一种液体压力测量与污染监测的微型传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种液体压力测量与污染监测的微型传感器及其制作方法，微型传感器包括：印制电路板；氮化镓光芯片，所述氮化镓光芯片设置在所述印制电路板上，用于发射光信号以及将光信号转换为光电流信号，并在光信号发生变化时输出相应的光电流信号；高分子薄膜，所述高分子薄膜设置在所述氮化镓光芯片上方，并与所述氮化镓光芯片形成一密闭腔体；其中，所述高分子薄膜的表面在受力时会产生变形。本发明专利技术中可实现对液体压力的检测以及实时监测液体介质是否受到污染。体介质是否受到污染。体介质是否受到污染。

【技术实现步骤摘要】
一种液体压力测量与污染监测的微型传感器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体传感器
，尤其涉及的是一种液体压力测量与污染监测的微型传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]在液体压力测量及水质监测与人类生产活动息息相关。生活中常见的液体压力测量方式有液柱压力计和弹性压力计，这两类设备面临测试精度不高，尺寸较大、难以微型化，且对安装条件有一定要求。电气式压力计虽然测试精度较高，易于微型化，但是不适合长时间浸泡于液体环境中，测试结果发生漂移；对于易燃液体，考虑到安全问题，一般也不会使用电学类传感器。利用光纤传感器进行液体压力测量被认为是一种有效手段，一是测试精度高，响应速度快，二是不容易受电磁干扰，但是光纤传感器的数据输出需要搭配光谱仪，这无形中会增加使用成本，不易制成便携式设备，不利于现场测试。
[0003]输运液体管道是较为常见的对于液体压力测量应用场景之一，管道内液体压力是衡量设备是否正常工作的重要参数。上述提及的液体压力测量设备仅局限于获取液体压力这一参数变化，但是液体是否受到污染无法进行监测，例如，在日常生活中管道水源的水质污染则无法监测。因此，现有液体压力测量设备无法兼顾液体压力测量与污染监测两种功能。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种液体压力测量与污染监测的微型传感器及其制作方法，以解决液体压力测量设备无法兼顾液体压力测量与污染监测两种功能的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种液体压力测量与污染监测的微型传感器，其包括：
[0008]印制电路板；
[0009]氮化镓光芯片，所述氮化镓光芯片设置在所述印制电路板上，用于发射光信号以及将光信号转换为光电流信号，并在光信号发生变化时输出相应的光电流信号；
[0010]高分子薄膜，所述高分子薄膜设置在所述氮化镓光芯片上方，并与所述氮化镓光芯片形成一密闭腔体；其中，所述高分子薄膜的表面在受力时会产生变形。
[0011]本专利技术的进一步设置，所述高分子薄膜由柔性高分子聚合物构成。
[0012]本专利技术的进一步设置，所述柔性高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物、聚氨基甲酸酯、聚烯烃弹性体、乙烯
‑
乙酸乙烯酯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
[0013]本专利技术的进一步设置，所述高分子薄膜与所述氮化镓光芯片相对的一面设置有凹凸微结构。
[0014]本专利技术的进一步设置，所述高分子薄膜的厚度为0.05
‑
10mm。
[0015]本专利技术的进一步设置，所述高分子薄膜的表面的四周与所述氮化镓光芯片之间通过环氧树脂或聚二甲基硅氧烷连接以形成所述封闭腔体。
[0016]本专利技术的进一步设置，所述氮化镓光芯片包括：光源与光电探测器；所述光源与所述光电探测器采用氮化镓外延片并通过半导体微纳加工工艺制成；
[0017]所述光源用于发出光信号；
[0018]所述光电探测器沿所述光源四周环绕设置，所述光电探测器用于接收所述光源发出的光信号并转换为光电流信号输出。
[0019]基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供了一种应用于上述所述的液体压力测量与污染监测的微型传感器的制作方法，其包括：
[0020]提供印制电路板；
[0021]制备氮化镓光芯片；
[0022]制备高分子薄膜并将制备完成的高分子薄膜设置在氮化镓光芯片的上方，并采用环氧树脂或聚二甲基硅氧烷与氮化镓光芯片连接形成密闭腔体；
[0023]将氮化镓光芯片倒装在印制电路板上。
[0024]本专利技术的进一步设置，所述高分子薄膜的制备方法包括：
[0025]提供具有凹凸微结构的模板并将模板置于塑料盒中；
[0026]将液态的柔性高分子聚合物倾倒在模板上；
[0027]通过抽真空的方式去除柔性高分子聚合物上的气泡，并将柔性高分子聚合物固化后形成的薄膜从模板上脱离；
[0028]依次使用乙醇和去离子水清洗薄膜。
[0029]本专利技术的进一步设置，所述氮化镓光芯片包括光源与光电探测器，所述氮化镓光芯片的制备方法包括：
[0030]提供具有相同化学成分和结构的氮化镓外延片；
[0031]采用半导体微纳加工工艺得到光源与光电探测器。
[0032]本专利技术所提供的一种液体压力测量与污染监测的微型传感器及其制作方法，微型传感器包括：印制电路板；氮化镓光芯片，所述氮化镓光芯片设置在所述印制电路板上，用于发射光信号以及将光信号转换为光电流信号，并在光信号发生变化时输出相应的光电流信号；高分子薄膜，所述高分子薄膜设置在所述氮化镓光芯片上方，并与所述氮化镓光芯片形成一密闭腔体；其中，所述高分子薄膜的表面在受力时会产生变形。本专利技术中的氮化镓光芯片能够发射光信号并在高分子薄膜表面形成反射光信号，且能够将接收的光信号转换为光电流信号输出。当传感器处于外界液体的压力作用下，氮化镓光芯片上方的高分子薄膜不仅会发生物理变形，同时高分子薄膜与液体两种介质会产生折射率差，引起二者界面发生明显的光学变化。因此，当氮化镓光芯片处于工作状态时，上述两种变化使得氮化镓光芯片接收的光信号随液体压力变化，另外液体介质特性(如折射率、浊度、颜色等)发生变化时也会引起氮化镓光芯片接收的光信号的变化，并将接收到的光信号转换成光电流信号，根据得到的光电流信号即可实现对液体压力的检测以及实时监测液体介质(如水)是否受到污染。
附图说明
[0033]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术中液体压力测量与污染监测的微型传感器的结构示意图。
[0035]图2是本专利技术中液体压力测量与污染监测的微型传感器的工作原理图。
[0036]图3是本专利技术中液体压力测量与污染监测的微型传感器制作方法的流程示意图。
[0037]图4是本专利技术中一个实施例中高分子薄膜的光学照片(a)和SEM图片(b)。
[0038]图5是本专利技术一个实施例中不同液体介质下(水、油和乙醇)传感器输出参数(光电流)随液体压力的梯度变化关系图。
[0039]图6是本专利技术一个实施例中传感器在900KPa压力、液体介质为水的条件下完成的往复循环曲线图。
[0040]图7是本专利技术中一个实施例中不同水压下水颜色变化时光电流变化比例与水压之间的线性关系。
[0041]图8本专利技术是一个实施例中不含高分子薄膜的传感器在水中传感器输出参数(光电流)在不断加压状态时随时间的变化关系图。
[0042]图9是本专利技术一个实施例中表面无微纳结构高分子薄膜集成的传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体压力测量与污染监测的微型传感器，其特征在于，包括：印制电路板；氮化镓光芯片，所述氮化镓光芯片设置在所述印制电路板上，用于发射光信号以及将光信号转换为光电流信号，并在光信号发生变化时输出相应的光电流信号；高分子薄膜，所述高分子薄膜设置在所述氮化镓光芯片上方，并与所述氮化镓光芯片形成一密闭腔体；其中，所述高分子薄膜的表面在受力时会产生变形。2.根据权利要求1所述的液体压力测量与污染监测的微型传感器，其特征在于，所述高分子薄膜由柔性高分子聚合物构成。3.根据权利要求2所述的液体压力测量与污染监测的微型传感器，其特征在于，所述柔性高分子聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物、聚氨基甲酸酯、聚烯烃弹性体、乙烯
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乙酸乙烯酯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的液体压力测量与污染监测的微型传感器，其特征在于，所述高分子薄膜与所述氮化镓光芯片相对的一面设置有凹凸微结构。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的液体压力测量与污染监测的微型传感器，其特征在于，所述高分子薄膜的厚度为0.05
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10mm。6.根据权利要求1所述的液体压力测量与污染监测的微型传感器，其特征在于，所述高分子薄膜的表面的四周与所述氮化镓光芯片之间通过环氧树脂或聚二甲基硅氧烷连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李携曦，喻彬璐，李静，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：