[发明专利]一种红外发射单元、红外光源及应用其的混合气体传感器

说明书

本发明公开了一种红外发射单元、红外光源及应用其的混合气体传感器，包括红外光源、PCB基板、声学传感器、壳体、过滤膜和引脚，所述红外光源和声学传感器固定在PCB基板上，并进行电气连接，所述过滤膜安装在壳体的透气孔上，气体分子通过扩散的方式进入到由PCB基板、壳体和过滤膜组成的光声池中。本发明通过使用具备多种超材料的阵列式红外光源，不需要机械结构，实现不同波长红外光的发射，使用一个光源、一个光声池、一个传声器完成多种气体的检测，提高传感器集成度、减小传感器体积、降低传感器成本。

技术领域

本发明属于混合气体传感器技术领域，具体涉及一种红外发射单元、红外光源及应用其的混合气体传感器。

背景技术

光声光谱是通过声学检测测量物质吸收光对物质的影响。当光照射到气体上时，气体在吸收光功能后会出现局部的热膨胀，使用周期性光源照射便会产生周期性热膨胀，产生周期性的压力变化。由于不同气体的吸收峰不同，使用不同的光源照射，测量压力的变化，便可测量出气体的组分与含量。

现有技术缺点：

1)使用多个滤光片组成滤光轮或滤光盘的机械结构，尺寸大、成本高，限制了系统的小型化；

2)使用多个气体检测装置组合成一个，简单的进行装置的加法，实现多种气体的检测，成本高、体积大。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种红外发射单元、红外光源及应用其的混合气体传感器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的实施例一提供一种红外发射单元，包括衬底、支撑膜、加热层、第一介电层、引线、第一金属层、第二介电层和第二金属层，所述支撑膜设置于底衬上，所述加热层由第一介电层覆盖并设置于支撑膜上，所述第一金属层和引线由所述第二介电层覆盖设置于第一介电层上，所述第二介电层上周期性排布有多个第二金属层，所述第一金属层、第二介电层和第二金属层构成超材料。

本发明优选地，所述第一金属层和第二金属层的材料为金、铝、铂或铜中的任一一种。

本发明优选地，所述支撑膜、第一介电层和第二介电层的材料为Al4O3、 SiO2或Si3N4中的任一一种。

本发明优选地，所述加热层23的材料为金、铂、钨或多晶硅中的任一一种。

本发明的实施例二提供一种红外光源，包括上述的红外发射单元和电极，所述底衬的两侧设置有均匀排布的多个电极，所述电极之间设置有正列排布的多个红外发射单元，组成红外发射阵列，所述电极分别与每个所述红外发射单元的引线相连。

本发明优选地，所述红外发射阵列由具有不同第二金属层结构的、可发射中心波长在1～20um窄带红外光的红外发射单元组成，所述窄带红外光的半高宽度不大于200nm，可发射单一波长阵列单元数≥4个。

本发明的实施例三提供一种混合气体传感器，包括上述的红外光源、PCB基板、声学传感器、壳体、过滤膜和引脚，所述红外光源和声学传感器固定在PCB基板上，并进行电气连接，所述过滤膜安装在壳体的透气孔上，气体分子通过扩散的方式进入到由PCB基板、壳体和过滤膜组成的光声池中，所述引脚包括多个，均匀排列设置于PCB基板的底部，引脚分别与红外光源和声学传感器电气相连，控制红外光源和声学传感器并读取输出信号，对具有相同超材料的单个红外发射单元或多个红外发射单元以脉冲形式施加电压，释放脉冲式红外线。

本发明优选地，所述壳体为采用铜、铝、钛合金、尼龙、ABS、PMMA、 PP、PC或PVC中的一种材料制作而成，在使用尼龙、ABS、PMMA、PP、 PC或PVC时所述壳体的表面和内部设置有镀层，所述镀层的材质为铂、金或铝中的一种。