一種快速響應的聲表面波氣體傳感器及其製備方法

2023-05-29 23:28:56

專利名稱：一種快速響應的聲表面波氣體傳感器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種新型的快速響應的聲表面波氣體傳感 器結構及其製備方法。
背景技術：
自20世紀末人類進入信息社會以來，人們的一切活動都是以信息獲取與信息交 換為中心，作為信息技術的基礎與三大支柱之一的傳感器技術也進入高速發展的新時期。1965年美國White和Voltmer發明了能在壓電晶體材料表面上激勵表面波的金 屬叉指換能器(White R M, Voltmer F M. Appl. Phys. Lett.，1965，7 :314)，導致基於叉指電 極的質量型聲表面波氣體傳感器成為氣體傳感器的後起之秀。但該傳感器本身對氣體不敏 感，需要塗覆敏感材料，而不同的敏感材料需要不同的工作溫度，即使是同一個敏感材料對 不同的氣體的最佳響應也在不同的溫度，在同一工作溫度下都存在解析慢的缺點。

發明內容
本發明所要解決的問題是如何提供一種快速響應的聲表面波氣體傳感器及其制 備方法。該傳感器克服了現有技術中所存在的缺陷，解決了基於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，增強了傳感器檢測的準確性和實時性，並且製備方法簡 單，採用傳統的微加工技術便可實現。本發明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種快速響應的聲表面波氣體傳感 器，其特徵在於①包括N個結構相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或 者等於2;②每個傳感器單元都由設置在同一基片上的加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接 收叉指電極構成，所述加熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接 收叉指電極對稱地設置在加熱器的左右兩側，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，各自獨立且不與加熱器接觸；③所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器連接並控制 每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附並正常工 作，而同時其它傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並不工作；經過一定時間間隔(時間 間隔的大小可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後，兩部分傳感器單 元交換工作狀態；始終保持一半傳感器單元吸附並正常工作，而同時另一半傳感器單元解 析並不工作。一種快速響應的聲表面波氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟①清洗處理好基片，通過磁控濺射等工藝在基片拋光的表面濺射Pt膜，用勻膠機 塗膠，在曝光機上曝光和顯影；②將步驟①的基片濺射Pt膜的一面進行反濺刻蝕形成N個傳感器單元圖形，N為偶數且大於或者等於2，每個傳感器單元都由加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接收叉指電 極構成，所述加熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電 極對稱地設置在加熱器的左右兩側，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，各自獨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後，採用旋塗、滴塗等工藝在基片表面塗覆 敏感膜，每個傳感器單元的加熱器電極和時鐘控制電路模塊對應接口連接，每個傳感器單 元的叉指電極作為信號輸出端和讀出裝置或者計算機連接，所述時鐘控制電路模塊控制每 個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附並正常工作， 其它傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並不工作；經過一定時間間隔(時間間隔的大小 可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後，兩部分傳感器單元交換工作 狀態，始終保持一半傳感器單元吸附並正常工作，另一半傳感器單元解析並不工作。本發明所提供的快速響應的聲表面波氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，所述 接收叉指電極作為傳感器信號的輸出電極，傳感器信號以頻率信號輸出。本發明所提供的快速響應的聲表面波氣體傳感器，其特徵在於，所述時鐘控制電 路模塊設置應與對應傳感器單元相匹配。本發明的有益效果本發明提供了一種新型的快速響應的聲表面波氣體傳感器結 構，該傳感器採用雙傳感器單元結構或者多傳感器單元結構，每個傳感器電極之間均勻地 穿插加熱電極，加熱器狀態和供電電壓由時鐘控制電路控制，使其中一半傳感器單元在最 佳吸附溫度下吸附並正常工作，而同時另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並不工 作；通過時鐘控制電路模塊的調節，經過一定時間間隔(時間間隔的大小可根據實際傳感 器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後，交換兩部分傳感器單元的工作狀態；始終保 持一半傳感器吸附，而同時另一半傳感器解析。該傳感器結構簡單，採用傳統的微加工技術 便可以實現，解決了基於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，同時 傳感器響應結果結合兩組傳感器單元的響應數據，增強了傳感器檢測的準確性和實時性。 本發明提供的基於雙傳感器的表面波傳感器結構在對有毒有害氣體傳感器的監控中有著 非常廣闊的應用前景。


圖1是本發明的邏輯方框圖；圖2是本發明的一個實施例的結構示意圖。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。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述如圖2所示，本發明提供了一種快速響應的聲表面波氣體傳感器，包括N個結構 相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或者等於2 ；每個傳感器單元 都由設置在同一基片上的加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接收叉指電極構成，所述加熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電極對稱地設置在加 熱器的左右兩側，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，各自獨立 且不與加熱器接觸；所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器連接 並控制每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附並正 常工作，而同時另一半傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並不工作；經過一定時間間隔 (時間間隔的大小可根據實際傳感器的需要由時鐘控制電路模塊進行調節)後，兩部分傳 感器單元交換工作狀態，始終保持一半傳感器單元吸附並正常工作，另一半傳感器單元解 析並不工作，叉指電極作為輸出端連接讀出裝置或者計算機。作為本發明的一個實施例，即採用雙傳感器單元結構的傳感器，如圖1所示，該 傳感器採用雙傳感器結構，每個傳感器電極之間均勻地穿插加熱電極，加熱器的電極片是 延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電極對稱地設置在加熱器的左右兩 側，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，各自獨立且不與加熱器 接觸；加熱器狀態和供電電壓由時鐘控制電路控制，使其中一個傳感器單元在最佳吸附溫 度下吸附並正常工作，而同時另一個傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並不工作；通過 時鐘控制電路模塊的調節，經過一定時間間隔(時間間隔的大小可根據實際傳感器的需要 由時鐘控制電路模塊進行調節)後，交換兩個傳感器的工作狀態，始終保持一個傳感器單 元吸附並正常工作，而同時另一個傳感器單元解析並不工作。製備方法包括以下步驟傳感器單元採用的加熱電極和叉指電極在同一個基底上；圖形製作過程為清洗處理好基片，通過磁控濺射等工藝在基底拋光的表面濺射 Pt膜，用勻膠機塗膠，在曝光機上曝光、顯影等，再進行反濺刻蝕形成加熱器電極和叉指電 極圖形，每個傳感器單元都由加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接收叉指電極構成，所述加 熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電極對稱地設置在 加熱器的左右兩側，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，各自獨 立且不與加熱器接觸，以保證對塗覆在叉指電極上的敏感膜加熱效果均勻，叉指電極的叉 指寬度和長度以及條數可以根據需要設計；將加熱器電極和叉指電極電焊引出後，採用旋塗、滴塗等工藝在基片表面塗覆敏 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鐘控制電路模塊(根 據具體的吸附和解析時間的要求設計)，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出現，加熱電極在直流電壓下工作，而接收叉指電極 作為傳感器信號的輸出電極，傳感器信號以頻率信號輸出。
權利要求
一種快速響應的聲表面波氣體傳感器，其特徵在於①包括N個結構相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或者等於2；②每個傳感器單元都由設置在同一基片上的加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接收叉指電極構成，所述加熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電極對稱地設置在加熱器的左右兩側，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，各自獨立且不與加熱器接觸；③所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器連接並控制每個傳感器單元的工作狀態使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附並正常工作，而同時其它傳感器單元則在最佳解析溫度下解析並不工作；經過一定時間間隔後，兩部分傳感器單元交換工作狀態，始終保持一半傳感器單元吸附並正常工作，而同時另一半傳感器單元解析並不工作。
2.一種快速響應的聲表面波氣體傳感器的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟①清洗處理好基片，通過磁控濺射等工藝在基片拋光的表面濺射Pt膜，用勻膠機塗 膠，在曝光機上曝光和顯影；②將步驟①的基片濺射Pt膜的一面進行反濺刻蝕形成N個傳感器單元圖形，N為偶數 且大於或者等於2，每個傳感器單元都由加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接收叉指電極構 成，所述加熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電極對 稱地設置在加熱器的左右兩側，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，各自獨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後，在基片表面塗覆敏感膜，每個傳感器單元的 加熱器電極和時鐘控制電路模塊對應接口連接，每個傳感器單元的叉指電極作為信號輸出 端和讀出裝置或者計算機連接，所述時鐘控制電路模塊控制每個傳感器單元的工作狀態 使其中一半的傳感器單元在最佳吸附溫度下吸附並正常工作，其它傳感器單元則在最佳解 析溫度下解析並不工作，經過一定時間間隔後，兩部分傳感器單元交換工作狀態，始終保持 一半傳感器單元吸附並正常工作，另一半傳感器單元解析並不工作。
3.根據權利要求2所述的快速響應的聲表面波氣體傳感器的製備方法，其特徵在於， 所述接收叉指電極作為傳感器信號的輸出電極，傳感器信號以頻率信號輸出。
4.根據權利要求2所述的快速響應的聲表面波氣體傳感器的製備方法，其特徵在於， 所述時鐘控制電路模塊設置應與對應傳感器單元相匹配。
全文摘要
本發明公開了一種快速響應的聲表面波氣體傳感器，其特徵在於①包括N個結構相同的傳感器單元和一個時鐘控制電路模塊，N為偶數且大於或者等於2；②每個傳感器單元都由設置在同一基片上的加熱器、兩個發射叉指電極和兩個接收叉指電極構成，所述加熱器的電極片是延長的迂折形延長線型結構，發射叉指電極和接收叉指電極對稱地設置在加熱器的左右兩側，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，各自獨立且不與加熱器接觸；③所述時鐘控制電路模塊對應接口分別和N個傳感器單元的加熱器連接並控制每個傳感器單元的工作狀態。
文檔編號B81B7/02GK101852770SQ20101016174
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月4日 優先權日2010年5月4日
發明者孫萍, 杜曉松, 王然, 蔣亞東, 謝光忠 申請人:電子科技大學