一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器，包括传感单元；传感单元分为三层，上层为铜刻蚀出传感单元的图案；中间层为介电常数为2.5，损耗角正切为0.0065，厚为2.5mm的特氟龙基板；底层为接地金属铜；使用胶水转印技术，将敏感材料涂在传感单元敏感区域；不同传感单元是对新冠病毒相关的气体进行检测，其中包括丙酮、乙醇、甲醇、甲醛、二甲苯和甲苯，本发明专利技术通过微波的多参数、超宽频、阵列设计等方式可以极大提升灵敏度、分辨率、选择性、检测速度，可实现室温下对VOC的检测，免除预热时间，并极大程度降低运行功耗，提升使用安全系数。系数。系数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器


[0001]本专利技术涉及新冠检测
，具体涉及一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOC)，是常见于工业废气、汽车尾气、装修污染等场景，是引发区域性复合型大气污染的前置条件，严重威胁人民身体健康，制约国家工业现代化发展。VOC排放源复杂、种类繁多、浓度范围大。
[0003]常规的电阻、电容式气敏传感器，其缺点在于检测参数单一，只能在低频下实施定频检测，且只能读取对应的电阻、电容值，因此需要增大加热温度以提升检测灵敏度，实施检测；VOC在空气中占比低，且种类复杂，从而存在着选择性差的问题；敏感材料所表现出的灵敏度不高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于解决上述
技术介绍
的问题，而提出一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器，包括传感单元；传感单元分为三层，上层为铜刻蚀出传感单元的图案；中间层为介电常数为2.5，损耗角正切为0.0065，厚为2.5mm的特氟龙基板；底层为接地金属铜；
[0007]使用胶水转印技术，将敏感材料涂在传感单元敏感区域；
[0008]不同传感单元是对新冠病毒相关的气体进行检测，其中包括丙酮、乙醇、甲醇、甲醛、二甲苯和甲苯。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：检测丙酮气体为一维纳米材料ZnO敏感材料，检测乙醇气体为一维纳米材料SnO2敏感材料，检测甲醇气体为一维纳米材料FeO3敏感材料，检测甲醛气体为一维纳米材料CoO3敏感材料，检测二甲苯气体为一维纳米材料MoO4敏感材料，检测甲苯气体为一维纳米材料NiO敏感材料。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：调整传感单元分布：六种不同传感单元采用阵列的方式进行排布，采用2*3的方式。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：2*3的方式为设置有2排，每排设置有三个，共六个。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：在微波检测单元间设计电磁屏蔽结构，电磁屏蔽材料包括铜带材料、铜丝材料、镀银铜丝材料中的一种。
[0013]一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器的检测系统,包括获取模块、分析模块和数据输出模块；
[0014]获取模块通过VOC气体传感器输出气体中对应的丙酮、乙醇、甲醇、甲醛、二甲苯和甲苯的频率偏移值为a1、a2、a3、a4、a5、a6；
[0015]分析模块将得到的频率偏移值为a1、a2、a3、a4、a5、a6，分别与前期建立的标准频率偏移值进行比较，对应输出0或1信号，将六种信号输出值相加并分析；
[0016]数据输出模块根据分析模块得到的输出总值，与预设的模型相比较，判断该气体环境为无风险、中风险或高风险。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：模型为当输出总值为0
‑
2时，其气体含新冠病毒分析为无风险，当输出总值为3
‑
4时，其气体含新冠病毒分析为中风险，当输出总值为5
‑
6时，其气体含新冠病毒分析为高风险。
[0018]一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器中敏感材料制备工艺,包括以下步骤：
[0019]步骤1：前驱体溶液的配置：将PVP溶解在去离子水中，用磁力搅拌器搅拌1h至完全溶解；向溶液中加入对应的醋酸盐和搅拌1h形成均匀的混合物，静置1h去除气泡形成纺丝溶液，得到前驱体溶液；
[0020]步骤2：将前驱体溶液装入注射器中，并在金属喷嘴和收集板之间施加12
‑
20kV的直流电压；当机器工作8h后纺丝结束，收集纳米纤维；
[0021]步骤3：将纳米纤维在室温下干燥1h，从铝箔上小心取出，装入石英舟中；将石英舟放在马弗炉中室温2h升温到400
‑
600℃，并保持2h，制备出敏感材料。
[0022]作为本专利技术进一步的方案：推注速度设置为0.01mm/min，平移速度设置为30mm/min，收集器的转速设置为30
‑
50r/min；腔体温度保持在30
‑
40℃，湿度保持在30
‑
40％RH。
[0023]作为本专利技术进一步的方案：金属喷嘴和收集板的距离控制在8
‑
15cm。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025](1)基于微波超宽频扫频方案获得微波散射参数S
11
、S
21
，通过分析气体浓度变化下的谐振点和传输零点的变化，包括频率移动、幅值变化等参数，以及使用微波气体检测方案，可以实施室温非加热环境的检测。其原理是对于气敏材料介电特性变化，不同的测试对象气体、不同的气敏材料有其独特的敏感频率，通过超宽频扫频可以捕捉到敏感频率下的电学参数变化。此外，谐振点频移、幅值、相位等参数的变化对应于介电常数、损耗的变化，可以多方位评测气体的浓度；
[0026](2)本专利技术进行微波阵列式设计方案，在不同阵列单元上沉积不同的气敏材料，通过搭配射频开关和多路复用模块，实现对阵列单元的分别扫频测试。此外，不同气体的敏感度体现在不同的频率范围，超宽频扫频后可以对不同VOC的浓度在其最优频率下实现检测；
[0027](3)本专利技术通过高压静电纺丝法能够高效地制备形貌均一、尺寸均匀的一维纳米结构，材料形貌可控性极强；纳米纤维的不同排列方式都会对其性能造成一定的影响；高压静电纺丝技术还可以通过设计不同的接收装置得到序列可控的纳米纤维；
[0028](4)综上，本专利技术通过微波的多参数、超宽频、阵列设计等方式可以极大提升灵敏度、分辨率、选择性、检测速度，可实现室温下对VOC的检测，免除预热时间，并极大程度降低运行功耗，提升使用安全系数。
附图说明
[0029]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0030]图1是本专利技术的柱状图；
[0031]图2是本专利技术传感单元仿真图；
[0032]图3是本专利技术检测系统的系统框图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]本专利技术为一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器，包括传感单元；该传感单元分为三层，上层使用湿法刻蚀的方法，将铜刻蚀出传感单元的图案；中间层介电常数为2.5，损耗角正切为0.0065，厚为2.5mm的特氟龙基板；底层为接地金属铜；
[0036]在不同传感单元上，涂覆不同敏感材料，敏感材料对不同气体的敏感程度不同，根据不同单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器，其特征在于，包括传感单元；传感单元分为三层，上层为铜刻蚀出传感单元的图案；中间层为介电常数为2.5，损耗角正切为0.0065，厚为2.5mm的特氟龙基板；底层为接地金属铜；使用胶水转印技术，将敏感材料涂在传感单元敏感区域；不同传感单元是对新冠病毒相关的气体进行检测，其中包括丙酮、乙醇、甲醇、甲醛、二甲苯和甲苯。2.根据权利要求1所述的一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器,其特征在于，检测丙酮气体为一维纳米材料ZnO敏感材料，检测乙醇气体为一维纳米材料SnO2敏感材料，检测甲醇气体为一维纳米材料FeO3敏感材料，检测甲醛气体为一维纳米材料CoO3敏感材料，检测二甲苯气体为一维纳米材料MoO4敏感材料，检测甲苯气体为一维纳米材料NiO敏感材料。3.根据权利要求1所述的一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器,其特征在于，调整传感单元分布：六种不同传感单元采用阵列的方式进行排布，采用2*3的方式。4.根据权利要求3所述的一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器,其特征在于，2*3的方式为设置有2排，每排设置有三个，共六个。5.根据权利要求1所述的一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器,其特征在于，在微波检测单元间设计电磁屏蔽结构，电磁屏蔽材料包括铜带材料、铜丝材料、镀银铜丝材料中的一种。6.一种基于微波谐振器阵列的VOC气体传感器的检测系统,其特征在于，包括获取模块、分析模块和数据输出模块；获取模块通过VOC气体传感器输出气体中对应的丙酮、乙醇、甲醇、甲醛、二甲苯和甲苯的频率偏移值为a1、a2、a3、a4、a5、a6；分析模块将得到的频率偏移值为a1、a2、a3、a4、a5、a6，分别与前期建立的标准频率偏移值进行比较，对应输出0或1信号，将六种信号输出值相加并分析；数据输出模块根据分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，
申请(专利权)人：无锡红光微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：