一种高灵敏度质量传感器模块及其工作方法技术

本发明专利技术涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度质量传感器模块及其工作方法，模块包括传感模块和控制电路模块，其中传感模块包括用于测量沉积在其表面的气体的声表面波谐振器、用于用户对声表面波谐振器进行降温或者加热的帕尔贴、用于测量声表面波谐振器表面的温度的温度传感器；控制电路模块包括用于以表面波谐振器的频率变化作为输入进行移相操作实现输出信号在谐振点相位为0度的移相器，用于对移相器的输出以及功分器的输出进行增益放大，将移相器放大后作为功分器的输入，将功分器放大后作为表面波谐振器的输入形成闭环的放大器，用于实现闭环控制和谐振频率输出的功分器；本发明专利技术实现快速、准确、高精度的测量气体浓度功能。气体浓度功能。气体浓度功能。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度质量传感器模块及其工作方法


[0001]本专利技术涉及气体传感器
，具体涉及一种高灵敏度质量传感器模块及其工作方法。

技术介绍

[0002]进入本世纪以来，作为信息产业中的重要支柱，传感器技术，在信息现代化水平提升方面发挥了重要的促进作用，其中，气体传感器在智慧城市发展水平逐渐提升的同时，在加上MEMS系统等技术的革新和发展，其越来越呈现出高精度、微型化以及智能化等特征。现有的气体传感器主要包括半导体型、催化燃烧型、电化学型、固定电解质型、红外光学型、以及声表面波(Surface acoustic wave，SAW)型，相较于其他气体传感器，SAW气体传感器不仅能够保证较高的检测精度，也可以同时保证较高的测试灵敏度，还具有尺寸小、价格低等优点，受到了国内外学术界和工业界的广泛关注。
[0003]声表面波是在压电材料上淀积叉指电极通过压电效应所激发的沿基片表面传播的一种声表面波，对表面扰动的物理、化学或者其他机械参量相当敏感，由此可实现各种高灵敏度的传感器，而SAW气体传感器的基本原理是通过SAW器件表面对待侧气体的吸附，以此来实现对于气体的测量。目前，不少学者对声表面波气体传感器展开了研究，但研究内容大多为声表面波气体传感器器件本身，鲜有对其后端控制和工作方法一同展开研究，降低了声表面波气体传感器的应用范围，同时，还可进一步提升SAW气体传感器模块的灵敏度和小型化程度。

技术实现思路

[0004]为了解决声表面波气体传感器后端控制研究内容不足的问题，并进一步提升其灵敏度与小型化程度，满足更多的工程应用需求，本专利技术提出一种高灵敏度质量传感器模块及其工作方法，一种高灵敏度质量传感器模块包括传感模块和控制电路模块，其中传感模块包括声表面波谐振器、帕尔贴、温度传感器，控制电路模块包括移相器、放大器、功分器，其中：
[0005]温度传感器，用于测量声表面波谐振器表面的温度；
[0006]帕尔贴，用于用户对声表面波谐振器进行降温或者加热；
[0007]表面波谐振器，用于测量沉积在其表面的气体；
[0008]移相器，用于以表面波谐振器的频率变化作为输入进行移相操作，实现输出信号在谐振点相位为0度；
[0009]放大器，用于对移相器的输出以及功分器的输出进行增益放大，将移相器放大后作为功分器的输入，将功分器放大后作为表面波谐振器的输入形成闭环；
[0010]功分器，用于实现闭环控制和谐振频率输出。
[0011]进一步的，声表面波谐振器选择基底材料为水晶、叉指电极材料为铝的器件，当声表面波谐振器表面沉积气体时，将引起输出频率的变化。
[0012]进一步的，帕尔贴陶瓷基板封装的热电半导体制冷片，帕尔贴根据外部给定信号进行制冷或者加热。
[0013]进一步的，温度传感器采用热敏电阻器件。
[0014]进一步的，移相器采用三阶π型巴特沃斯移相网络。
[0015]进一步的，放大器采用双极放大网络。
[0016]本专利技术还提出一种高灵敏度质量传感器模块的工作方法，包括一种高灵敏度质量传感器模块，该模块的工作方式包括：
[0017]以ppb或ppm为浓度单位的气体吹向声表面波谐振器表面时，同时通过帕尔贴对表面波谐振器进行制冷；
[0018]沉积在声表面波谐振器的气体影响声表面波谐振器的输出频率，将声表面波谐振器的输出通过移相器和放大器分别进行移相和放大，最后通过功放器输出谐振频率；
[0019]通过输出的谐振频率对气体密度进行测量，并在完成测量后通过帕尔贴对声表面波谐振器进行加热。
[0020]本专利技术提供了一种高灵敏度质量传感器模块，该模块采用高Q值声表面波谐振器裸片，基于微组装工艺，实现谐振器与控制电路的电连接和机械连接，通过温度传感器和帕尔帖实现谐振器在恒温条件下的气体浓度测量，从而实现快速、准确、高精度的测量气体浓度功能，有助于声表面波气体传感器的高灵敏度和小型化发展。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的高灵敏度质量传感器模块结构框图；
[0022]图2为本专利技术传感模块侧视图；
[0023]图3为本专利技术控制电路模块原理框图；
[0024]图4为本专利技术高灵敏度质量传感器模块外形图；
[0025]图5为具体实例中模块初始状态下输出的谐振信号波形图；
[0026]图6为具体实例中沉积气体后输出的偏移后的谐振信号波形图。
具体实施方式
[0027]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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术提出一种高灵敏度质量传感器模块包括传感模块和控制电路模块，其中传感模块包括声表面波谐振器、帕尔贴、温度传感器，控制电路模块包括移相器、放大器、功分器，其中：
[0029]温度传感器，用于测量声表面波谐振器表面的温度；
[0030]帕尔贴，用于用户对声表面波谐振器进行降温或者加热；
[0031]表面波谐振器，用于测量沉积在其表面的气体；
[0032]移相器，用于以表面波谐振器的频率变化作为输入进行移相操作，实现输出信号在谐振点相位为0度；
[0033]放大器，用于对移相器的输出以及功分器的输出进行增益放大，将移相器放大后作为功分器的输入，将功分器放大后作为表面波谐振器的输入形成闭环；
[0034]功分器，用于实现闭环控制和谐振频率输出。
[0035]如图1，本实施例中一种高灵敏度质量传感器模块主要包括传感模块、控制电路模块和外壳三部分，其中：
[0036]传感模块由声表面波谐振器、帕尔帖、温度传感器组成，其侧视图如图2所示，控制电路模块由移相、放大、功分等器件组成，其原理图如图3所示，以及如图4所示的外壳；
[0037]声表面波谐振器：选用以水晶为基底材料，铝为叉指电极材料的器件，当声表面波谐振器表面沉积气体时，将引起输出频率的变化；
[0038]帕尔帖：选用陶瓷基板封装的热电半导体制冷片，当外部给定信号为TEC+时，帕尔帖实现加热功能，当外部给定信号为TEC
‑
时，帕尔帖实现制冷功能；
[0039]温度传感器：采用热敏电阻器件，实现对传感模块的温度实时测量功能；
[0040]移相器：采用三阶π型巴特沃斯移相网络，实现输出信号在谐振点相位为0度；
[0041]放大器：采用双极放大网络，实现输出信号增益的放大功能；
[0042]功分器：实现闭环控制和谐振频率的输出功能；
[0043]外壳：采用金属外壳，实现对模块的良好散热、接地和保护功能。
[0044]声表面波谐振器输出信号到控制电路模块后，移相网络作用于该信号，再通过放大器放大后进入功分器，利用功分器将信号分成两路，一路再经过一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度质量传感器模块，其特征在于，包括传感模块和控制电路模块，其中传感模块包括声表面波谐振器、帕尔贴、温度传感器，控制电路模块包括移相器、放大器、功分器，其中：温度传感器，用于测量声表面波谐振器表面的温度；帕尔贴，用于用户对声表面波谐振器进行降温或者加热；表面波谐振器，用于测量沉积在其表面的气体；移相器，用于以表面波谐振器的频率变化作为输入进行移相操作，实现输出信号在谐振点相位为0度；放大器，用于对移相器的输出以及功分器的输出进行增益放大，将移相器放大后作为功分器的输入，将功分器放大后作为表面波谐振器的输入形成闭环；功分器，用于实现闭环控制和谐振频率输出。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度质量传感器模块，其特征在于，声表面波谐振器选择基底材料为水晶、叉指电极材料为铝的器件，当声表面波谐振器表面沉积气体时，将引起输出频率的变化。3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度质量传感器模块，其特征在于，帕尔贴陶瓷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝阳，王露，江洪敏，张祖伟，
申请(专利权)人：中电科芯片技术集团有限公司，
类型：发明
国别省市：