子在红外波段存在特征吸收，红外气体传感器是利用这种气体分子对红外波段的特征吸收作用来检测特定气体的种类和浓度。在红外气体传感器中，光源发出红外光谱，不同种类的特定气体吸收的的红外光波段不同，因此红外气体传感器用于检测气体分子种类。

当前，红外气体传感器存在集成度低、测量响应时间长、测量精度低等问题。如，中国专利“一种红外气体传感器及检测方法”(201410094249.3)和中国专利“双参考波长红外气体传感器及方法”(201511008910.5)提供的红外气体传感器集成度较低，不能实现消费电子和物联网等对传感器小型化要求高的应用领域。因此，中国专利“一种全集成红外气体传感器”(201510528726.7)提出了一种由硅衬底、红外光源、红外探测器、信号处理电路和微型气室构成的全集成红外气体传感器。现有的全集成红外气体传感器。但该全集成红外气体传感器中气室的进气和出气都使用的是自然扩散方式，由于气孔数量有限，所以该传感器测量响应时间较长。同时，气孔的存在会对使光在传输中产生泄露，降低传感器的精度。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种气体测量种类更加丰富、测量精度更高的红外气体传感器。

本发明所提供的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。

其中，所述压电微泵层呈“П”字型。