一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器的製作方法

2023-06-07 03:23:56 1

專利名稱：一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種不分光紅外熱釋電紅外傳感器，尤其涉及一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，屬於傳感器技術領域。
背景技術：
當紅外光通過待測氣體時，這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收，其吸收關係服從朗伯一比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設入射光是平行光，其強度為Itl，出射光的強度為I，氣體介質的厚度為L，氣體濃度為C，吸收係數ii，則I=I0exp (- U cL)光強在氣體介質中隨濃度c及厚度L按指數規律衰減。吸收係數取決於氣體特性，各種氣體的吸收係數U互不相同。基於此原理，熱釋電紅外傳感器測量時通常採用兩個光譜通道，通過在傳感器管帽上設置兩個不同光譜的帶通濾光片，形成一個測量通道和一個參考通道，測量通道中紅外線會被待測氣體吸收衰減，而參考通道中紅外線直接通透過，不會被吸收。再通過對兩個通道的數據進行減法或者除法運算，把微小的有用信號提取出來，同時可以減弱或者消除一些幹擾因素如光源穩定性、溫度、溼度等影響。傳統的不分光紅外熱釋電氣體傳感器,採用兩個獨立的通道Channel I、Channel2,每個通道都有自己的敏感元晶片和場效應管FETl、FET2或者IC運放，如圖I所示，兩路信號經過外部放大器進行信號處理，放大濾波，然後進行減法或者除法運算，這種處理方式的缺點是因為吸收係數或者濃度很小時，信號中絕大部分是固定信號，而待測的有用信號非常小，為了達到一定的解析度，如果採用模擬方式，需要先放大兩路獨立的信號，然後進行相減或者相除的運算，對於放大信息用的放大器的精度和穩定性要求很高，如果採用數位訊號，則需要高位的ADC，成本較高。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，結構更簡單，減少了輸出端，可以取消放大器或者ADC，或者採用精度、穩定性要求不高的放大器和低數位的ADC，降低整機成本。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，包含測量通道和參考通道及與兩個通道對應設置的兩個敏感元晶片，其特徵是，所述的兩個敏感元晶片極性相反地、並聯或串聯連接在一起，連接後一端接地，另一端與一場效應管的柵極連接，所述場效應管的源極為輸出端，漏極加電源電壓。所述的兩個敏感元晶片極性相反地串聯連接，構成一串聯電路，所述串聯電路的兩端並聯一電阻。所述的兩個敏感元晶片極性相反地並聯連接，構成一併聯電路，所述並聯電路的兩端並聯一電阻。[0011]所述的兩個敏感元晶片極性相反地串聯連接構成一串聯電路，在所述串聯電路中的兩個所述敏感元晶片之間再串聯另外兩個敏感元晶片作為補償元，所述補償元分別與相鄰的所述敏感元晶片極性相反。所述的兩個敏感元晶片極性相反地並聯連接構成一併聯電路，所述並聯電路的每一條支路中再串聯另一個敏感元晶片作為補償元，所述補償元與所在的支路中的所述敏感元晶片極性相反。本實用新型所達到的有益效果本實用新型的不分光紅外熱釋電氣體傳感器將參考信號和測量信號在晶片上做成極性相反的敏感元，在結構上進行並聯或者串聯連接，從而從一個輸出端上得到兩個光 譜的差值信號，兩個極性相反的敏感元晶片作用在場效應管柵極上，場效應管的源極輸出該兩個敏感元的相減信號，其優點是，減法運算通過敏感元反向串聯或者反向並聯完成，減少了後處理運算需要；同時，輸出端輸出的就是有用的差值信號，沒有固定分量，對後續放大器或者ADC的要求可以大大降低，從而大大降低整機成本。

圖I是現有技術中的熱釋電氣體傳感器電路圖；圖2是本實用新型實施例I反向串聯雙通道不分光紅外熱釋電氣體探測傳感器電路圖；圖3是本實用新型實施例2反向並聯雙通道不分光紅外熱釋電氣體探測傳感器電路圖；圖4是本實用新型實施例3具有補償元地串聯雙通道不分光紅外熱釋電氣體探測傳感器電路圖；圖5是本實用新型實施例4具有補償元的並聯雙通道不分光紅外熱釋電氣體探測傳感器電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。實施例I如圖2所示，本實用新型的電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器晶片中包含測量通道Channell和參考通道Channel2，與兩個通道對應的設置兩個分別感應測量信號和參考信號的敏感元晶片SI、S2，兩個敏感元晶片SI、S2極性相反，反向串聯，使敏感元晶片S1、S2的負極相對，串聯後其中一個敏感元晶片S2正極一端接地Gnd/Case，另一個敏感元晶片SI正極一端與場效應管FET的柵極連接，場效應管FET的源極Source為輸出端，漏極Drain加電源電壓。兩個極性相反的敏感元晶片SI、S2作用在場效應管FET柵極上，場效應管的源極Source輸出該兩個敏感兀的相減信號。從而從一個輸出端上得到參考信號和測量信號兩個波段的差值信號，信號直接在產生時就進行差分相減，減法運算通過敏感元晶片反向串聯完成。在其他實施方式中，也可以在圖2的連接方式中，將兩個敏感元晶片SI、S2均反向，也就是變成正極相對，還是構成極性相反的串聯，其餘結構不變，同樣可以達到上述作用。實施例2如圖3所示，本實用新型的電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器晶片中包含測量通道Channell和參考通 道Channel2，與兩個通道對應的設置兩個分別感應測量信號和參考信號的敏感元晶片S1、S2，兩個敏感元晶片S1、S2極性相反並聯在一起，並聯後一端接地Gnd/Case，另一端與場效應管FET的柵極連接，場效應管FET的源極Source為輸出端，漏極Drain加電源電壓。從而從一個輸出端上得到參考信號和測量信號兩個波段的差值信號，信號直接在產生時就進行差分相減，減法運算通過敏感元反向並聯完成。實施例3如圖4所示，在實施例I的基礎上進行了改進，在反向串聯的敏感元晶片S1、S2之間再串聯兩個敏感元晶片作為補償元，其中一個補償元與敏感元晶片SI反向串聯，另一個補償元與敏感元晶片S2反向串聯，分別補償敏感元晶片SI、S2感應的測量信號和參考信號。其餘與實施I完全相同。實施例4如圖5所示，在實施例2的基礎上進行了改進，在反向並聯的敏感元晶片S1、S2的每條並聯支路中再串聯一個敏感元晶片作為補償元，每條並聯支路中的補償元與其所在的並聯支路中的敏感元晶片SI或敏感元晶片S2反向串聯，分別補償其所在的並聯支路中的敏感元晶片SI或敏感元晶片S2感應的測量信號和參考信號。其餘與實施例2完全相同。上述的敏感元器件/晶片可以採用具有熱釋電性能的任何材料，例如PZT、鉭酸鋰等。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，包含測量通道和參考通道及與兩個通道對應設置的兩個敏感元晶片，其特徵是，所述的兩個敏感元晶片極性相反地、並聯或串聯連接在一起，連接後一端接地，另一端與一場效應管的柵極連接，所述場效應管的源極為輸出端，漏極加電源電壓。
2.根據權利要求I所述的一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，其特徵是，所述的兩個敏感元晶片極性相反地串聯連接，構成一串聯電路，所述串聯電路的兩端並聯一電阻。
3.根據權利要求I所述的一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，其特徵是，所述的兩個敏感元晶片極性相反地並聯連接，構成一併聯電路，所述並聯電路的兩端並 聯一電阻。
4.根據權利要求I所述的一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，其特徵是，所述的兩個敏感元晶片極性相反地串聯連接構成一串聯電路，在所述串聯電路中的兩個所述敏感元晶片之間再串聯另外兩個敏感元晶片作為補償元，所述補償元分別與相鄰的所述敏感元晶片極性相反。
5.根據權利要求I所述的一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，其特徵是，所述的兩個敏感元晶片極性相反地並聯連接構成一併聯電路，所述並聯電路的每一條支路中再串聯另一個敏感元晶片作為補償元，所述補償元與所在的支路中的所述敏感元晶片極性相反。
專利摘要本實用新型公開了一種電壓差分輸出的不分光紅外熱釋電氣體傳感器，包含測量通道和參考通道及與兩個通道對應設置的兩個敏感元晶片，兩個敏感元晶片極性相反地並聯或串聯在一起後一端接地，另一端與一場效應管的柵極連接。將參考信號和測量信號在晶片上做成極性相反的敏感元，在結構上進行並聯或者串聯連接，從而從一個輸出端上得到兩個光譜的差值信號，兩個極性相反的敏感元晶片作用在場效應管柵極上，場效應管的源極輸出該兩個敏感元的相減信號，減法運算通過敏感元反向串聯或者反向並聯完成，減少了後處理運算需要；同時，輸出端輸出的就是有用的差值信號，沒有固定分量，對後續放大器或者ADC的要求可以大大降低，從而大大降低整機成本。
文檔編號G01J5/10GK202372441SQ20112054958
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者楊耀明 申請人:江蘇科融電子技術有限公司