专利名称：一种快速响应的声表面波气体传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种新型的快速响应的声表面波气体传感 器结构及其制备方法。
背景技术：
自20世纪末人类进入信息社会以来，人们的一切活动都是以信息获取与信息交 换为中心，作为信息技术的基础与三大支柱之一的传感器技术也进入高速发展的新时期。1965年美国White和Voltmer发明了能在压电晶体材料表面上激励表面波的金 属叉指换能器(White R M, Voltmer F M. Appl. Phys. Lett.，1965，7 :314)，导致基于叉指电 极的质量型声表面波气体传感器成为气体传感器的后起之秀。但该传感器本身对气体不敏 感，需要涂覆敏感材料，而不同的敏感材料需要不同的工作温度，即使是同一个敏感材料对 不同的气体的最佳响应也在不同的温度，在同一工作温度下都存在解析慢的缺点。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种快速响应的声表面波气体传感器及其制 备方法。该传感器克服了现有技术中所存在的缺陷，解决了基于敏感膜吸附的声表面波传 感器在同一温度下解析慢的缺点，增强了传感器检测的准确性和实时性，并且制备方法简 单，采用传统的微加工技术便可实现。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种快速响应的声表面波气体传感 器，其特征在于①包括N个结构相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或 者等于2;②每个传感器单元都由设置在同一基片上的加热器、两个发射叉指电极和两个接 收叉指电极构成，所述加热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接 收叉指电极对称地设置在加热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂 折状的电极片内，各自独立且不与加热器接触；③所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器连接并控制 每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下吸附并正常工 作，而同时其它传感器单元则在最佳解析温度下解析并不工作；经过一定时间间隔(时间 间隔的大小可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后，两部分传感器单 元交换工作状态；始终保持一半传感器单元吸附并正常工作，而同时另一半传感器单元解 析并不工作。一种快速响应的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗处理好基片，通过磁控溅射等工艺在基片抛光的表面溅射Pt膜，用勻胶机 涂胶，在曝光机上曝光和显影；②将步骤①的基片溅射Pt膜的一面进行反溅刻蚀形成N个传感器单元图形，N为偶数且大于或者等于2，每个传感器单元都由加热器、两个发射叉指电极和两个接收叉指电 极构成，所述加热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电 极对称地设置在加热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电 极片内，各自独立且不与加热器接触；③将加热器电极和叉指电极电焊引出后，采用旋涂、滴涂等工艺在基片表面涂覆 敏感膜，每个传感器单元的加热器电极和时钟控制电路模块对应接口连接，每个传感器单 元的叉指电极作为信号输出端和读出装置或者计算机连接，所述时钟控制电路模块控制每 个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下吸附并正常工作， 其它传感器单元则在最佳解析温度下解析并不工作；经过一定时间间隔(时间间隔的大小 可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后，两部分传感器单元交换工作 状态，始终保持一半传感器单元吸附并正常工作，另一半传感器单元解析并不工作。本发明所提供的快速响应的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，所述 接收叉指电极作为传感器信号的输出电极，传感器信号以频率信号输出。本发明所提供的快速响应的声表面波气体传感器，其特征在于，所述时钟控制电 路模块设置应与对应传感器单元相匹配。本发明的有益效果本发明提供了一种新型的快速响应的声表面波气体传感器结 构，该传感器采用双传感器单元结构或者多传感器单元结构，每个传感器电极之间均勻地 穿插加热电极，加热器状态和供电电压由时钟控制电路控制，使其中一半传感器单元在最 佳吸附温度下吸附并正常工作，而同时另一半传感器单元则在最佳解析温度下解析并不工 作；通过时钟控制电路模块的调节，经过一定时间间隔(时间间隔的大小可根据实际传感 器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后，交换两部分传感器单元的工作状态；始终保 持一半传感器吸附，而同时另一半传感器解析。该传感器结构简单，采用传统的微加工技术 便可以实现，解决了基于敏感膜吸附的声表面波传感器在同一温度下解析慢的缺点，同时 传感器响应结果结合两组传感器单元的响应数据，增强了传感器检测的准确性和实时性。 本发明提供的基于双传感器的表面波传感器结构在对有毒有害气体传感器的监控中有着 非常广阔的应用前景。
图1是本发明的逻辑方框图；图2是本发明的一个实施例的结构示意图。其中，1和2是第一传感器单元的加热器的加热电极，3和4是第二传感器单元的 加热器的加热电极，5和7和第一传感器的发射叉指电极，6和8是第一传感器的接收叉指 电极，9和11是第二传感器的发射叉指叉指电极，10和12是第二传感器的接收叉指电极。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述如图2所示，本发明提供了一种快速响应的声表面波气体传感器，包括N个结构 相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或者等于2 ；每个传感器单元 都由设置在同一基片上的加热器、两个发射叉指电极和两个接收叉指电极构成，所述加热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电极对称地设置在加 热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电极片内，各自独立 且不与加热器接触；所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器连接 并控制每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下吸附并正 常工作，而同时另一半传感器单元则在最佳解析温度下解析并不工作；经过一定时间间隔 (时间间隔的大小可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后，两部分传 感器单元交换工作状态，始终保持一半传感器单元吸附并正常工作，另一半传感器单元解 析并不工作，叉指电极作为输出端连接读出装置或者计算机。作为本发明的一个实施例，即采用双传感器单元结构的传感器，如图1所示，该 传感器采用双传感器结构，每个传感器电极之间均勻地穿插加热电极，加热器的电极片是 延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电极对称地设置在加热器的左右两 侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电极片内，各自独立且不与加热器 接触；加热器状态和供电电压由时钟控制电路控制，使其中一个传感器单元在最佳吸附温 度下吸附并正常工作，而同时另一个传感器单元则在最佳解析温度下解析并不工作；通过 时钟控制电路模块的调节，经过一定时间间隔(时间间隔的大小可根据实际传感器的需要 由时钟控制电路模块进行调节)后，交换两个传感器的工作状态，始终保持一个传感器单 元吸附并正常工作，而同时另一个传感器单元解析并不工作。制备方法包括以下步骤传感器单元采用的加热电极和叉指电极在同一个基底上；图形制作过程为清洗处理好基片，通过磁控溅射等工艺在基底抛光的表面溅射 Pt膜，用勻胶机涂胶，在曝光机上曝光、显影等，再进行反溅刻蚀形成加热器电极和叉指电 极图形，每个传感器单元都由加热器、两个发射叉指电极和两个接收叉指电极构成，所述加 热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电极对称地设置在 加热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电极片内，各自独 立且不与加热器接触，以保证对涂覆在叉指电极上的敏感膜加热效果均勻，叉指电极的叉 指宽度和长度以及条数可以根据需要设计；将加热器电极和叉指电极电焊引出后，采用旋涂、滴涂等工艺在基片表面涂覆敏 感膜。在第一传感器单元和第二传感器单元的加热器电极之间加上时钟控制电路模块(根 据具体的吸附和解析时间的要求设计)，以便使第一传感器单元第二传感器单元和分别在 最佳温度下吸附气体和解析气体相对出现，加热电极在直流电压下工作，而接收叉指电极 作为传感器信号的输出电极，传感器信号以频率信号输出。
权利要求
一种快速响应的声表面波气体传感器，其特征在于①包括N个结构相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或者等于2；②每个传感器单元都由设置在同一基片上的加热器、两个发射叉指电极和两个接收叉指电极构成，所述加热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电极对称地设置在加热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电极片内，各自独立且不与加热器接触；③所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器连接并控制每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下吸附并正常工作，而同时其它传感器单元则在最佳解析温度下解析并不工作；经过一定时间间隔后，两部分传感器单元交换工作状态，始终保持一半传感器单元吸附并正常工作，而同时另一半传感器单元解析并不工作。
2.一种快速响应的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗处理好基片，通过磁控溅射等工艺在基片抛光的表面溅射Pt膜，用勻胶机涂 胶，在曝光机上曝光和显影；②将步骤①的基片溅射Pt膜的一面进行反溅刻蚀形成N个传感器单元图形，N为偶数 且大于或者等于2，每个传感器单元都由加热器、两个发射叉指电极和两个接收叉指电极构 成，所述加热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电极对 称地设置在加热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电极片 内，各自独立且不与加热器接触；③将加热器电极和叉指电极电焊引出后，在基片表面涂覆敏感膜，每个传感器单元的 加热器电极和时钟控制电路模块对应接口连接，每个传感器单元的叉指电极作为信号输出 端和读出装置或者计算机连接，所述时钟控制电路模块控制每个传感器单元的工作状态 使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下吸附并正常工作，其它传感器单元则在最佳解 析温度下解析并不工作，经过一定时间间隔后，两部分传感器单元交换工作状态，始终保持 一半传感器单元吸附并正常工作，另一半传感器单元解析并不工作。
3.根据权利要求2所述的快速响应的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于， 所述接收叉指电极作为传感器信号的输出电极，传感器信号以频率信号输出。
4.根据权利要求2所述的快速响应的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于， 所述时钟控制电路模块设置应与对应传感器单元相匹配。
全文摘要
本发明公开了一种快速响应的声表面波气体传感器，其特征在于①包括N个结构相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或者等于2；②每个传感器单元都由设置在同一基片上的加热器、两个发射叉指电极和两个接收叉指电极构成，所述加热器的电极片是延长的迂折形延长线型结构，发射叉指电极和接收叉指电极对称地设置在加热器的左右两侧，叉指电极的电极片分别穿插在加热器的呈迂折状的电极片内，各自独立且不与加热器接触；③所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器连接并控制每个传感器单元的工作状态。
文档编号B81B7/02GK101852770SQ20101016174
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者孙萍, 杜晓松, 王然, 蒋亚东, 谢光忠 申请人:电子科技大学