一种薄膜气体传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体探测领域，特别是涉及一种基于光热光谱法的薄膜气体传感器。
【背景技术】
[0002]随着当今社会工业化的发展，空气污染的问题日渐突出，温室效应、酸雨、臭氧层的破坏等问题已经迫在眉睫，而解决这些问题的关键是迅速准确地检测到这些有毒的、有污染的气体物质，另外，在家居安全、矿井作业、火灾报警等方面气体检测也非常重要，为气敏传感器发展提供了的客观条件。
[0003]基于薄膜的气体传感器由于成本低、检测装置简单而是被重点发展的一类气体传感器。它将薄膜所吸附的气体种类和浓度转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得相关待测气体的信息，从而可以实现检测、监控和报警。目前广普型薄膜气体传感器存在选择性差的问题，当薄膜同时吸收几种气体时，由于检测的是电信号，所以无法区分几种气体各自的浓度。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种薄膜气体传感器。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为:
[0006]—种薄膜气体传感器，包括栗浦光源、分束镜、光强探测器、A/D转换模块和主机，分束镜置于栗浦光源出射栗浦光的光路上，所述分束镜反射光路前放置光强探测器，光强探测器通过A/D转换模块连接主机；还包括斩波器、聚焦透镜、选择性吸收薄膜、基底、检测光源、检测光探测器及放大器模块；所述选择性吸收薄膜置于基底上，基底用于支撑；所述分束镜透射光路依次放置斩波器、聚焦透镜和选择性吸收薄膜；检测光源出射的检测光通过选择性吸收薄膜及其附近区域后到达检测光探测器；检测光探测器通过放大器模块连接主机。
[0007]优选的，所述检测光探测器为光位置探测器或针孔光强探测器。
[0008]进一步优选的，所述检测光探测器为光位置探测器，所述检测光光路设置为掠过选择性吸收薄膜表面，位置探测器可以是二象限探测器，也可以是四象限探测器。
[0009]另一优选的，所述检测光光路设置为以一定角度斜向入射选择性吸收薄膜。该技术方案进一步优选的，所述检测光探测器为针孔光强探测器，在检测光源与选择性吸收薄膜之间的光路中设置聚焦透镜。
[0010]另一进一步优选的，所述检测光探测器设置在所述检测光入射至选择性吸收薄膜反射后形成的反射光路上。
[0011]另一进一步优选的，所述检测光探测器设置在所述检测光入射至选择性吸收薄膜透射后形成的透射光路上。
[0012]优选的，所述放大器模块包括前置放大器和锁相放大器，所述检测光探测器通过前置放大器连接锁相放大器被测信号端，锁相放大器参考信号端连接斩波器，锁相放大器输出端通过A/D转换模块连接主机。
[0013]优选的，所述选择性吸收薄膜材质为聚合物，所述聚合物可以选用SXFA、PHFA、SXPYR、PE1、0V202、PIB或SXPH等常用的吸收膜材质。
[0014]本实用新型技术方案中，一定腔体内的被检测物质对栗浦激光的吸收越强或者栗浦激光的光强越强，所产生的待检测信号就越强，检测灵敏度就越高。本技术方案对所述栗浦光源的激光器没有特定限制，可以是固体激光器，气体激光器或者半导体激光器，可以是连续激光器或者脉冲激光器，可以是可调谐激光器或者单一波长的激光器，只要腔体内的被检测物质能对栗浦激光产生吸收即可。
[0015]检测光源发射检测激光，要求检测光不被腔体内的被检测物质吸收，对激光器的类型没有特定限制，可以是固体激光器，气体激光器或者半导体激光器，可以是连续激光器或者脉冲激光器，可以是可调谐激光器或者单一波长的激光器。
[0016]本实用新型技术方案利用了光热光谱技术，该技术是通过对光束偏转大小或者散焦程度的测定，来确定被测物质的光学、热学、力学等物理参数。其原理是被测样品某一区域吸收栗浦激光的光能后，吸收的光能转换为热能，并在被测物质的内部及邻近的媒质中产生加热效应，由于物质的折射率是温度的函数，所以在被测样品的被加热区及邻近的媒质内造成折射率变化，形成折射率梯度；热效应也可同时使被测样品直接发生形变；同时此时如果让另一束检测光入射被测样品或者其表面邻近具有折射率梯度的区域，则检测光将发生偏转或者散焦。
[0017]在本实用新型技术方案中，使用一种可以吸收空气中特定种类的气体分子选择性吸收薄膜，将一束可调谐波长栗浦光照射到该膜上，栗浦光的波长调到特定气体分子的吸收波长上，气体分子会因为吸收栗浦光而产生热量从而在选择性吸收薄膜以及邻近的媒介中产生温度梯度，再让一束检测光通过温度梯度，检测光会产生偏转或者散焦，根据光探测器探测到的偏转或者散焦量的大小来推断气体的含量。
[0018]本实用新型技术方案的有益效果在于，采用了光谱检测的方式，可以选择几种气体分子分别合适的谱线，使得这几种谱线相互错开，且只有当激光的波长调谐到相应的谱线波长时才产生吸收，不会存在几种气体无法区分的问题，克服了传统检测电信号的传感器选择性差的问题。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1装置结构及工作原理示意图；
[0020]图2为实施例2装置结构及工作原理示意图；
[0021]图3a为实施例2装置薄膜未吸收气体时检测光反射示意图；
[0022]图3b为实施例2装置薄膜吸收气体时检测光反射示意图；
[0023]图4a为实施例3装置薄膜未吸收气体时检测光透射示意图；
[0024]图4b为实施例3装置薄膜吸收气体时检测光透射示意图；
[0025]图5为实施例4装置结构及工作原理示意图；
[0026]图6a为实施例4装置薄膜未吸收气体时检测光反射不意图；
[0027]图6b为实施例4装置薄膜吸收气体时检测光反射不意图；
[0028]图7a为实施例5装置薄膜未吸收气体时检测光透射示意图；
[0029]图7b为实施例5装置薄膜吸收气体时检测光透射示意图。
[0030]其中:
[0031]1:栗浦光源；1_1:栗浦光；1_2:分束光；2:分束镜；3:光强探测器；4:主机；4_1:A/D转换模块；5:斩波器；6:聚焦透镜；7:选择性吸收薄膜；7-1:凸起；7-2:基底；8:检测光源；8-1:检测光；8-2:反射光；8-3:散焦反射光；8-4:偏转反射光；8_5:透射光；8_6:散焦透射光；8-7:偏转透射光；9-1:光位置探测器；9-2:针孔光强探测器:前置放大器；10_2:锁相放大器。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步说明，以便更好地理解本实用新型。
[0033]实施例1
[0034]图1所示是本实施例的基本结构和工作原理。
[0035]本实施例采用光热偏转的原理。栗浦光源I发射栗浦激光，栗浦光1-1首先入射到分束镜2上，有小部分光入射到光强探测器3中作为归一化信号，以消除由于栗浦光1-1功率波动而引起的测量误差；光强探测器3将接收到的信号输入到A/D转换模块4-1中，再输入到主机4中进行数据采集；大部分光透过分束镜2，然后由一个斩波器5斩波进行振幅调制，斩波器5的作用是给栗浦光1-1 一个周期性调制信号；斩波器5的信号被接入到锁相放大器10-2中，以抑制光学噪声；最后栗浦光1-1被聚焦透镜6聚焦到选择性吸