一種薄膜氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體探測領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光熱光譜法的薄膜氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)今社會工業(yè)化的發(fā)展，空氣污染的問題日漸突出，溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層的破壞等問題已經(jīng)迫在眉睫，而解決這些問題的關(guān)鍵是迅速準(zhǔn)確地檢測到這些有毒的、有污染的氣體物質(zhì)，另外，在家居安全、礦井作業(yè)、火災(zāi)報警等方面氣體檢測也非常重要，為氣敏傳感器發(fā)展提供了的客觀條件。
[0003]基于薄膜的氣體傳感器由于成本低、檢測裝置簡單而是被重點發(fā)展的一類氣體傳感器。它將薄膜所吸附的氣體種類和濃度轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得相關(guān)待測氣體的信息，從而可以實現(xiàn)檢測、監(jiān)控和報警。目前廣普型薄膜氣體傳感器存在選擇性差的問題，當(dāng)薄膜同時吸收幾種氣體時，由于檢測的是電信號，所以無法區(qū)分幾種氣體各自的濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種薄膜氣體傳感器。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]—種薄膜氣體傳感器，包括泵浦光源、分束鏡、光強探測器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和主機，分束鏡置于泵浦光源出射泵浦光的光路上，所述分束鏡反射光路前放置光強探測器，光強探測器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接主機；還包括斬波器、聚焦透鏡、選擇性吸收薄膜、基底、檢測光源、檢測光探測器及放大器模塊；所述選擇性吸收薄膜置于基底上，基底用于支撐；所述分束鏡透射光路依次放置斬波器、聚焦透鏡和選擇性吸收薄膜；檢測光源出射的檢測光通過選擇性吸收薄膜及其附近區(qū)域后到達(dá)檢測光探測器；檢測光探測器通過放大器模塊連接主機。
[0007]優(yōu)選的，所述檢測光探測器為光位置探測器或針孔光強探測器。
[0008]進一步優(yōu)選的，所述檢測光探測器為光位置探測器，所述檢測光光路設(shè)置為掠過選擇性吸收薄膜表面，位置探測器可以是二象限探測器，也可以是四象限探測器。
[0009]另一優(yōu)選的，所述檢測光光路設(shè)置為以一定角度斜向入射選擇性吸收薄膜。這種情況下，當(dāng)使用針孔光強探測器作為檢測光探測器時，在檢測光源前設(shè)置聚焦透鏡，使檢測光會聚后入射選擇性吸收薄膜。
[0010]進一步優(yōu)選的，所述檢測光探測器置于所述檢測光自選擇性吸收薄膜的反射光路上。
[0011]進一步優(yōu)選的，所述檢測光探測器置于所述檢測光自選擇性吸收薄膜的透射光路上。
[0012]優(yōu)選的，所述放大器模塊包括前置放大器和鎖相放大器，所述檢測光探測器通過前置放大器連接鎖相放大器被測信號端，鎖相放大器參考信號端連接斬波器，鎖相放大器輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接主機。
[0013]優(yōu)選的，所述選擇性吸收薄膜材質(zhì)為聚合物，所述聚合物可以選用SXFA、PHFA、SXPYR、PE1、0V202、PIB或SXPH等常用的吸收膜材質(zhì)。
[0014]本發(fā)明技術(shù)方案中，一定腔體內(nèi)的被檢測物質(zhì)對泵浦激光的吸收越強或者泵浦激光的光強越強，所產(chǎn)生的待檢測信號就越強，檢測靈敏度就越高。本技術(shù)方案對所述泵浦光源的激光器沒有特定限制，可以是固體激光器，氣體激光器或者半導(dǎo)體激光器，可以是連續(xù)激光器或者脈沖激光器，可以是可調(diào)諧激光器或者單一波長的激光器，只要腔體內(nèi)的被檢測物質(zhì)能對泵浦激光產(chǎn)生吸收即可。
[0015]檢測光源發(fā)射檢測激光，要求檢測光不被腔體內(nèi)的被檢測物質(zhì)吸收，對激光器的類型沒有特定限制，可以是固體激光器，氣體激光器或者半導(dǎo)體激光器，可以是連續(xù)激光器或者脈沖激光器，可以是可調(diào)諧激光器或者單一波長的激光器。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案利用了光熱光譜技術(shù)，該技術(shù)是通過對光束偏轉(zhuǎn)大小或者散焦程度的測定，來確定被測物質(zhì)的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等物理參數(shù)。其原理是被測樣品某一區(qū)域吸收泵浦激光的光能后，吸收的光能轉(zhuǎn)換為熱能，并在被測物質(zhì)的內(nèi)部及鄰近的媒質(zhì)中產(chǎn)生加熱效應(yīng)，由于物質(zhì)的折射率是溫度的函數(shù)，所以在被測樣品的被加熱區(qū)及鄰近的媒質(zhì)內(nèi)造成折射率變化，形成折射率梯度；熱效應(yīng)也可同時使被測樣品直接發(fā)生形變；同時此時如果讓另一束檢測光入射被測樣品或者其表面鄰近具有折射率梯度的區(qū)域，則檢測光將發(fā)生偏轉(zhuǎn)或者散焦。
[0017]在本發(fā)明技術(shù)方案中，使用一種可以吸收空氣中特定種類的氣體分子選擇性吸收薄膜，將一束可調(diào)諧波長泵浦光照射到該膜上，泵浦光的波長調(diào)到特定氣體分子的吸收波長上，氣體分子會因為吸收泵浦光而產(chǎn)生熱量從而在選擇性吸收薄膜以及鄰近的媒介中產(chǎn)生溫度梯度，再讓一束檢測光通過溫度梯度，檢測光會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)或者散焦，根據(jù)光探測器探測到的偏轉(zhuǎn)或者散焦量的大小來推斷氣體的含量。
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果在于，采用了光譜檢測的方式，可以選擇幾種氣體分子分別合適的譜線，使得這幾種譜線相互錯開，且只有當(dāng)激光的波長調(diào)諧到相應(yīng)的譜線波長時才產(chǎn)生吸收，不會存在幾種氣體無法區(qū)分的問題，克服了傳統(tǒng)檢測電信號的傳感器選擇性差的問題。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1裝置結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；
[0020]圖2為實施例2裝置結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；
[0021]圖3a為實施例2裝置薄膜未吸收氣體時檢測光反射示意圖；
[0022]圖3b為實施例2裝置薄膜吸收氣體時檢測光反射示意圖。
[0023]圖4a為實施例3裝置薄膜未吸收氣體時檢測光透射示意圖；
[0024]圖4b為實施例3裝置薄膜吸收氣體時檢測光透射示意圖；
[0025]圖5為實施例4裝置結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；
[0026]圖6a為實施例4裝置薄膜未吸收氣體時檢測光反射不意圖；
[0027]圖6b為實施例4裝置薄膜吸收氣體時檢測光反射不意圖。
[0028]圖7a為實施例5裝置薄膜未吸收氣體時檢測光透射示意圖；
[0029]圖7b為實施例5裝置薄膜吸收氣體時檢測光透射示意圖。
[0030]其中:
[0031]1:泵浦光源；1-1:泵浦光；1-2:分束光；2:分束鏡；3:光強探測器；4:主機；4_1:A/D轉(zhuǎn)換模塊；5:斬波器；6:聚焦透鏡；7:選擇性吸收薄膜；7-1:凸起；7-2:基底；8:檢測光源；8-1:檢測光；8-2:反射光；8-3:散焦反射光；8-4:偏轉(zhuǎn)反射光；8_5:透射光；8_6:散焦透射光；8-7:偏轉(zhuǎn)透射光；9-1:光位置探測器；9-2:針孔光強探測器；10_1:前置放大器；10_2:鎖相放大器。
【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，以便更好地理解本發(fā)明。
[0033]實施例1
[0034]圖1所示是本實施例的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。
[0035]本實施例采用光熱偏轉(zhuǎn)的原理。泵浦光源I發(fā)射泵浦激光，泵浦光1-1首先入射到分束鏡2上，有小部分光入射到光強探測器3中作為歸一化信號，以消除由于泵浦光1-1功率波動而引起的測量誤差；光強探測器3將接收到的信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊4-1中，再輸入到主機4中進行數(shù)據(jù)采集；大部分光透過分束鏡2，然后由一個斬波器5斬波進行振幅調(diào)制，斬波器5的作用是給泵浦光1-1 一個周期性調(diào)制信號；斬波器5的信號被接入到鎖相放大器10-2中，以抑制光學(xué)噪聲；最后泵浦光1-1被聚焦透鏡6聚焦到選擇性吸收薄膜7上，選擇性吸收薄膜7會選擇性吸收幾種氣體分子。
[0036]由于選擇性吸收薄膜7吸收了幾種氣體分子，且泵浦光1-1的波長處于氣體分子的吸收波長處，