复合型气体传感器制造技术

本发明专利技术的复合型气体传感器包括：MOS检测模块，用于检测有毒有害气体和易燃易爆气体。所述的MOS检测模块由一层或多层检测层组成，所述的检测层包括敏感层、绝缘层、加热器、基片，由所述的加热器加热至特定温度范围，检测特定的气体。NDIR检测模块，用于检测有毒有害气体和易燃易爆气体。所述的NDIR检测模块由红外光源、光室、红外接收器组成。控制单元，由信号处理子单元和微处理器子单元组成。在该复合型气体传感器中，所述的加热器是所述MOS检测模块和NDIR检测模块的共有部件，不仅作为所述MOS检测模块的加热元件，还作为所述NDIR检测模块的红外光源，并由所述的控制单元进行调制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及气体传感器领域，特别涉及可同时检测多组分气体的传感器领域，具体是指一种能够同时检测多组分气体的复合型气体传感器。
技术介绍
气体传感器主要用于检测有毒有害气体和易燃易爆气体。常规的气体传感器有电化学传感器、催化燃烧传感器、金属氧化物半导体(MOS)传感器、非色散红外(NDIR)传感器。电化学传感器通过与目标气体发生电化学反应，并产生与气体浓度成正比的电流信号来工作的。典型的电化学传感器由传感电极、反电极、电解质组成，扩散进来的气体与传感电极发生反应，传感电极可采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对目标气体而设计的电极材料进行催化。因此，特定的电化学传感器只能有针对性地检测特定气体。另外，电解质是发生电化学反应的载体，如果电解质蒸发过于迅速，传感器信号会减弱。故电化学传感器的使用寿命一般为1-2年，且其零点和灵敏度漂移较大，需要定期校正，否则会严重影响测量精度。催化燃烧传感器是基于威斯登电桥测量目标气体浓度。当传感器处于清洁空气或零气环境下，威斯登电桥处于平衡状态，输出电压为零。当目标气体进入传感器内，并在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，威斯登电桥失衡，输出与目标气体浓度成正比的电压信号。多数易燃易爆气体在催化剂的作用下均能发生催化燃烧反应，因此，催化燃烧传感器输出的电压信号是这些易燃易爆气体反应的综合表现，但不能辨别出气体组分及其对应的浓度。MOS传感器在不同温度范围内显示出不同的反应特性，因此传感器采用加热元件来调节温度。有气体出现时，MOS传感器中的金属氧化物把气体分解成带电离子或导致电子转移的复合物，使传感器的电阻发生变化。内置的加热器会将金属氧化物材料加热到最适合目标气体反应的工作温度范围，该加热器由专门电路进行调节和控制。常规的MOS传感器只有单层，也就只能调制一个工作温度，这就限制了传感器的测量气体种类。NDIR传感器是基于朗伯-比尔吸收定律测量目标气体浓度，由红外光源、光室和红外接收器组成。若目标气体分子是非极性分子，则会吸收特定波长的红外光，且吸收强度满足朗伯-比尔吸收定律，使该波长的红外光强变弱，通过窄带滤光片筛选出该波长的红外光，再由红外接收器把光信号转换成电信号输出。因此，NDIR传感器测量气体的种类是由窄带滤光片决定的。常规的NDIR传感器集成了双通道窄带滤光片，一个通道作为参考通道，另一通道作为目标气体测量通道，故其只能测量一种气体。由于常规的电化学传感器、催化燃烧传感器、MOS传感器和NDIR传感器不能同时检测多组分气体，且传感器规格各异。若要实现多组分气体同时检测，则需要配置多个或多种常规气体传感器，不仅影响仪表的小型化，还会增加仪表的开发成本和开发难度。另外，作业场所或生活环境工况复杂，环境中大多存在多种气体，单气体检测仪表已经不能满足复杂环境的检测需求。复合型气体传感器可同时检测多组分气体，且输出标准化的数字信号，解决了仪表的小型化、开发成本和开发难度的问题，是气体传感器的发展趋势。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种综合并改进了非色散红外检测技术和金属氧化物半导体检测技术，可同时检测多组分气体，且体积小、功耗低的复合型气体传感器。为了实现上述目的，本专利技术的复合型气体传感器包括:MOS检测模块，用于检测有毒有害气体和易燃易爆气体。所述的MOS检测模块由一层或多层检测层组成，所述的检测层包括敏感层、绝缘层、加热器、基片，由所述的加热器加热至特定温度范围，检测特定的气体。NDIR检测模块，用于检测有毒有害气体和易燃易爆气体。所述的NDIR检测模块由红外光源、光室、红外接收器组成。控制单元，由信号处理子单元和微处理器子单元组成。在该复合型气体传感器中，所述的加热器是所述MOS检测模块和NDIR检测模块的共有部件，不仅作为所述MOS检测模块的加热元件，还作为所述NDIR检测模块的红外光源，并由所述的控制单元进行调制。在该复合型气体传感器中，所述的敏感层采用金属氧化物材质，真空沉积到基片表面。所述的加热器可以是铂丝、铂合金丝、电阻金属氧化物、或沉积铂薄层等。所述的光室内表面覆有镀金层或镀铂金层。在该复合型气体传感器所述的红外接收器为热释电红外探测器。所述的热释电红外探测器为多通道热释电红外探测器。所述多通道热释电红外探测器的窗口上设置有滤光片，所述的滤光片为多层镀膜的窄带滤光片。在该复合型气体传感器中，所述的信号处理子单元包括传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路。所述的MOS检测模块和NDIR检测模块依序通过所述的传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路连接至所述的微处理器子单元。在该复合型气体传感器中，所述的微处理器子单元包括微处理器、模数转换电路、温度补偿电路和数据存储器，所述的模数转化电路、温度补偿电路和数据存储器均连接至所述的微处理器。所述的微处理器通过所述的模数转换电路采集信号处理子单元输出的模拟信号，经过处理后，输出标准化数字信号。所述的温度补偿电路用于修正由温度造成的测量误差。所述的数据存储子单元为电可擦除可编程只读存储器。在该复合型气体传感器中，包括壳体，壳体上底部为金属网，下底部为灌胶件，壳体内部设置MOS检测模块、NDIR检测模块和控制单元，所述的控制单元通过其电路板上的插针固定在灌胶件上，所述的MOS检测模块和NDIR检测模块通过引脚固定在控制单元的电路板上；所述的光室为中空柱状结构，其一端与红外接收器固定，另一端与MOS检测模块固定，且MOS检测模块的工作面面向光室内部。与现有技术相比，复合型气体传感器可同时检测多组分气体，且输出标准化的数字信号，解决了仪表的小型化、开发成本和开发难度的问题，是气体传感器的发展趋势。本专利技术具有的有益效果为:1.由于本专利技术综合并改进了非色散红外检测技术和金属氧化物半导体检测技术，可同时检测多组分气体。2.由于本专利技术中的加热器不仅作为MOS检测模块中的加热元件，还作为NDIR检测模块中的红外光源，缩小了传感器的空间结构，降低了开发成本。3.由于本专利技术是基于非色散红外检测技术和金属氧化物半导体检测技术，因此，传感器的使用寿命和标定周期长，降低了更换成本和维护成本。4.由于本专利技术输出的是标准化数字信号，可直接连接至仪表上，而无需二次处理，故而降低了仪表的开发难度。【附图说明】图1是本专利技术复合型气体传感器的基本模块结构示意图。图2是本专利技术复合型气体传感器实施例1使用双层检测层、双通道红外接收器的模块结构示意图。图3是本专利技术复合型气体传感器实施例1结构示意图。图4是本专利技术复合型气体传感器实施例1检测层结构示意图。图5是本专利技术复合型气体传感器实施例2使用三层检测层、三通道红外接收器的模块结构示意图。图中:1:壳体2:MOS检测模块 21:检测层22:引脚3:NDIR检测模块31:红外光源32:光室33:红外接收器34:滤光片35:引脚4:控制单元41:插针5:灌胶件6:金属网21:检测层211:敏感层212:绝缘层213:加热器214:基片215:敏感层引脚216:加热器引脚。【具体实施方式】下面通过实施例结合附图，对本专利技术做进一步说明。实施例1。如图1所示，本实施例描述的复合型气体传感器包括MOS检测模当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型气体传感器，包括MOS检测模块、NDIR检测模块和控制单元，其特征是：所述的MOS检测模块由一层或多层检测层组成，所述的检测层包括敏感层、绝缘层、加热器、基片，由所述的加热器加热至特定温度范围，检测特定的气体；所述的NDIR检测模块由红外光源、光室、红外接收器组成；所述的控制单元由信号处理子单元和微处理器子单元组成；所述的加热器是所述MOS检测模块和NDIR检测模块的共有部件，不仅作为所述MOS检测模块的加热元件，还作为所述NDIR检测模块的红外光源，并由所述的控制单元进行调制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王德锋，李毅，郭功剑，
申请(专利权)人：杭州麦德乐传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33