[发明专利]差分式MEMS气体传感器

说明书

本发明提供了一种差分式MEMS气体传感器，其内部设有腔空间镜像对称且设于同一层的两组腔室组，每组腔室组各包括相交连通的气室腔和声室腔；每个声室腔内各设有一用来检测声音信号的微音器；每组腔室组仅通过其气室腔的顶部腔壁设有的多个透气孔与差分式MEMS气体传感器外的大气相连通；其中一组腔室组的气室腔还配备有激光组件，所述激光组件产生的激光能射入至该气室腔内。本发明采用双气室差分设计，极大降低环境噪声对测量的影响，精度高，体积小。

技术领域

本发明属于MEMS气体传感器技术领域，尤其是涉及一种采用差分式测试法的MEMS(微机电系统)气体传感器。

背景技术

近年来，随着环保力度和范围的不断扩大，空气质量得到了较大改善，空气质量监测也开始向室内监测扩展。室内空气质量监测对测量精度要求并不比大气空气质量监测低，而设备体积却要求更小，甚至可以随身携带。

现有的气体浓度检测设备有光谱仪、电化学传感器、MEMS传感器、化学分析仪等。光谱仪成本高，体积大，对环境要求较高。电化学传感器精度较低，漂移严重。化学分析仪测量缓慢，操作复杂，体积也大，不适合自动监测使用。MEMS传感器是未来的新方向。但目前公开的MEMS气体传感器技术，测量精度还达不到监测用途需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种差分式MEMS气体传感器，具体为：

差分式MEMS气体传感器，其内部设有腔空间镜像对称设于同一层的两组腔室组，每组腔室组各包括相交连通的气室腔和声室腔；每个声室腔内各设有一用来检测声音信号的微音器；每组腔室组仅通过其气室腔的顶部腔壁设有的多个透气孔与差分式MEMS气体传感器外的大气相连通；其中一组腔室组的气室腔还配备有激光组件，所述激光组件产生的激光能射入至该气室腔内。

本发明的差分式MEMS气体传感器利用差分检测法，双气室腔和双声室腔形成差分测量；为方便描述，定义配备激光组件的气室腔为第一气室腔32，另一气室腔则为第二气室腔33，与第一气室腔同组的声室腔为第一声室腔34，另一则为第二声室腔35，第一声室腔内的微音器为第一微音器23，另一则为第二微音器24；由于第一气室腔32腔内被射入激光，产生光激励，即经过调制的激光束在第一气室腔32内照射到所测气体分子61上，当激光的波长正处于所测气体分子61的吸收峰波长时，所测气体分子61会产生周期性的热突变和振动，产生周期性声波即气体声音信号62，由于差分式MEMS气体传感器的外界存在噪声信号，因此，第一微音器23可采集到的声音信号是由与第一气室腔32相连通的连通口进入第一声室腔34内的气体声音信号62和外界噪声信号63的总和，并由第一微音器23将声波信号转换为可被处理的电信号；而第二气室腔33内没有光激励，因而第二微音器24仅能采集到由与第二气室腔33相连通的连通口进入第二声室腔35内的外界噪声信号63，并由第二微音器24将声波信号转换为可被处理的电信号；将两个微音器23、24所采集生成的两组电信号做差，最终得到的就是被检测气体对应的信号，再通过分析此信号即可计算得出被检测气体的浓度，从而降低了外界噪声对测量的影响，使得测量结果更为准确。

所测气体的浓度越大，声波越强。通过对声波进行反推导，可以得出气体的浓度数据。对激光进行周期性调制为了进行滤波操作，提高信号信噪比。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有以下有益效果：

1.采用MEMS光声光谱原理对气体浓度进行测量，精度高，体积小；

2.采用双气室差分设计，极大降低环境噪声对测量的影响；

3.MEMS多光程设计，提高信号检测精度；

4.嵌套二次声腔设计，提高声信号检测分辨率。

附图说明