一种基于选择性波段的气体传感器及其检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于选择性波段的气体传感器及其检测方法。本发明专利技术的一种基于选择性波段的气体传感器，包括金属氧化物传感器阵列和光源，光源是波长可变的光源，光源的波段包括180‑254nm波段、300‑320nm波段、340‑360nm波段、365‑400nm波段和500‑600nm波段，金属氧化物传感器阵列上设置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一个金属氧化物传感器对其中一种待测气体的灵敏度较高，对其他待测气体的灵敏度较低。其有益效果是：同现有的传统加热式的气体传感器阵列技术相比，本发明专利技术一方面可以使传感器在室温工作，减少敏感材料的老化问题，提高传感器的稳定性，另一方面可以通过改变光波长，提高传感器对气体识别的选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于选择性波段的气体传感器及其检测方法
本专利技术涉及电子元器件领域，特别涉及一种基于选择性波段的气体传感器及其检测方法。
技术介绍
随着环境的恶化，工业排气如石油化工、煤化工以及机动车辆成为严重危害人们的生存环境和身体健康。因此，实施监测和察觉环境有害气体的浓度成为一项重要的技术需求。基于金属氧化物半导体的气体传感器是其中一项重要的技术。但是，在通常情况下，采用金属氧化物半导体敏感材料的气体传感器需要在200-500摄氏度之间工作，带来了较大的能量需求，另外，还会导致敏感材料在高温过程中加速老化，最终导致器件性能恶化，缩短了使用寿命。近来，人们开始采用纳米材料技术和光辅助激活的办法，尽量降低传感器的工作温度至室温。其中光辅助激活性金属氧化物半导体气体传感器得到了越来越多的关注，该技术的优势在于可以采用仅有几个毫瓦级别的LED灯，实现传感器对气体的高灵敏度，同时减小了敏感材料的老化过程，期望可提高传感器的使用寿命。但是，与传统的高温工作的传感器一样，依然存在着选择性差和灵敏度低的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种选择性好、灵敏度高、稳定性好的基于选择性波段的气体传感器及其检测方法。本专利技术采用可变波长的光辅助增敏技术，采用金属氧化物集成式的微传感器阵列的方式，选取不同金属氧化物在不同波段对不同气体的灵敏度不同，来提高气体传感器的选择性；并可以使传感器在室温工作。本专利技术提供的一种基于选择性波段的气体传感器，其技术方案为：一种基于选择性波段的气体传感器，包括封装组件、金属氧化物传感器阵列和光源，封装组件将金属氧化物传感器阵列的氧化物敏感材料和光源封闭在一个密封空间内，封装组件包括进气口和出气口，光源是波长可变的光源或者波长范围固定不变的多个光源，光源的波段包括180-254nm波段、300-320nm波段、340-360nm波段、365-400nm波段和500-600nm波段，金属氧化物传感器阵列上设置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一个金属氧化物传感器对某一种待测气体的灵敏度较高，对其他待测气体的灵敏度较低。其中，金属氧化物传感器阵列的金属氧化物敏感材料是ZnO、TiO2、SnO2、CuO、In2O3、NiO或者WO3中的任一种。其中，气体传感器包括第一金属氧化物传感器、第二金属氧化物传感器、第三金属氧化物传感器、第四金属氧化物传感器、第五金属氧化物传感器、第六金属氧化物传感器和第七金属氧化物传感器；第一金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在300-320nm波段光照下对氨气具有高灵敏度的NiO；第二金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下对乙醇具有高灵敏度的SnO2；第三金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下对NO2具有高灵敏度的In2O3；第四金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下对甲醛具有高灵敏度的TiO2，第五金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下对丙酮具有高灵敏度的ZnO；第六金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下对H2S具有高灵敏度的CuO，第七金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下对氢气具有高灵敏度的WO3。其中，气体传感器包括第八传感器和第九传感器，第八传感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下对氨气具有高灵敏度氧化还原石墨烯，或者氧化还原石墨烯和金属氧化物的复合物，第九传感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下对NO2具有高灵敏度氧化还原石墨烯，或者氧化还原石墨烯和金属氧化物的复合物。其中，光源设置在二维平面上。其中，光源是贴片式光源或者光珠式光源。其中，气体传感器包括敏感材料是石墨烯的传感器。其中，石墨烯是氧化还原石墨烯，或者氧化还原石墨烯和金属氧化物的复合物。本专利技术还提供了一种基于选择性波段的气体传感器的检测方法，包括以下步骤：(1)、选择具有不同的氧化物敏感材料的多个金属氧化物传感器，并选择包括180-254nm波段、300-320nm波段、340-360nm波段、365-400nm波段和500-600nm波段的光源；用于检测含有氨气、乙醇、丙酮、甲醛、NO2，H2S和氢气的混合气体；(2)、将光源的波长调到300-320nm波段范围，根据NiO在300-320nm波段光照下第一金属氧化物传感器对氨气的响应信号值，检测氨气的浓度；将光源的波长调到340-365nm波段范围，根据SnO2在340-365nm波段光照下第二金属氧化物传感器对乙醇的响应信号值，In2O3在340-365nm波段光照下第三金属氧化物传感器对NO2的响应信号值，检测乙醇和NO2的浓度；将光源的波长调到340-365nm波段范围，根据TiO2在365-400nm波段光照下第四金属氧化物传感器对甲醛的响应信号值，ZnO在365-400nm波段光照下第五金属氧化物传感器对丙酮的响应信号值；检测甲醛和丙酮的浓度；将光源的波长调到500-600nm波段范围，根据CuO在500-600nm波段光照下第六金属氧化物传感器对H2S的响应信号值，WO3在500-600nm波段光照下第七金属氧化物传感器对氢气的响应信号值，检测H2S和氢气的浓度；(3)、最后，所有金属氧化物传感器在180-254nm的波长范围内将信号恢复回初始状态。其中，将光源的波长调到500-600nm波段范围，根据氧化还原石墨烯在500-600nm波段光照下第八传感器对氨气的响应信号值，氧化还原石墨烯和金属氧化物的复合物在500-600nm波段光照下第九传感器对NO2的响应信号值；检测氨气和NO2的浓度，该检测值用来校核前面所测的氨气和NO2的含量。本专利技术的实施包括以下技术效果：本专利技术的一种基于选择性波段的气体传感器，通过采用变化的波长，从而达到提高传感器阵列选择性的目的。目前现有的技术主要是采用一种光源对一种金属氧化物，因此，每个传感器的选择性依然无法解决。而传统意义上采用加热的方式工作的传感器阵列可以改善选择性，但在高温下，敏感材料的微观结构的老化，会加速传感器性能的衰减，另外，传感器阵列对功耗的要求很高。而采用低功耗的可变光源，可以让传感器阵列中，至少有一个传感器在某一波段的光源下，对待分析气体有一个最高的信号，而对其他气体响应较低。这样通过改变光源的波长，让每个传感器在优化的波段照射下，分别对其中一种气体分子产生最大的信号，进而识别出待测气体中成分和浓度。同现有的传统加热式的气体传感器阵列技术相比，本专利技术一方面可以使传感器在室温工作，减少敏感材料的老化问题，提高传感器的稳定性，另一方面可以通过改变光波长，提高传感器对气体识别的选择性。附图说明图1为本专利技术实施例的一种基于选择性波段的气体传感器的数据采集模块结构示意图。图2为本专利技术实施例的一种基于选择性波段的气体传感器结构示意图。具体实施方式下面将结合实施例以及附图对本专利技术加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1参见图1和图2所示，本实施例提供的一种基于选择性波段的气体传感器，包括封装组件4、金属氧化物传感器阵列1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于选择性波段的气体传感器，包括封装组件、金属氧化物传感器阵列和光源，所述封装组件将金属氧化物传感器阵列的氧化物敏感材料和光源封闭在一个密封空间内，封装组件包括进气口和出气口，其特征在于：光源是波长可变的光源或者波长范围固定不变的多个光源，光源的波段包括180‑254nm波段、300‑320nm波段、340‑360nm波段、365‑400nm波段和500‑600nm波段，金属氧化物传感器阵列上设置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一个金属氧化物传感器对某一种待测气体的灵敏度较高，对其他待测气体的灵敏度较低。

【技术特征摘要】
1.一种基于选择性波段的气体传感器，包括封装组件、金属氧化物传感器阵列和光源，所述封装组件将金属氧化物传感器阵列的氧化物敏感材料和光源封闭在一个密封空间内，封装组件包括进气口和出气口，其特征在于：光源是波长可变的光源或者波长范围固定不变的多个光源，光源的波段包括180-254nm波段、300-320nm波段、340-360nm波段、365-400nm波段和500-600nm波段，金属氧化物传感器阵列上设置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一个金属氧化物传感器对某一种待测气体的灵敏度较高，对其他待测气体的灵敏度较低。2.根据权利要求1所述的一种基于选择性波段的气体传感器，其特征在于：金属氧化物传感器阵列的金属氧化物敏感材料是ZnO、TiO2、SnO2、CuO、In2O3、NiO或者WO3中的任一种。3.根据权利要求1或2所述的一种基于选择性波段的气体传感器，其特征在于：所述气体传感器包括第一金属氧化物传感器、第二金属氧化物传感器、第三金属氧化物传感器、第四金属氧化物传感器、第五金属氧化物传感器、第六金属氧化物传感器和第七金属氧化物传感器；第一金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在300-320nm波段光照下对氨气具有高灵敏度的NiO；第二金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下对乙醇具有高灵敏度的SnO2；第三金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下对NO2具有高灵敏度的In2O3；第四金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下对甲醛具有高灵敏度的TiO2，第五金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下对丙酮具有高灵敏度的ZnO；第六金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下对H2S具有高灵敏度的CuO，第七金属氧化物传感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下对氢气具有高灵敏度的WO3。4.根据权利要求3所述的一种基于选择性波段的气体传感器，其特征在于：所述气体传感器包括第八传感器和第九传感器，第八传感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下对氨气具有高灵敏度氧化还原石墨烯，或者氧化还原石墨烯和金属氧化物的复合物；第九传感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下对NO2具有高灵敏度氧化还原石墨烯，或者氧化还原石墨烯和金属氧化物的复合物。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓干，王雪燕，赵阳阳，李筱昕，陈宇鹏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21