【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器芯片制作领域，尤其涉及一种悬臂梁式气体传感器的制作方法。
技术介绍
1、气体传感器是一种检测气体的种类、浓度的仪器装置，其应用覆盖到人们的生产、生活的各个角落：对人体呼出的新陈代谢气体的检测，可以反应人体的健康状态；室内外环境中的空气质量，需要及时的检测，从而确保人们的健康不受有毒有害气体的侵害；医院、工厂、实验室等机构需要一定浓度的各种气体；各种工厂使用的各种气体需要及时检测防止泄露；工厂排出的气体必须经过检测以防止其污染空气等等，因此气体传感器的重要性毋庸置疑。在需要检测的众多气体中，挥发性有机化合物(voc)及湿度占据了很重要的一部分。比如人体呼吸代谢组学中用于疾病筛查的气体中，voc是重要的组成部分；室内外空气质量检测中voc是常规检测对象(如甲醛、苯是致癌物)；工厂气体排放的检测voc也是常规检测气体。voc气体种类多、很多气体性质相近(如btex-苯、甲苯、乙苯、二甲苯)，因此对他们的准确检测比较困难。目前，对于voc气体的检测主要是使用气相色谱-质谱联用检测仪(gc-ms)。该方法具有很高的定性、定量检测能力，具有很高的灵敏度和可信度，是voc检测的标准方法。但是它的体积庞大、价格昂贵，而且需要专业人员操作和维护，不能广泛应用于其它领域。目前市面上相对便携的voc检测仪是基于pid光离子检测器的检测仪，其为广谱(选择性差，对绝大多数的voc气体都有响应)的voc气体传感器。基本款检测限在ppm级(百万分之一)别，价格约2万元；高精度的可达ppb级别(十亿分之一)，价格在5万元左右，其价格依然相对
2、有鉴于此，确有必要设计一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种悬臂梁式气体传感器的制作方法。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，包括如下步骤：
3、步骤1、加工悬臂梁芯片，所述悬臂梁芯片包括三层材料：基底层、粘结层和功能层，所述基底层为铜箔或铝箔，所述粘结层为双面胶或卡夫特胶，所述功能层为pe膜或pi膜，三层材料采用覆膜方式进行结合；
4、步骤2、将所述悬臂梁芯片固定至传感器盒内的静止固定基座或压电陶瓷晶片上，从而构成静态悬臂梁或动态悬臂梁；
5、步骤3、搭建传感器检测装置，采用光学成像法检测悬臂梁位移；
6、步骤4、搭建气体检测平台，构成气体传感器，根据所述悬臂梁的位移情况来检测voc气体及气体湿度。
7、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1中，所述悬臂梁芯片的加工步骤包括：
8、步骤1.1、在所述基底层上涂覆所述粘结层；
9、步骤1.2、在所述粘结层上涂覆所述功能层；
10、步骤1.3、将结合在一起的三层材料上下覆盖多层称量纸，送入辊压机进行辊压之后，拿掉称量纸，获得紧密粘结在一起的三层材料，然后在通风、干净的地方静置一天；
11、步骤1.4、将所述粘结在一起三层材料进行机械剪切，剪切尺寸为4mm×1mm×20μm，用于动态悬臂梁，或8mm×1mm×20μm，用于静态悬臂梁。
12、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2中，所述传感器盒包括悬臂梁固定基座、气路通道和透明玻璃窗，所述固定基座是一块亚克力板，尺寸为15mm×15mm×3mm，以45度角向上仰起，上表面固定有弹簧片，用以固定静态悬臂梁或压电陶瓷晶片；所述气路通道为t型，包括主气路通道和通向悬臂梁传感器的狭长气路通道，所述主气路通道尺寸为20mm×5mm×3mm，所述狭长气路通道尺寸为3mm×1mm×3mm；所述透明玻璃窗为矩形，设置于所述传感器盒的顶部。
13、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2中，所述动态悬臂梁的构建方式为，使用弹簧片将压电陶瓷晶片固定在所述固定基座上，再将悬臂梁固定在压电陶瓷晶片上；所述静态悬臂梁的构建方式为，使用弹簧片将悬臂梁直接固定在所述固定基座上。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3具体包括：
15、步骤3.1、将所述悬臂梁芯片放入所述传感器盒内部固定位置，所述悬臂梁基底层向上；
16、步骤3.2、在所述悬臂梁基底层的自由端前沿撒上颗粒标记物，用洗耳球轻吹，以保证所述标记物通过静电作用力固定在悬臂梁上；
17、步骤3.3、组装所述传感器盒，用螺栓固定，调节所述悬臂梁位置，确保从所述传感器盒的透明玻璃窗可以观察到所述悬臂梁；
18、步骤3.4、将组装好的所述传感器盒竖直固定在光学面板上，所述悬臂梁角度为斜向下45度；光学成像检测装置横置，调节所述传感器盒和光学成像检测装置的相对位置，确保透过透明玻璃窗可以清晰地观察到所述悬臂梁自由端上的颗粒标记物。
19、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3.2中，所述颗粒标记物为50μm级颗粒或反光粉颗粒。
20、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3.4中，所述检测装置为放大倍数为1.5倍的电子放大镜或放大倍数为22倍的单筒显微镜，所述电子放大镜和单筒显微镜都有自带的成像相机用于成像。
21、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4具体包括：
22、步骤4.1、使用小型气泵将一定浓度的气体或空气从气体采样袋中抽出，依次通过气体切换阀、湿度传感器、悬臂梁传感器、流量计，然后排出；
23、步骤4.2、所述湿度传感器和流量计通过rs485信号，将数据实时传输给计算机上的matlab程序中；相机实时监控所述悬臂梁上的颗粒标记物的位置，并将图片实时传输到计算机的matlab程序中，实时处理显示。
24、有益效果：
25、1、本专利技术构建的悬臂梁可拓展性强，三层结构的材料多样化，可按需设计，获得性能可调的传感器；比如使用pe膜和卡夫特胶时可以获得很好的湿度抗性，使用质地紧密的pi膜可以极大地降低高分子层特有的溶胀作用，使表面吸附作用力占主导，提高悬臂梁传感器的选择性。
26、2、本专利技术的位移检测方法采用光学成像法，采用50μm级颗粒或反光颗粒作为标记物，使用电子放大镜或单筒显微镜及连接的相机实时记录标记物的位置，经图像处理实时提取出悬臂梁的位移，对位移的检测灵敏度更高，从而对气体的响应灵敏度高，这极大地拓展了此悬臂梁传感器的应用范围：比如可以应用到呼出气voc的检测中，从而可以用于重大疾病的早筛。
27、3、构建了动态悬臂梁，使用弹簧片将压电陶瓷晶片固定在固定基座上，再将悬臂梁固定在压电陶瓷晶片上，通过压电陶瓷晶片的周期性运动带动悬臂梁的周期性运动。
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1.一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，所述悬臂梁芯片的加工步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，所述传感器盒包括悬臂梁固定基座、气路通道和透明玻璃窗，所述固定基座是一块亚克力板，尺寸为15mm×15mm×3mm，以45度角向上仰起，上表面固定有弹簧片，用以固定静态悬臂梁或压电陶瓷晶片；所述气路通道为T型，包括主气路通道和通向悬臂梁传感器的狭长气路扩散通道，所述主气路通道尺寸为20mm×5mm×3mm，所述狭长气路通道尺寸为3mm×1mm×3mm；所述透明玻璃窗为矩形，设置于所述传感器盒的顶部。
4.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，所述动态悬臂梁的构建方式为，使用弹簧片将压电陶瓷晶片固定在所述固定基座上，再将悬臂梁固定在压电陶瓷晶片上；所述静态悬臂梁的构建方式为，使用弹簧片将悬臂梁直接固定在所述固定基座上。
5.根据权利
6.根据权利要求5所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤3.2中，所述颗粒标记物为50μm级颗粒或反光粉颗粒。
7.根据权利要求5所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤3.4中，所述光学成像检测装置为放大倍数为1.5倍的电子放大镜或放大倍数为22倍的单筒显微镜，所述电子放大镜和单筒显微镜都有自带的成像相机用于成像。
8.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，所述悬臂梁芯片的加工步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，所述传感器盒包括悬臂梁固定基座、气路通道和透明玻璃窗，所述固定基座是一块亚克力板，尺寸为15mm×15mm×3mm，以45度角向上仰起，上表面固定有弹簧片，用以固定静态悬臂梁或压电陶瓷晶片；所述气路通道为t型，包括主气路通道和通向悬臂梁传感器的狭长气路扩散通道，所述主气路通道尺寸为20mm×5mm×3mm，所述狭长气路通道尺寸为3mm×1mm×3mm；所述透明玻璃窗为矩形，设置于所述传感器盒的顶部。
4.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式气体传感器的制作方法，其特征在于，所述步...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦兴才，光金凤，梁银学，汪联辉，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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