專利名稱：一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感 器結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)末人類進(jìn)入信息社會(huì)以來(lái)，人們的一切活動(dòng)都是以信息獲取與信息交 換為中心，作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)與三大支柱之一的傳感器技術(shù)也進(jìn)入高速發(fā)展的新時(shí)期。1965年美國(guó)White和Voltmer發(fā)明了能在壓電晶體材料表面上激勵(lì)表面波的金 屬叉指換能器(White R M, Voltmer F M. Appl. Phys. Lett.，1965，7 :314)，導(dǎo)致基于叉指電 極的質(zhì)量型聲表面波氣體傳感器成為氣體傳感器的后起之秀。但該傳感器本身對(duì)氣體不敏 感，需要涂覆敏感材料，而不同的敏感材料需要不同的工作溫度，即使是同一個(gè)敏感材料對(duì) 不同的氣體的最佳響應(yīng)也在不同的溫度，在同一工作溫度下都存在解析慢的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是如何提供一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器及其制 備方法。該傳感器克服了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，解決了基于敏感膜吸附的聲表面波傳 感器在同一溫度下解析慢的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，并且制備方法簡(jiǎn) 單，采用傳統(tǒng)的微加工技術(shù)便可實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明所提出的技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的提供一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感 器，其特征在于①包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的傳感器單元和一個(gè)時(shí)鐘控制電路模塊，N為偶數(shù)且大于或 者等于2;②每個(gè)傳感器單元都由設(shè)置在同一基片上的加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接 收叉指電極構(gòu)成，所述加熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接 收叉指電極對(duì)稱地設(shè)置在加熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂 折狀的電極片內(nèi)，各自獨(dú)立且不與加熱器接觸；③所述時(shí)鐘控制電路模塊對(duì)應(yīng)接口分別和N個(gè)傳感器單元的加熱器連接并控制 每個(gè)傳感器單元的工作狀態(tài)使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附并正常工 作，而同時(shí)其它傳感器單元?jiǎng)t在最佳解析溫度下解析并不工作；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔(時(shí)間 間隔的大小可根據(jù)實(shí)際傳感器的需要由時(shí)鐘控制電路模塊進(jìn)行調(diào)節(jié))后，兩部分傳感器單 元交換工作狀態(tài)；始終保持一半傳感器單元吸附并正常工作，而同時(shí)另一半傳感器單元解 析并不工作。一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①清洗處理好基片，通過(guò)磁控濺射等工藝在基片拋光的表面濺射Pt膜，用勻膠機(jī) 涂膠，在曝光機(jī)上曝光和顯影；②將步驟①的基片濺射Pt膜的一面進(jìn)行反濺刻蝕形成N個(gè)傳感器單元圖形，N為偶數(shù)且大于或者等于2，每個(gè)傳感器單元都由加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接收叉指電 極構(gòu)成，所述加熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電 極對(duì)稱地設(shè)置在加熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電 極片內(nèi)，各自獨(dú)立且不與加熱器接觸；③將加熱器電極和叉指電極電焊引出后，采用旋涂、滴涂等工藝在基片表面涂覆 敏感膜，每個(gè)傳感器單元的加熱器電極和時(shí)鐘控制電路模塊對(duì)應(yīng)接口連接，每個(gè)傳感器單 元的叉指電極作為信號(hào)輸出端和讀出裝置或者計(jì)算機(jī)連接，所述時(shí)鐘控制電路模塊控制每 個(gè)傳感器單元的工作狀態(tài)使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附并正常工作， 其它傳感器單元?jiǎng)t在最佳解析溫度下解析并不工作；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔(時(shí)間間隔的大小 可根據(jù)實(shí)際傳感器的需要由時(shí)鐘控制電路模塊進(jìn)行調(diào)節(jié))后，兩部分傳感器單元交換工作 狀態(tài)，始終保持一半傳感器單元吸附并正常工作，另一半傳感器單元解析并不工作。本發(fā)明所提供的快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器的制備方法，其特征在于，所述 接收叉指電極作為傳感器信號(hào)的輸出電極，傳感器信號(hào)以頻率信號(hào)輸出。本發(fā)明所提供的快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器，其特征在于，所述時(shí)鐘控制電 路模塊設(shè)置應(yīng)與對(duì)應(yīng)傳感器單元相匹配。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供了一種新型的快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器結(jié) 構(gòu)，該傳感器采用雙傳感器單元結(jié)構(gòu)或者多傳感器單元結(jié)構(gòu)，每個(gè)傳感器電極之間均勻地 穿插加熱電極，加熱器狀態(tài)和供電電壓由時(shí)鐘控制電路控制，使其中一半傳感器單元在最 佳吸附溫度下吸附并正常工作，而同時(shí)另一半傳感器單元?jiǎng)t在最佳解析溫度下解析并不工 作；通過(guò)時(shí)鐘控制電路模塊的調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔(時(shí)間間隔的大小可根據(jù)實(shí)際傳感 器的需要由時(shí)鐘控制電路模塊進(jìn)行調(diào)節(jié))后，交換兩部分傳感器單元的工作狀態(tài)；始終保 持一半傳感器吸附，而同時(shí)另一半傳感器解析。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用傳統(tǒng)的微加工技術(shù) 便可以實(shí)現(xiàn)，解決了基于敏感膜吸附的聲表面波傳感器在同一溫度下解析慢的缺點(diǎn)，同時(shí) 傳感器響應(yīng)結(jié)果結(jié)合兩組傳感器單元的響應(yīng)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。 本發(fā)明提供的基于雙傳感器的表面波傳感器結(jié)構(gòu)在對(duì)有毒有害氣體傳感器的監(jiān)控中有著 非常廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的邏輯方框圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1和2是第一傳感器單元的加熱器的加熱電極，3和4是第二傳感器單元的 加熱器的加熱電極，5和7和第一傳感器的發(fā)射叉指電極，6和8是第一傳感器的接收叉指 電極，9和11是第二傳感器的發(fā)射叉指叉指電極，10和12是第二傳感器的接收叉指電極。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述如圖2所示，本發(fā)明提供了一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器，包括N個(gè)結(jié)構(gòu) 相同的傳感器單元和一個(gè)時(shí)鐘控制電路模塊，N為偶數(shù)且大于或者等于2 ；每個(gè)傳感器單元 都由設(shè)置在同一基片上的加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接收叉指電極構(gòu)成，所述加熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電極對(duì)稱地設(shè)置在加 熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電極片內(nèi)，各自獨(dú)立 且不與加熱器接觸；所述時(shí)鐘控制電路模塊對(duì)應(yīng)接口分別和N個(gè)傳感器單元的加熱器連接 并控制每個(gè)傳感器單元的工作狀態(tài)使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附并正 常工作，而同時(shí)另一半傳感器單元?jiǎng)t在最佳解析溫度下解析并不工作；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔 (時(shí)間間隔的大小可根據(jù)實(shí)際傳感器的需要由時(shí)鐘控制電路模塊進(jìn)行調(diào)節(jié))后，兩部分傳 感器單元交換工作狀態(tài)，始終保持一半傳感器單元吸附并正常工作，另一半傳感器單元解 析并不工作，叉指電極作為輸出端連接讀出裝置或者計(jì)算機(jī)。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，即采用雙傳感器單元結(jié)構(gòu)的傳感器，如圖1所示，該 傳感器采用雙傳感器結(jié)構(gòu)，每個(gè)傳感器電極之間均勻地穿插加熱電極，加熱器的電極片是 延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電極對(duì)稱地設(shè)置在加熱器的左右兩 側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電極片內(nèi)，各自獨(dú)立且不與加熱器 接觸；加熱器狀態(tài)和供電電壓由時(shí)鐘控制電路控制，使其中一個(gè)傳感器單元在最佳吸附溫 度下吸附并正常工作，而同時(shí)另一個(gè)傳感器單元?jiǎng)t在最佳解析溫度下解析并不工作；通過(guò) 時(shí)鐘控制電路模塊的調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔(時(shí)間間隔的大小可根據(jù)實(shí)際傳感器的需要 由時(shí)鐘控制電路模塊進(jìn)行調(diào)節(jié))后，交換兩個(gè)傳感器的工作狀態(tài)，始終保持一個(gè)傳感器單 元吸附并正常工作，而同時(shí)另一個(gè)傳感器單元解析并不工作。制備方法包括以下步驟傳感器單元采用的加熱電極和叉指電極在同一個(gè)基底上；圖形制作過(guò)程為清洗處理好基片，通過(guò)磁控濺射等工藝在基底拋光的表面濺射 Pt膜，用勻膠機(jī)涂膠，在曝光機(jī)上曝光、顯影等，再進(jìn)行反濺刻蝕形成加熱器電極和叉指電 極圖形，每個(gè)傳感器單元都由加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接收叉指電極構(gòu)成，所述加 熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電極對(duì)稱地設(shè)置在 加熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電極片內(nèi)，各自獨(dú) 立且不與加熱器接觸，以保證對(duì)涂覆在叉指電極上的敏感膜加熱效果均勻，叉指電極的叉 指寬度和長(zhǎng)度以及條數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)；將加熱器電極和叉指電極電焊引出后，采用旋涂、滴涂等工藝在基片表面涂覆敏 感膜。在第一傳感器單元和第二傳感器單元的加熱器電極之間加上時(shí)鐘控制電路模塊(根 據(jù)具體的吸附和解析時(shí)間的要求設(shè)計(jì))，以便使第一傳感器單元第二傳感器單元和分別在 最佳溫度下吸附氣體和解析氣體相對(duì)出現(xiàn)，加熱電極在直流電壓下工作，而接收叉指電極 作為傳感器信號(hào)的輸出電極，傳感器信號(hào)以頻率信號(hào)輸出。
權(quán)利要求
一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器，其特征在于①包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的傳感器單元和一個(gè)時(shí)鐘控制電路模塊，N為偶數(shù)且大于或者等于2；②每個(gè)傳感器單元都由設(shè)置在同一基片上的加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接收叉指電極構(gòu)成，所述加熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電極對(duì)稱地設(shè)置在加熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電極片內(nèi)，各自獨(dú)立且不與加熱器接觸；③所述時(shí)鐘控制電路模塊對(duì)應(yīng)接口分別和N個(gè)傳感器單元的加熱器連接并控制每個(gè)傳感器單元的工作狀態(tài)使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附并正常工作，而同時(shí)其它傳感器單元?jiǎng)t在最佳解析溫度下解析并不工作；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔后，兩部分傳感器單元交換工作狀態(tài)，始終保持一半傳感器單元吸附并正常工作，而同時(shí)另一半傳感器單元解析并不工作。
2.一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①清洗處理好基片，通過(guò)磁控濺射等工藝在基片拋光的表面濺射Pt膜，用勻膠機(jī)涂 膠，在曝光機(jī)上曝光和顯影；②將步驟①的基片濺射Pt膜的一面進(jìn)行反濺刻蝕形成N個(gè)傳感器單元圖形，N為偶數(shù) 且大于或者等于2，每個(gè)傳感器單元都由加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接收叉指電極構(gòu) 成，所述加熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電極對(duì) 稱地設(shè)置在加熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電極片 內(nèi)，各自獨(dú)立且不與加熱器接觸；③將加熱器電極和叉指電極電焊引出后，在基片表面涂覆敏感膜，每個(gè)傳感器單元的 加熱器電極和時(shí)鐘控制電路模塊對(duì)應(yīng)接口連接，每個(gè)傳感器單元的叉指電極作為信號(hào)輸出 端和讀出裝置或者計(jì)算機(jī)連接，所述時(shí)鐘控制電路模塊控制每個(gè)傳感器單元的工作狀態(tài) 使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附并正常工作，其它傳感器單元?jiǎng)t在最佳解 析溫度下解析并不工作，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔后，兩部分傳感器單元交換工作狀態(tài)，始終保持 一半傳感器單元吸附并正常工作，另一半傳感器單元解析并不工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器的制備方法，其特征在于， 所述接收叉指電極作為傳感器信號(hào)的輸出電極，傳感器信號(hào)以頻率信號(hào)輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器的制備方法，其特征在于， 所述時(shí)鐘控制電路模塊設(shè)置應(yīng)與對(duì)應(yīng)傳感器單元相匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種快速響應(yīng)的聲表面波氣體傳感器，其特征在于①包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的傳感器單元和一個(gè)時(shí)鐘控制電路模塊，N為偶數(shù)且大于或者等于2；②每個(gè)傳感器單元都由設(shè)置在同一基片上的加熱器、兩個(gè)發(fā)射叉指電極和兩個(gè)接收叉指電極構(gòu)成，所述加熱器的電極片是延長(zhǎng)的迂折形延長(zhǎng)線型結(jié)構(gòu)，發(fā)射叉指電極和接收叉指電極對(duì)稱地設(shè)置在加熱器的左右兩側(cè)，叉指電極的電極片分別穿插在加熱器的呈迂折狀的電極片內(nèi)，各自獨(dú)立且不與加熱器接觸；③所述時(shí)鐘控制電路模塊對(duì)應(yīng)接口分別和N個(gè)傳感器單元的加熱器連接并控制每個(gè)傳感器單元的工作狀態(tài)。
文檔編號(hào)B81B7/02GK101852770SQ20101016174
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者孫萍, 杜曉松, 王然, 蔣亞?wèn)|, 謝光忠 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)