一種基于選擇性波段的氣體傳感器及其檢測方法技術

本發明專利技術涉及一種基于選擇性波段的氣體傳感器及其檢測方法。本發明專利技術的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，包括金屬氧化物傳感器陣列和光源，光源是波長可變的光源，光源的波段包括180?254nm波段、300?320nm波段、340?360nm波段、365?400nm波段和500?600nm波段，金屬氧化物傳感器陣列上設置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一個金屬氧化物傳感器對其中一種待測氣體的靈敏度較高，對其他待測氣體的靈敏度較低。其有益效果是：同現有的傳統加熱式的氣體傳感器陣列技術相比，本發明專利技術一方面可以使傳感器在室溫工作，減少敏感材料的老化問題，提高傳感器的穩定性，另一方面可以通過改變光波長，提高傳感器對氣體識別的選擇性。

【技術實現步驟摘要】
一種基于選擇性波段的氣體傳感器及其檢測方法
本專利技術涉及電子元器件領域，特別涉及一種基于選擇性波段的氣體傳感器及其檢測方法。
技術介紹
隨著環境的惡化，工業排氣如石油化工、煤化工以及機動車輛成為嚴重危害人們的生存環境和身體健康。因此，實施監測和察覺環境有害氣體的濃度成為一項重要的技術需求。基于金屬氧化物半導體的氣體傳感器是其中一項重要的技術。但是，在通常情況下，采用金屬氧化物半導體敏感材料的氣體傳感器需要在200-500攝氏度之間工作，帶來了較大的能量需求，另外，還會導致敏感材料在高溫過程中加速老化，最終導致器件性能惡化，縮短了使用壽命。近來，人們開始采用納米材料技術和光輔助激活的辦法，盡量降低傳感器的工作溫度至室溫。其中光輔助激活性金屬氧化物半導體氣體傳感器得到了越來越多的關注，該技術的優勢在于可以采用僅有幾個毫瓦級別的LED燈，實現傳感器對氣體的高靈敏度，同時減小了敏感材料的老化過程，期望可提高傳感器的使用壽命。但是，與傳統的高溫工作的傳感器一樣，依然存在著選擇性差和靈敏度低的缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種選擇性好、靈敏度高、穩定性好的基于選擇性波段的氣體傳感器及其檢測方法。本專利技術采用可變波長的光輔助增敏技術，采用金屬氧化物集成式的微傳感器陣列的方式，選取不同金屬氧化物在不同波段對不同氣體的靈敏度不同，來提高氣體傳感器的選擇性；并可以使傳感器在室溫工作。本專利技術提供的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，其技術方案為：一種基于選擇性波段的氣體傳感器，包括封裝組件、金屬氧化物傳感器陣列和光源，封裝組件將金屬氧化物傳感器陣列的氧化物敏感材料和光源封閉在一個密封空間內，封裝組件包括進氣口和出氣口，光源是波長可變的光源或者波長范圍固定不變的多個光源，光源的波段包括180-254nm波段、300-320nm波段、340-360nm波段、365-400nm波段和500-600nm波段，金屬氧化物傳感器陣列上設置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一個金屬氧化物傳感器對某一種待測氣體的靈敏度較高，對其他待測氣體的靈敏度較低。其中，金屬氧化物傳感器陣列的金屬氧化物敏感材料是ZnO、TiO2、SnO2、CuO、In2O3、NiO或者WO3中的任一種。其中，氣體傳感器包括第一金屬氧化物傳感器、第二金屬氧化物傳感器、第三金屬氧化物傳感器、第四金屬氧化物傳感器、第五金屬氧化物傳感器、第六金屬氧化物傳感器和第七金屬氧化物傳感器；第一金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在300-320nm波段光照下對氨氣具有高靈敏度的NiO；第二金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下對乙醇具有高靈敏度的SnO2；第三金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下對NO2具有高靈敏度的In2O3；第四金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下對甲醛具有高靈敏度的TiO2，第五金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下對丙酮具有高靈敏度的ZnO；第六金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下對H2S具有高靈敏度的CuO，第七金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下對氫氣具有高靈敏度的WO3。其中，氣體傳感器包括第八傳感器和第九傳感器，第八傳感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下對氨氣具有高靈敏度氧化還原石墨烯，或者氧化還原石墨烯和金屬氧化物的復合物，第九傳感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下對NO2具有高靈敏度氧化還原石墨烯，或者氧化還原石墨烯和金屬氧化物的復合物。其中，光源設置在二維平面上。其中，光源是貼片式光源或者光珠式光源。其中，氣體傳感器包括敏感材料是石墨烯的傳感器。其中，石墨烯是氧化還原石墨烯，或者氧化還原石墨烯和金屬氧化物的復合物。本專利技術還提供了一種基于選擇性波段的氣體傳感器的檢測方法，包括以下步驟：(1)、選擇具有不同的氧化物敏感材料的多個金屬氧化物傳感器，并選擇包括180-254nm波段、300-320nm波段、340-360nm波段、365-400nm波段和500-600nm波段的光源；用于檢測含有氨氣、乙醇、丙酮、甲醛、NO2，H2S和氫氣的混合氣體；(2)、將光源的波長調到300-320nm波段范圍，根據NiO在300-320nm波段光照下第一金屬氧化物傳感器對氨氣的響應信號值，檢測氨氣的濃度；將光源的波長調到340-365nm波段范圍，根據SnO2在340-365nm波段光照下第二金屬氧化物傳感器對乙醇的響應信號值，In2O3在340-365nm波段光照下第三金屬氧化物傳感器對NO2的響應信號值，檢測乙醇和NO2的濃度；將光源的波長調到340-365nm波段范圍，根據TiO2在365-400nm波段光照下第四金屬氧化物傳感器對甲醛的響應信號值，ZnO在365-400nm波段光照下第五金屬氧化物傳感器對丙酮的響應信號值；檢測甲醛和丙酮的濃度；將光源的波長調到500-600nm波段范圍，根據CuO在500-600nm波段光照下第六金屬氧化物傳感器對H2S的響應信號值，WO3在500-600nm波段光照下第七金屬氧化物傳感器對氫氣的響應信號值，檢測H2S和氫氣的濃度；(3)、最后，所有金屬氧化物傳感器在180-254nm的波長范圍內將信號恢復回初始狀態。其中，將光源的波長調到500-600nm波段范圍，根據氧化還原石墨烯在500-600nm波段光照下第八傳感器對氨氣的響應信號值，氧化還原石墨烯和金屬氧化物的復合物在500-600nm波段光照下第九傳感器對NO2的響應信號值；檢測氨氣和NO2的濃度，該檢測值用來校核前面所測的氨氣和NO2的含量。本專利技術的實施包括以下技術效果：本專利技術的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，通過采用變化的波長，從而達到提高傳感器陣列選擇性的目的。目前現有的技術主要是采用一種光源對一種金屬氧化物，因此，每個傳感器的選擇性依然無法解決。而傳統意義上采用加熱的方式工作的傳感器陣列可以改善選擇性，但在高溫下，敏感材料的微觀結構的老化，會加速傳感器性能的衰減，另外，傳感器陣列對功耗的要求很高。而采用低功耗的可變光源，可以讓傳感器陣列中，至少有一個傳感器在某一波段的光源下，對待分析氣體有一個最高的信號，而對其他氣體響應較低。這樣通過改變光源的波長，讓每個傳感器在優化的波段照射下，分別對其中一種氣體分子產生最大的信號，進而識別出待測氣體中成分和濃度。同現有的傳統加熱式的氣體傳感器陣列技術相比，本專利技術一方面可以使傳感器在室溫工作，減少敏感材料的老化問題，提高傳感器的穩定性，另一方面可以通過改變光波長，提高傳感器對氣體識別的選擇性。附圖說明圖1為本專利技術實施例的一種基于選擇性波段的氣體傳感器的數據采集模塊結構示意圖。圖2為本專利技術實施例的一種基于選擇性波段的氣體傳感器結構示意圖。具體實施方式下面將結合實施例以及附圖對本專利技術加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本專利技術的理解，而對其不起任何限定作用。實施例1參見圖1和圖2所示，本實施例提供的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，包括封裝組件4、金屬氧化物傳感器陣列1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于選擇性波段的氣體傳感器，包括封裝組件、金屬氧化物傳感器陣列和光源，所述封裝組件將金屬氧化物傳感器陣列的氧化物敏感材料和光源封閉在一個密封空間內，封裝組件包括進氣口和出氣口，其特征在于：光源是波長可變的光源或者波長范圍固定不變的多個光源，光源的波段包括180?254nm波段、300?320nm波段、340?360nm波段、365?400nm波段和500?600nm波段，金屬氧化物傳感器陣列上設置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一個金屬氧化物傳感器對某一種待測氣體的靈敏度較高，對其他待測氣體的靈敏度較低。

【技術特征摘要】
1.一種基于選擇性波段的氣體傳感器，包括封裝組件、金屬氧化物傳感器陣列和光源，所述封裝組件將金屬氧化物傳感器陣列的氧化物敏感材料和光源封閉在一個密封空間內，封裝組件包括進氣口和出氣口，其特征在于：光源是波長可變的光源或者波長范圍固定不變的多個光源，光源的波段包括180-254nm波段、300-320nm波段、340-360nm波段、365-400nm波段和500-600nm波段，金屬氧化物傳感器陣列上設置有不同的氧化物敏感材料，在上述的某一波段的光的照射下，至少有一個金屬氧化物傳感器對某一種待測氣體的靈敏度較高，對其他待測氣體的靈敏度較低。2.根據權利要求1所述的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，其特征在于：金屬氧化物傳感器陣列的金屬氧化物敏感材料是ZnO、TiO2、SnO2、CuO、In2O3、NiO或者WO3中的任一種。3.根據權利要求1或2所述的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，其特征在于：所述氣體傳感器包括第一金屬氧化物傳感器、第二金屬氧化物傳感器、第三金屬氧化物傳感器、第四金屬氧化物傳感器、第五金屬氧化物傳感器、第六金屬氧化物傳感器和第七金屬氧化物傳感器；第一金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在300-320nm波段光照下對氨氣具有高靈敏度的NiO；第二金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下對乙醇具有高靈敏度的SnO2；第三金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在340-365nm波段光照下對NO2具有高靈敏度的In2O3；第四金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下對甲醛具有高靈敏度的TiO2，第五金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在365-400nm波段光照下對丙酮具有高靈敏度的ZnO；第六金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下對H2S具有高靈敏度的CuO，第七金屬氧化物傳感器的氧化物敏感材料是在500-600nm波段光照下對氫氣具有高靈敏度的WO3。4.根據權利要求3所述的一種基于選擇性波段的氣體傳感器，其特征在于：所述氣體傳感器包括第八傳感器和第九傳感器，第八傳感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下對氨氣具有高靈敏度氧化還原石墨烯，或者氧化還原石墨烯和金屬氧化物的復合物；第九傳感器的敏感材料是在500-600nm波段光照下對NO2具有高靈敏度氧化還原石墨烯，或者氧化還原石墨烯和金屬氧化物的復合物。5.根據權利要求1所述的一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李曉干，王雪燕，趙陽陽，李筱昕，陳宇鵬，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21