專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體傳感器，尤其涉及利用振蕩器和環(huán)境傳感器的氣體傳感器。


圖I示出了用于測量振蕩器之間的頻率差的裝置；圖2示出了傳感器的靈敏度的曲線圖；圖3示出了用于測量振蕩器之間的頻率差的另一個(gè)裝置； 圖4示出了傳感器的靈敏度的曲線圖；圖5示出了用于輸出本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)果的電路；圖6示出了利用納米線或納米管的傳感器；圖7示出了本發(fā)明的實(shí)施例的示例性應(yīng)用；以及圖8-11示出了本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式氫作為具有最小原子量的元素而為人所知。在處于熱力學(xué)平衡中的氣體混合物里，分子具有大約3/2kT的平均能量，而不管它們是氫分子、氮分子、還是氧分子等。分子的動(dòng)量是mv，其中，m是分子量，V是等于(8kT/Jim)1/2的平均分子速度。所以，在給定溫度下的氣體分子的動(dòng)量將按照(m)1/2而取決于其質(zhì)量。分子的動(dòng)量與尺寸(有效直徑)的差異導(dǎo)致了氣體的其它宏觀參數(shù)(比如粘度和擴(kuò)散速率)的差異。在氣體環(huán)境中振蕩期間，振動(dòng)的物體(比如音叉尖端)將動(dòng)量傳給氣體分子，從而導(dǎo)致了音叉尖端中的機(jī)械能損耗。這種損耗引起了音叉的諧振頻率的變化，并且這種頻移將取決于音叉尖端傳給氣體分子的動(dòng)量。這意味著在包含輕分子(比如氫)的氣體中，因與氣體分子相互作用而導(dǎo)致的損耗會(huì)比在沒有氫的環(huán)境中小一些。因此，在有氫存在的環(huán)境中，振蕩頻率將會(huì)更高。在音叉石英振蕩器中，音叉尖端按反相彎曲模態(tài)對(duì)稱地振動(dòng)，其中，音叉尖端在任意時(shí)刻在彼此相反的方向上移動(dòng)。音叉尖端振蕩的速度可以按下文進(jìn)行估計(jì)。音叉尖端偏轉(zhuǎn)的振幅約為60nm/V。如果音叉尖端上的驅(qū)動(dòng)電壓約為IV，則在32768Hz的頻率處，音叉尖端將具有大約2mm/s的特征速度。那比氣體分子的速度(每秒數(shù)百米)小得多，并且有可能考慮這種交互作用的準(zhǔn)靜態(tài)情形。因此，主要是氣體的宏觀特征會(huì)影響音叉振蕩頻率。所描述的音叉?zhèn)鞲衅骺赡懿皇轻槍?duì)特定氣體有選擇性的，并且其它輕氣體(比如氦)可能會(huì)干擾將要供給的氣體。為了避免干擾，有可能使用氣體-可滲透的膜(比如在檢測氫時(shí)使用Pd (鈀)膜)以改善選擇性。音叉諧振器中的頻率變化通常是很小的，所以一種差分頻率檢測方法可以被用于檢測很小的頻率偏差。與頻率一起，音叉諧振器的品質(zhì)因子Q和阻抗也隨著振蕩能量在氣體環(huán)境中耗散而變化。圖I示出了一種裝置100，它具有多個(gè)ECS-327SM0型振蕩器101... 102，這些振蕩器可以被用于氣體檢測。音叉振蕩器罐子的頂部103··· 104可以被磨掉以便氣體進(jìn)入，并且振蕩器的輸出110、111被連接到D觸發(fā)器105的D輸入和CLK輸入。振蕩器(OSCl) 101可以被置于懷疑包含特定氣體的環(huán)境中?；鶞?zhǔn)振蕩器(0SC2) 102可以被用于解釋氣體組成的變化(比如濕度變化)以及溫度補(bǔ)償。振蕩器101的頻率將隨著氣體濃度而增大。觸發(fā)器輸出106處的頻率差由此與氣體濃度成正比。作為示例，可以使用在室溫下與空氣混合且體積濃度為O到16%的氫氣來表征傳感器100?？梢允褂脙蓚€(gè)lOOsccm質(zhì)流控制器，來制備這種氫-空氣混合物?？梢允褂肨ektronix⑶C250計(jì)數(shù)器來測量頻率差拍之間的間隔。在所有的濃度范圍中，傳感器100對(duì)氫的響應(yīng)是相當(dāng)線性的。如在圖2中可以看出的，當(dāng)在振蕩器101的腔體中實(shí)現(xiàn)了 16% 氫氣濃度時(shí)，可以觀察到差動(dòng)頻率中的9%變化。圖3示出了傳感器300，其中，兩個(gè)振蕩器303、304被用于檢測氣體腔室301中的氣體(比如氫)。傳感器300把基準(zhǔn)振蕩器304密封起來(罐子的頂部沒有被磨掉)以進(jìn)行保護(hù)從而防止到將要被檢測和/或測量的氣體的通路。與打開的振蕩器303 —起，它們可以彼此相鄰地被置于測量的氣體環(huán)境中。如上所述，可以使用一種氣體-可滲透膜302。在本實(shí)施例中，可以針對(duì)溫度執(zhí)行交叉補(bǔ)償，但并不針對(duì)濕度變化執(zhí)行交叉補(bǔ)償。氣體的濃度接下來可以按下式進(jìn)行計(jì)算T1 = f10+kCH2,f2 = f10+f12,Af = frf2 = f10+kCH2-f10+f12 = kCH2+f12其中，f1(l是沒有氣體時(shí)振蕩器0SC1303的頻率，f12是沒有氣體時(shí)0SC1303和0SC2304的頻率之差，k是正比例因子，Ch2是氣體的濃度。最后一個(gè)表述可以按下式被重新計(jì)算Ch2 = ( Δ f-f12) /k作為示例，圖4示出了用于檢測氫的傳感器300的測試結(jié)果，該傳感器300具有密封的和打開的罐式振蕩器。傳感器300是在室溫下被測試的，氮的流動(dòng)速率是200sCCm，氫的流動(dòng)速率從O變到lOsccm。傳感器300顯示出了對(duì)氫氣濃度變化接近線性的響應(yīng)。參照?qǐng)D5，因?yàn)閮蓚€(gè)振蕩器的頻率差可以小至幾個(gè)Hz，所以測量兩個(gè)頻率差拍脈沖之間的時(shí)間間隔可能更方便。在這種情況下，可以使用單獨(dú)的高頻振蕩器(未示出)從而利用固定頻率fo處的脈沖來填充這些時(shí)間間隔。對(duì)于精確測量而言，恒溫晶振(0CX0)可以被用于產(chǎn)生這些脈沖。上述頻率差拍之間的時(shí)間間隔是T = I/ Δ f = I/(f「f2) = I/(kCH2+f12)如果0CX0穩(wěn)定化的發(fā)生器具有頻率&，則在脈沖計(jì)數(shù)器501的輸出處的脈沖的數(shù)
目N是N = f0T = f0/ Δ f = fj (kCH2+f12)在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)氫會(huì)改變通過音叉尖端而耗散的能量時(shí)，用于測量音叉的振蕩參數(shù)的設(shè)備檢測Q因子的變化以及音叉的阻抗的變化。音叉中的能量耗散可以被描述如下。如果機(jī)械系統(tǒng)(比如音叉)具有機(jī)械阻力RM，則諧振頻率L處的品質(zhì)因子Q是Q"f0/RM機(jī)械阻力Rm是氣體粘度V的函數(shù)，由此，可以用下列級(jí)數(shù)來描述Rm，Rm =Rmo (l+c^+CaV2+...)其中，cl、c2…是正比例系數(shù)。對(duì)于低粘度的介質(zhì)(例如氣體)而言，這可以被重新寫成Rm=Rmo (l+ClV)
其中，Rmo是真空中的機(jī)械阻力并且并不取決于氣體粘度。氫具有比空氣大約低2倍的粘度(在0° C時(shí)，8.4X10_6Pa*s vs. 17. 4X 10_6Pa*s)，因此，在氫濃度相對(duì)更高時(shí)機(jī)械阻力將減小。由此Rm=Rmo (a-bCH2)其中，a和b是氫與平衡氣體(比如空氣)的粘度的函數(shù)，C02是氫在氣體混合物中的相對(duì)濃度。然后，該濃度可以被定義成CHr(a-f0/QR 0) /b其中，Q可以是通過實(shí)驗(yàn)來測量的。當(dāng)石英音叉是電路的一部分時(shí)，通過如下定義就可以很容易地找到品質(zhì)因子Q=f0/ Δ f測量Af可以是通過電子學(xué)中所使用的常規(guī)方法來執(zhí)行的(頻率在&周圍擺動(dòng)，測量振蕩脈沖的振幅衰減(阻尼因子)等)。因?yàn)樽杩挂彩瞧焚|(zhì)因子的函數(shù)I Z ( ω ) 12 (1/Q2-1) + ( ω / ω 0)2+ ( ω 0/ ω )2因此它也可以被用于確定氫濃度。圖6示出了一種裝置，該裝置是基于納米線或納米管601 (比如碳納米管)在彎曲模態(tài)中周期性運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))的頻率和/或Q因子的測量結(jié)果。傳感器的測量系統(tǒng)603將包括用于檢測和量化這種振蕩的裝置。納米管601因所施加的外部力(未示出)而振動(dòng)，比如機(jī)械力或靜電力。電探頭602耦合到納米管601，這種耦合是通過到達(dá)/來自納米管601的場電子發(fā)射來實(shí)現(xiàn)的，或者是通過納米管601和探頭602之間的電容來實(shí)現(xiàn)的，或者是通過任何其它等價(jià)的耦合機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。探頭602構(gòu)成測量電路603的一部分，該測量電路603可以測量耦合參數(shù)(比如電容)的偏差并且確定這些偏差的頻率。如上所述，納米管601或納米線的振動(dòng)頻率將取決于周圍的氣體的粘度，而后者將取決于這種氣體的濃度。作為示例，傳感器的靈敏度范圍是O 100%Η2，檢測能力至少是1%，這可以從上面的圖2和4所示的靈敏度曲線圖中看出來。氫的可燃性下限是4%，爆炸下限(LEL)是17%。基于氣體動(dòng)力學(xué)特征(比如其分子量、粘度、擴(kuò)散性等)的氣體傳感器不僅取決于氣體濃度，還取決于環(huán)境特征(比如壓力、濕度和溫度)。本發(fā)明的實(shí)施例利用了傳感器的組合以更精準(zhǔn)地計(jì)算氣體濃度。圖8示出了一種傳感器系統(tǒng)800，該傳感器系統(tǒng)800包括電-機(jī)械振蕩器，處于上文結(jié)合圖1-6所描述的配置中(比如裝置100);溫度(T)傳感器802、壓力(P)傳感器804以及濕度(RH)傳感器803。Sensirion SHT-75溫度/濕度傳感器可以被用于T傳感器802和RH傳感器803，并且ICS-1451壓力傳感器可以被用于P傳感器804?？梢允褂糜煽刂破?01中的電路所確定的算法來計(jì)算氣體濃度的精準(zhǔn)信號(hào)，該算法以頻率差、壓力、溫度和氣體濕度作為變量。可以使用多次線性回歸，并且上述算法被應(yīng)用于在具有不同的溫度、濕度、壓力和氣體濃度的環(huán)境中測試該傳感器時(shí)所獲得的數(shù)據(jù)。所獲得的系數(shù)被存儲(chǔ)在傳感器控制器801的存儲(chǔ)器中，以進(jìn)一步利用下文還要描述的線性或二次方程來計(jì)算氣體濃度。甚至來自同一制造商的不同音叉振蕩器對(duì)于同一被檢測氣體的響應(yīng)也可能會(huì)是不同的，并且如果兩個(gè)音叉對(duì)于一種氣體的響應(yīng)是相似的，則對(duì)于其它氣體的響應(yīng)可能會(huì)是不同的。因?yàn)檎袷幤鞑皇翘囟ㄓ糜谌魏我环N氣體，所以這種響應(yīng)差異(可能是振蕩器封裝、石英晶體、電子器件等中的機(jī)械缺陷所導(dǎo)致的)可能被用于產(chǎn)生某種特異性以區(qū)分兩種或更多種氣體。在這種情況下，若干種振蕩器可以是使用不同 的氣體來測量的，然后，多次回歸方法可以被用于計(jì)算有關(guān)的濃度。如果吸附劑被沉積在到環(huán)境振蕩器的開口上，則這種方法也可以被用于非選擇性地檢測所吸收的氣體污物的質(zhì)量。例如，對(duì)于活性碳吸附劑，吸附容量是相當(dāng)高的，這導(dǎo)致吸附劑質(zhì)量增大了若干個(gè)百分點(diǎn)。本文所描述的傳感器可能能夠基于打開的和密封的振蕩器之間的頻率差來檢測吸附劑的保留容量。如果更多的氣體被吸收到吸附劑中，則打開的振蕩器的頻率就增大了，而密封的振蕩器的頻率保持不變。圖9示出了傳感器系統(tǒng)900，它包括電-機(jī)械振蕩器902... 903，與振蕩器101. . . 102相似。溫度(T)傳感器802、壓力(P)傳感器804以及濕度(RH)傳感器803相似于上文結(jié)合圖8所描述的那些傳感器。差動(dòng)放大器904從振蕩器902. . . 903的輸出確定頻率差?？梢允褂糜煽刂破?01中的電路所確定的算法來計(jì)算氣體濃度的精準(zhǔn)信號(hào)，該算法以頻率差、壓力、溫度和氣體濕度作為變量，其方式與結(jié)合圖8所描述的相似。圖10示出了傳感器系統(tǒng)1000，它包括不止兩個(gè)電-機(jī)械振蕩器1005，1006，... 1007，與振蕩器101. .. 102相似。上述振蕩器中的一個(gè)或多個(gè)可以被密封在氣密式封裝之中，而其它振蕩器可以被暴露于可能包含一種或多種待檢測氣體的一個(gè)或多個(gè)環(huán)境中。溫度⑴傳感器1002、壓力⑵傳感器1004以及濕度(RH)傳感器1003相似于上文結(jié)合圖8所描述的那些傳感器。多個(gè)差動(dòng)放大器1008. . . 1009從振蕩器1005，1006，. . . 1007的輸出確定頻率差。可以使用由控制器1001中的電路所確定的算法來計(jì)算氣體濃度的精準(zhǔn)信號(hào)，該算法以頻率差、壓力、溫度和氣體濕度作為變量，其方式與結(jié)合圖8所描述的相似。圖11示出了傳感器系統(tǒng)1100，它包括電-機(jī)械振蕩器1105... 1106，與振蕩器101... 102相似。上述振蕩器中的一個(gè)或多個(gè)(比如1105)可以被密封在氣密式封裝之中。上述振蕩器中的一個(gè)或多個(gè)可以包括氣體吸附劑涂層并且被暴露于含氣體的環(huán)境。當(dāng)氣體被吸附劑吸收時(shí)，吸附劑的質(zhì)量因增大所吸收的氣體的質(zhì)量。因?yàn)橐舨鎻椈傻闹C振頻率取決于其尺寸與質(zhì)量，所以沉積在彈簧表面上的吸附劑的增加的質(zhì)量將導(dǎo)致音叉的振蕩頻率下降。溫度⑴傳感器1102、壓力⑵傳感器1104以及濕度(RH)傳感器1103相似于上文結(jié)合圖8所描述的那些傳感器。差動(dòng)放大器1108從振蕩器1105. . . 1106的輸出確定頻率差。可以使用由控制器1101中的電路所確定的算法來計(jì)算氣體濃度的精準(zhǔn)信號(hào)，該算法以頻率差、壓力、溫度和氣體濕度作為變量，其方式與結(jié)合圖8所描述的相似。
到控制器801-1101的輸入利用下文所描述的算法來測量氣體濃度(并由此也檢測了氣體)。由控制器測出的頻率差(dF)以及來自壓力傳感器(P)、濕度傳感器(RH)和溫度傳感器(T)的數(shù)據(jù)被進(jìn)一步用于計(jì)算對(duì)濃度為c的氫或其它檢測氣體的傳感器響應(yīng)。頻率差通常是這些參數(shù)的函數(shù)(S)dF=S (P, RH, T, c)在傳感器校準(zhǔn)期間，環(huán)境參數(shù)與氣體濃度以一種受控的方式發(fā)生變化，例如，使用環(huán)境腔室來改變T和p，使用質(zhì)流控制器設(shè)置來改變氣體濃度C，并且使用氣體加濕器來改變RH。在傳感器校準(zhǔn)期間，頻率差dF和其它上述參數(shù)被記錄。對(duì)于這些參數(shù)中的小變化，dF線性地取決于任何參數(shù)中的變化。例如，如果壓力從PO變到p，則它可以被寫成dFl = S (p0, RH, T, c) + (dS/dp) (p-pO)對(duì)于從CO到c的濃度變化，它可以按相似的方式被寫成 dF2 = S (p，RH, T, c0) + (dS/dc) (c_c0)并且對(duì)于不同的參數(shù)值也如此。作為所有參數(shù)的變化的結(jié)果，將有一組"i"線性方程dFi = S+(dS/dp) Δ pi+ (dS/dT) Δ Ti + (dS/dRH) Δ RHi+ (dS/dc) Aci這組方程是通過標(biāo)準(zhǔn)多次線性回歸方法被進(jìn)一步求解的。求解這些方程將提供一組計(jì)算出的常數(shù)(dS/dx)，這些常數(shù)將進(jìn)一步被用作靈敏度方程S的線性系數(shù)dF = S0+Sl*p+S2*T+S3*RH+S4*c其中，Sl=(dS/dp),如此等等。從該方程，作為dF和其它環(huán)境參數(shù)的函數(shù)的氣體濃度c可以被很容易地計(jì)算出來c = (dF-S0-Sl*p-S2*T_S3*RH)/S4例如，如果上述參數(shù)之一的線性近似不是令人滿意的，則在使用同一算法的同時(shí)可以使用二階近似。例如，對(duì)于壓力，它將是dFl = S (p0, RH, T, c) + (dS/dp) (p-pO) + (1/2) (d2S/dp2) (ρ-ρ0)2并且濃度將被計(jì)算成C= (dF-S0-Sll*p-S12*p2-S2*T-S3*RH)/S4其中Sll = (dS/dp)and S12 = (1/2)*(d2S/dp2)這些參數(shù)Si被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且被控制器使用以計(jì)算氣體濃度C。相同的方法被用于計(jì)算吸附劑質(zhì)量m的變化。由此，對(duì)于許多應(yīng)用而言，上述傳感器可以被用作泄漏檢測器。例如，參見圖7，在燃料電池供電的汽車中，傳感器可以被安裝在燃料電池反應(yīng)器附近、乘客座位附近、或排氣系統(tǒng)中。一種使用上述傳感器的LEL檢測器可以是便攜式手持設(shè)備，傳感器被包括在設(shè)備主體中或者被置于可附接的采樣探頭的末端。這種設(shè)備可以具有在顯示器上的濃度指示，如果氫的濃度達(dá)到某一臨界等級(jí)，則會(huì)有聲音警報(bào)。其它應(yīng)用包括水電解器、氫存儲(chǔ)系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備等。可以作出許多改進(jìn)，以使傳感器響應(yīng)不管溫度、濕度、大氣壓力、石英老化以及其它操作條件如何都很穩(wěn)定。已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下，可作出多種修改。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，包括 第一振蕩器，被密封在氣密式封裝中并且具有第一頻率輸出； 第二振蕩器，被暴露于含待檢測的氣體的環(huán)境并且具有第二頻率輸出； 電路，被配置成通過產(chǎn)生第一頻率差信號(hào)來確定是否所述氣體被第二振蕩器檢測到，所述第一頻率差信號(hào)是第一和第二頻率輸出之差； 一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器，被配置成測量含待檢測的氣體的環(huán)境的環(huán)境變量并且具有一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器輸出；以及 控制器，被配置成根據(jù)所述第一頻率差信號(hào)以及所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器輸出來確定被檢測的氣體的濃度。
2.如權(quán)利要求I所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括溫度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán) 的溫度。
3.如權(quán)利要求I所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括壓力傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的壓力。
4.如權(quán)利要求I所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括濕度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的濕度。
5.如權(quán)利要求I所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括溫度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的溫度， 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括壓力傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的壓力， 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括濕度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的相對(duì)濕度， 其中，被檢測的氣體的濃度(C)是由所述控制器通過下列函數(shù)來確定的 C= (dF-SO-S 1*P-S2*T-S3*RH)/S4， 其中，dF是所述第一和第二頻率輸出之間的頻率差，P是壓力，T是溫度，RH是相對(duì)濕度，S0、S1、S2、S3、S4是常數(shù)，其中，SO是偏移量，S1、S2、S3是與P、T和RH有關(guān)的信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，S4是縮放因子。
6.一種氣體傳感器，包括 第一振蕩器，被密封在氣密式封裝中并且具有第一頻率輸出； 第二振蕩器，被暴露于含待檢測的氣體的環(huán)境并且具有第二頻率輸出； 第三振蕩器，被暴露于含另一種待檢測的氣體的環(huán)境并且具有第三頻率輸出； 電路，被配置成通過產(chǎn)生第一和第二頻率差信號(hào)來確定是否所述氣體被第二和第三振蕩器檢測到，所述第一和第二頻率差信號(hào)分別是第一和第二以及第一和第三頻率輸出之間的差異；以及 控制器，被配置成根據(jù)第一和第二頻率差信號(hào)以及一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器輸出來確定被檢測的氣體的濃度。
7.如權(quán)利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括溫度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán) 的溫度。
8.如權(quán)利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括壓力傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的壓力。
9.如權(quán)利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于 、 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括濕度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的濕度。
10.如權(quán)利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括溫度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的溫度， 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括壓力傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的壓力， 所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器包括濕度傳感器，被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的濕度， 其中，被檢測的氣體的濃度(C)是由所述控制器通過下列函數(shù)來確定的C = (dFl+kdF2-S0-Sl*p-S2*T-S3*RH)/S4， 其中，dFl是第一頻率差，dF2是第二頻率差，P是壓力，T是溫度，RH是相對(duì)濕度，S0、SI、S2、S3、S4是常數(shù)，其中，SO是偏移量，SI、S2、S3是與p、T和RH有關(guān)的信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，S4和k是縮放因子。
11.如權(quán)利要求I所述的氣體傳感器，其特征在于 所述第二振蕩器包括暴露于所述環(huán)境的氣體吸附涂層，并且還包括通過產(chǎn)生頻率信號(hào)來確定在第二振蕩器上的氣體吸附涂層所吸收的氣體的質(zhì)量的電路，所述頻率信號(hào)是所述第一和第二頻率輸出之差， 所述控制器根據(jù)第一頻率差信號(hào)以及一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器輸出來確定所述氣體吸附涂層所吸收的氣體的質(zhì)量。
12.—種氣體傳感器，包括 第一振蕩器，被暴露于氣體環(huán)境并且輸出第一頻率輸出； 第二振蕩器，包括氣體吸附涂層并且被暴露于氣體環(huán)境并且還輸出第二頻率輸出； 電路，被配置成通過產(chǎn)生頻率信號(hào)來確定在第二振蕩器上的吸附涂層所吸收的氣體的質(zhì)量，所述頻率信號(hào)是所述第一和第二頻率輸出之差； 氣體壓力傳感器； 濕度傳感器； 溫度傳感器；以及 控制器，被配置成根據(jù)所述頻率差信號(hào)以及來自氣體壓力傳感器、濕度傳感器和溫度傳感器的信號(hào)來確定被吸收的氣體的質(zhì)量的濃度。
13.如權(quán)利要求12所述的氣體傳感器，其特征在于 所述溫度傳感器被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的溫度。
14.如權(quán)利要求12所述的氣體傳感器，其特征在于 所述壓力傳感器被配置成用于測量含待檢測的氣體的環(huán)境的壓力。
15.如權(quán)利要求12所述的氣體傳感器，其特征在于 所述濕度傳感器被配置成用于測量含 待檢測的氣體的環(huán)境的濕度。
16.如權(quán)利要求12所述的氣體傳感器，其特征在于 所吸收的氣體的質(zhì)量(m)是由所述控制器通過下列函數(shù)來確定的 m = (dF-S0-Sl*p-S2*T-S3*RH)/S4， 其中，dF是所述第一和第二頻率輸出之間的頻率差，P是壓力，T是溫度，RH是相對(duì)濕度，S0、S1、S2、S3、S4是常數(shù)，其中，SO是偏移量，S1、S2、S3是與P、T和RH有關(guān)的信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，S4是縮放因子。
全文摘要
一種具有即時(shí)的響應(yīng)的氣體傳感器使用了一個(gè)或多個(gè)振蕩器，同時(shí)不涉及任何化學(xué)反應(yīng)或其它材料改性。傳感器可以被用在任何應(yīng)用中，以測量氣體濃度的百分比范圍或所吸收的氣體的質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01N29/02GK102725630SQ201180005722
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者I·帕維洛弗斯基 申請(qǐng)人:應(yīng)用納米技術(shù)控股股份有限公司