本發(fā)明涉及電子元器件領(lǐng)域，特別涉及一種自驅(qū)動光激發(fā)的氣體傳感器。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體氣體傳感器在工業(yè)排氣，室內(nèi)環(huán)境檢測等領(lǐng)域中扮演重要的角色，具有廣闊的應(yīng)用背景。但半導(dǎo)體氣體傳感器在室溫條件下對氣體的特性并不理想，通常需要在氣敏傳感器元件上安裝加熱絲，提高元件工作的溫度，克服半導(dǎo)體材料高的反應(yīng)活化能，增強(qiáng)氣敏傳感器的敏感特性。但通過加熱方式提高元件的性能存在很多不足和缺陷，不僅增加能量的功耗，也容易會引爆環(huán)境中的可燃性氣體，造成安全隱患。同時，還會使元件性能惡化，縮短使用壽命。近年來，研究表明可以采用光激發(fā)方法代替加熱，改善氣體傳感器在室溫條件下的性能。通過低功率的led燈激發(fā)為氣敏材料提供能量，有效的降低氣體傳感器的工作溫度，加快元件對待測氣體的響應(yīng)與恢復(fù)，延長元件使用壽命。

另外，傳統(tǒng)利用環(huán)境震動能加熱供電模式就是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能，將電能存儲在電池中，然后通過電池給半導(dǎo)體傳感器元件供電加熱，提高半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度。但由于這種供電模式在收集和存儲過程中造成大量的能源損耗，其高電壓、低電流的特點(diǎn)對能源采集電路要求很高，增加成本，同時采集效率低，無法維持加熱元件的連續(xù)用電，因而大大限制了自驅(qū)動傳感器的開發(fā)和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自驅(qū)動光激發(fā)的氣體傳感器。本發(fā)明是將環(huán)境振動能直接驅(qū)動led燈，來激活或者增敏半導(dǎo)體氣體傳感器，改善半導(dǎo)體氣體傳感器在室溫條件下的敏感特性，提高元件對待測氣體的響應(yīng)，加速待測氣體與納米材料表面的吸附于脫附。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無需電池供能的自驅(qū)動半導(dǎo)體氣體傳感器，通過選用光激發(fā)輔助技術(shù)，改善室溫條件下氣體傳感器的敏感特性，與傳統(tǒng)的加熱式氣體傳感器相比，不僅緩解了檢測可燃性氣體時存在的安全隱患，也實(shí)現(xiàn)了元件在室溫條件工作，減輕了半導(dǎo)體敏感材料性能惡化，延長了元件的壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種自驅(qū)動光激發(fā)的氣體傳感器，包括環(huán)境振動能發(fā)電單元、封裝組件、光源和氣敏傳感器。

環(huán)境振動能發(fā)電單元包括環(huán)境振動發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、法拉第罩和驅(qū)動器，環(huán)境振動發(fā)電機(jī)設(shè)置在法拉第罩內(nèi)；電動機(jī)在驅(qū)動器的控制下，帶動環(huán)境振動發(fā)電機(jī)做振動運(yùn)動，采集屏蔽環(huán)境下的振動能，產(chǎn)生的電信號作為能量源，用于光源供電；封裝組件將氣敏傳感器和光源封裝在一個密封空間內(nèi)，所述光源放置在氣敏傳感器的垂直平面上，所述氣敏傳感器為半導(dǎo)體氣體敏感材料傳感器。

所述的環(huán)境振動發(fā)電機(jī)是電磁式振動能發(fā)電機(jī)、壓電式振動能發(fā)電機(jī)或靜電式振動能發(fā)電機(jī)等環(huán)境振動能發(fā)電機(jī)，靜電式振動能發(fā)電機(jī)最常見是摩擦納米發(fā)電機(jī)。所述的摩擦納米發(fā)電機(jī)通過摩擦起電，產(chǎn)生的電信號作為能量源；所述的驅(qū)動器控制摩擦納米發(fā)電機(jī)工作，驅(qū)動器的參數(shù)通過電腦設(shè)置。

所述的光源為led光源，所述的氣敏傳感器為半導(dǎo)體氣敏材料的金屬氧化物。所述的半導(dǎo)體氣體敏感材料涂覆的厚度采用為0.01-0.5mm。所述的摩擦納米發(fā)電機(jī)的摩擦材料成分可以為二氧化鈦納米陣列。在封裝組件內(nèi)也可以設(shè)置加熱器。

本發(fā)明的一種自驅(qū)動光激發(fā)的半導(dǎo)體氣體傳感器，通過采用自供電摩擦納米發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能量，直接給光源供電，與傳統(tǒng)供電模式相比，減少了能源的損耗，可以完全實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動半導(dǎo)體氣體傳感器，而無需借助于電池儲能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種自驅(qū)動光激發(fā)的氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為室溫條件波段365-400nm光激發(fā)下及無光條件下sno2-nio氣體傳感器對40ppm甲醛的電阻變化曲線對比圖。

圖3為室溫條件波段365-400nm光激發(fā)下及無光條件下ws2氣體傳感器對10ppmnh3的電阻變化曲線對比圖。

圖4為室溫條件波長940nm光激發(fā)下及無光條件下ws2氣體傳感器對10ppmnh3的電阻變化曲線對比圖。

圖中：1電動機(jī)；2法拉第罩；3驅(qū)動器；4電腦；5加熱器；6氣敏傳感器；7光源；8封裝組件；9環(huán)境振動發(fā)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，需要指出的是，所描述的實(shí)施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

實(shí)施例1

參見圖1所示，本實(shí)施例提供的一種自驅(qū)動光激發(fā)的氣體傳感器，包括摩擦納米發(fā)電機(jī)，封裝組件，光源，氣敏傳感器。所述的摩擦納米發(fā)電機(jī)通過摩擦起電，產(chǎn)生的電信號作為能量源，直接用于led燈供電，包括摩擦材料，法拉第罩，電發(fā)動機(jī)，驅(qū)動器；所述的封裝組件將氣體傳感器和光源封裝在一個密封空間內(nèi)，包括進(jìn)氣口和加熱器；所述光源為波長范圍固定不變的單個光源；所述氣敏傳感器為半導(dǎo)體氣體敏感材料氣體傳感器，敏感材料涂覆的厚度為0.4-0.5mm。

其中，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的摩擦材料成分為二氧化鈦納米陣列。

二氧化鈦納米陣列通過水熱法、高溫煅燒制備，所述的二氧化鈦單根納米線的平均尺寸為30nm。

其中，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)驅(qū)動器的必要參數(shù)設(shè)置通過電腦設(shè)置。

其中，法拉第罩使用材料為銅網(wǎng)。

其中，所述光源放置在氣體傳感器的垂直平面上。

光源為波長段為365-400nm，額定功率為76mw光珠式led光源。

其中，所述的氣體傳感器包括半導(dǎo)體氣敏材料和基板。

半導(dǎo)體氣敏材料為sno2-nio納米復(fù)合材料。

基板為帶有au電極的si基板后者al2o3基板。

本實(shí)施例的氣體傳感器用于檢測40ppm的甲醛氣體。

參見圖1所示，氣體傳感器至于空氣條件下，工作溫度為室溫。通過pc端設(shè)置驅(qū)動機(jī)的必要參數(shù)，使摩擦材料相互摩擦，產(chǎn)生電信號，通過pc端參數(shù)設(shè)置，使轉(zhuǎn)化的電信號達(dá)到光源的額定功率，為光源供電。氣體傳感器經(jīng)過一定時間光激發(fā)，電阻值趨于穩(wěn)定。通過pc端顯示的氣體傳感器在空氣中與以空氣為背景的40ppm甲醛環(huán)境中的電阻變化，作為傳感器的響應(yīng)恢復(fù)信號。圖2為室溫條件波段365-400nm光激發(fā)下及無光條件下sno2-nio氣體傳感器對40ppm甲醛的電阻變化曲線對比圖。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的技術(shù)方案與實(shí)施例1的區(qū)別為是半導(dǎo)體氣敏傳感器的材料及測試氣體不同，本實(shí)施例僅就不相同的部分進(jìn)行描述，相同的部分不再贅述。本實(shí)施例選用的半導(dǎo)體氣體傳感器的材料為ws2納米材料、測試氣體為10ppmnh3。圖3為室溫條件波段365-400nm光激發(fā)下及無光條件下ws2氣體傳感器對10ppmnh3的電阻變化曲線對比圖。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的技術(shù)方案與實(shí)施例2的區(qū)別為是摩擦發(fā)電機(jī)的驅(qū)動機(jī)的參數(shù)設(shè)置和選用的光源測試不同，本實(shí)施例僅就不相同的部分進(jìn)行描述，相同的部分不再贅述。本實(shí)施例選用的光源為波長為940nm，額定功率為24mw光珠式led光源。圖4為室溫條件波長940nm光激發(fā)下及無光條件下ws2氣體傳感器對10ppmnh3的電阻變化曲線對比圖。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自驅(qū)動光激發(fā)的氣體傳感器，包括環(huán)境振動能發(fā)電單元、封裝組件、光源和氣敏傳感器。環(huán)境振動能發(fā)電單元包括環(huán)境振動發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、法拉第罩和驅(qū)動器，環(huán)境振動發(fā)電機(jī)設(shè)置在法拉第罩內(nèi)；電動機(jī)在驅(qū)動器的控制下，帶動環(huán)境振動發(fā)電機(jī)做振動運(yùn)動，采集屏蔽環(huán)境下的振動能，產(chǎn)生的電信號作為能量源，用于LED燈供電；封裝組件將氣敏傳感器和光源封裝在一個密封空間內(nèi)，光源放置在氣敏傳感器的垂直平面上，氣敏傳感器為半導(dǎo)體氣體敏感材料傳感器。本發(fā)明通過采用自供電摩擦納米發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能量，直接給光源供電，減少了能源的損耗，可以完全實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動半導(dǎo)體氣體傳感器，而無需借助于電池儲能。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉干;顧丁;奚伊;李明澤;王兢;陳宇鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.16
技術(shù)公布日：2017.07.28