专利名称：使用纳米管的谐振气体传感器的制作方法
使用纳米管的谐振气体传感器
背景技术：
除非另有声明，这一部分中所述的材料并非相对于该申请中权利要求是现有技术，并且并不承认包括在这一部分中就是现有技术。人的感觉不容易检测许多危险气体。例如，氡-222气体是无嗅、无味和不可见的，因此不能够被人的感觉检测到。当氡-222衰变时，其发射阿尔法粒子，阿尔法粒子可能损害肺部组织，并且已经与引发人类肺癌联系起来。空气质量监测器已经用于检测这种有害气体。然而通常，这些空气质量监测器的设计可能限制了可以检测的气体的数目，使得需要许多不同的监测器来检测多种气体。此外，传统的空气质量监测器较大，并且在一些情况下监测器的精度依赖于外部因素，例如湿度、温度和气体浓度级。本公开认识到感测具有足以达到空气中可检测浓度的蒸汽压的液体是困难的和/ 或昂贵的。感测通过升华的固体而释放的蒸汽是困难的和/或昂贵的。检测化学气相沉积单层厚度和/或相应的气相浓度也是困难的。
根据结合附图的以下描述和所述权利要求，本发明公开的前述和其他特征将变得更加清楚明白。应该理解的是这些附图只是描述了根据本发明公开的几个实施例，因此不应该看作是限制其范围，将通过使用附图利用附加的特性和细节来描述本发明的公开，其中图IA是配置为识别气体混合物中至少一种气体的系统的方框图；图IB是用于检测一种或多种气体的一些示例传感器的图示；图IC是图IB示例传感器的侧视示；图2是检测一种或多种气体的一些示例传感器的图示；图3是检测一种或多种气体的一些示例传感器的图示；图4A是示例谐振器的基本谐振响应的说明性曲线；图4B是具有图4A所示基本谐振响应的示例谐振器的偏移谐振响应的说明性曲线.
-^4 ，图5是确定一种或多种气体的浓度级的一些示例传感器系统的方框图；图6是说明确定一种或多种气体的浓度级的一些示例方法的流程图；图7是说明确定一种或多种气体的浓度级的一些示例方法的流程图；图8是说明检测包括两种或多种气体的混合物的变化的一些示例方法800的流程图；图9是说明了一些示例计算设备的方框图，所有都根据本公开的至少一些实施例设置。
发明内容
本公开总体上描述了一种传感器，配置为检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少一种气体。一些示例传感器可以包括电介质衬底、在所述电介质衬底的第一表面上的导电板以及在所述导电板上设置的纳米管层。导电板与纳米管层相结合可以形成谐振器。所述谐振器可以配置为响应于询问信号产生谐振响应信号。谐振响应信号可以指示谐振器的谐振特性，该谐振器的谐振特性在传感器与所述容积中的至少一种气体接触时发生变化，使得谐振器的谐振特性识别至少一种气体。本公开总体上还描述了一种系统，用于检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少一种气体。一些示例系统可以包括信号发生器、至少一个传感器和检测器。信号发生器可以配置为提供询问信号。所述至少一个传感器可以包括谐振器，并且可以配置为接收所述询问信号并且响应于所述询问信号产生谐振响应信号。所述谐振响应信号可以指示谐振器的谐振特性，该谐振器的谐振特性在所述至少一个传感器与所述容积中的至少一种气体接触时发生变化的，使得谐振器的谐振特性识别所述至少一种气体。所述检测器可以配置为接收谐振响应信号，并且产生检测信号，所述检测信号对识别所述至少一种气体的谐振器的谐振特性加以指示。本公开还描述了一种方法，用于识别包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的两种或更多种气体。一些示例方法包括向谐振器施加一个或多个询问信号，测量当被询问信号激励时谐振器的两个或更多个谐振响应；以及根据两个或更多个谐振响应来确定两种或更多气体的身份。在一些示例方法中，谐振器包括碳纳米管。本公开总体上还描述了一种方法，用于识别包括两种或更多种气体的混合物中的气体。一些示例方法包括利用天线接收基于无线电的询问信号。所述基于无线电的询问信号可以包括多个询问频率。所述天线操作性地耦合至碳纳米管谐振器，或者所述天线至少部分地由碳纳米管谐振器形成。一些示例方法还可以包括利用碳纳米管谐振器响应于基于无线电的询问信号来产生至少一个谐振响应，并且基于至少一个谐振响应来识别与碳纳米管谐振器接触的气体。在一些示例方法中，碳纳米管谐振器的谐振响应基于与碳纳米管谐振器接触的气体混合物的成分而变化。以上概述只是示例性的而绝不是限制性的。除了上述示例性的方案、实施例和特征之外，另外的方案、实施例和特征通过参考附图和以下详细描述将变得清楚明白。
具体实施例方式在以下详细描述中，参考作为附图进行，所述附图形成了描述的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，类似的符号典型地表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意味着限制。在不脱离这里所展现主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例或者可以进行其他变化。应该理解的是如这里一般性描述并且在附图中说明的本公开的方面可以按照多种不同的结构进行排列、替代、组合、分离和设计，这里明确地考虑了这些内容。本公开涉及通常与检测至少一种气体的存在和/或浓度级相关的方法、系统、装置和/或设备。一些示例装置可以包括传感器，所述传感器包括电介质衬底、导电板以及在导电板上的纳米管层。导电板可以设置在电介质衬底的第一表面上。纳米管层可以设置在导电板上，使得纳米管层和导电板形成谐振器，所述谐振器响应于电磁询问信号按照一定频率进行电磁谐振。纳米管层可以配置为与一种或多种气体分子相关联。例如，纳米管层可以配置为吸收气体分子。谐振器谐振的频率可以根据哪些气体分子与纳米管层相关联而偏移。谐振可以表现为谐振响应信号。谐振响应信号的幅度可以指示检测的气体的存在和/或浓度级。还可以将谐振频率检测为与谐振响应信号的倒相相对应的频率。谐振器具有基本谐振频率。响应于纳米管层与一种或多种类型的气体分子相关联，谐振器的谐振频率可以偏移至第二或偏移的谐振频率，指示了与传感器接触的气体。更具体地，与所述纳米管层相关联的每一种类型的气体分子可以在谐振器中产生特定的特征谐振频率偏移。也就是说，频率偏移的大小可以指示检测的气体的种类。因此在一些示例中，单个谐振器可以配置为检测传感器所暴露给的多种气体。图IA是根据这里所述的至少一些实施例的系统I的方框图，系统I配置为识别气体混合物中的至少一种气体。信号发生器2可以配置为产生至少一个电磁询问信号(或者简单地，询问信号)，其中每一个询问信号包括一个或多个相关联的频率(例如，具有一定频率范围的宽带信号，或者具有减小的频率范围的窄带信号)。可选地，信号发生器2可以配置为产生多个电磁询问信号。信号发生器2操作性地耦合至至少一个传感器4，其中将传感器4设置在包括气体混合物的容积6中。传感器4可以配置为接收由信号发生器2产生的至少一个询问信号，导致对传感器的激励，使得传感器可以在被激励的同时提供谐振响应信号。谐振响应信号包括谐振频率，所述谐振频率对容积6中气体混合物中至少一种气体的存在加以指示。可选地，传感器4可以配置为从信号发生器2接收多个电磁询问信号，导致对传感器的激励，使得所述传感器可以提供包括两个或更多个谐振频率的谐振响应信号，所述两个或更多个谐振频率中的每一个由接触传感器4的相应气体来确定。检测器8可以配置为评估至少一个传感器4的谐振响应。检测器8可以操作以检测传感器4的谐振特性(例如，谐振频率、谐振频率偏移、谐振的Q因子等)，所述谐振特性指示了与传感器4周围至少一种气体的存在。可选地，检测器8可以配置为检测与传感器4相关联的两个或多个谐振频率，以识别与传感器4周围的气体混合物中的两种或更多种气体。图IB和IC是根据本公开至少一些示例的一些示例传感器100的图示，传感器100配置为检测一种或多种气体。示例传感器100可以替换图IA的系统101中的传感器4。如图IB和IC所不,不例传感器100还包括导电板104。根据一些实施例，导电板104可以形成为刻蚀的铜层。碳纳米管层106被导电板104支撑。根据一些实施例，碳纳米管层106可以包括单壁碳纳米管和/或基本上由单壁碳纳米管构成。根据一些非限制性示例，可以将碳纳米管形成为导电板上的自组装单层(SAM)。碳纳米管层106可以设置为接触容积6中的气体混合物。导电板104和碳纳米管层106配置为协同形成谐振器120。当被询问信号激励时谐振器120具有特征谐振频率。可以将谐振器120的特征谐振频率称作是当谐振器在例如真空等缺省条件下时的基本谐振频率。尽管基本谐振频率可以典型地表示受激励谐振器120的一次谐波响应，一些实施例可以使用二次或更高次谐波或一次谐波的分谐波作为基本谐振频率。类似地，偏移的谐振频率(下面更加全面地描述)可以表示一次谐波响应的谐波或者分谐波。谐波和/或分谐波系统可以使用例如检测器8部件的适当滤波和/或调谐，以及/或者系统101的电路的寄生电阻和/或电容。当将谐振器120暴露到与缺省条件不同的环境中时(也就是说，不是真空，并且因此存在气态环境)，谐振器120的特征谐振频率展现出偏移的谐振频率。至少部分地通过至少一种气体的存在来确定谐振器120的谐振频率的偏移量。根据一种观点，通过碳纳米管响应于对至少一种气体分子的吸收而发生的导电性变化，来确定偏移的谐振频率。根据另一种观点，被吸收分子的化合价与碳纳米管的导带相互作用以改变碳纳米管的电子迁移率。电子迁移率的累积变化改变了谐振器120的谐振响应。可以使谐振响应的宽度变窄(例如最大带宽的一半)以改善响应特异性。减小谐振响应中存在的频率范围的一种方式可以是使用以尺寸分类的碳纳米管，例如使用多肽或多聚核苷酸分类方法。这可以用于产生实质上所有都具有大致相同尺寸的碳纳米管的层106。碳纳米管的窄尺寸分布可以产生谐振器120中较高的Q因子，其使得与单个谐振峰对应的谐振频率范围变窄。具有较高Q因子的谐振器也展现出增加了相对响应幅度的附加效应。谐振响应幅度至少部分地与和谐振频率对应的具体气体的浓度成比例。因此，增大Q因子也可以改善系统101灵敏度，并且减小可以检测气体的最小浓度。减小谐振响应中存在的频率范围的另一种方式是减小与频率的偏振依赖性相关的波长多样化。例如，导电板104可以是圆形的。可以将从圆形度的偏离最小化以增大Q因子。根据一些实施例，可以将高纵横比(例如，大于10 I的尺寸比)的矩形或其他多边形用于导电板104，使得导电板104可以提供能够过滤的双模谐振响应。传感器100可以包括至少一个馈线110，所述馈线操作性地耦合至信号发生器2和检测器8。馈线110可以配置为从信号发生器2接收至少一个询问信号，并且利用所述询问信号激励谐振器120。如果至少一个谐振器120展现出与询问信号相关联的频率下的谐振(也就是说，如果存在相应的气体)，则馈线110也可以从至少一个谐振器120接收谐振响应信号，并且将谐振响应信号传导至操作性耦合的检测器8。在图IA和IB的示例中，传感器100可以形成于电介质衬底102上，地平面112也可以形成于电介质衬底102上。地平面典型地与谐振器120和馈线110相分离(也就是绝缘)，以在馈线110和谐振器120之间闭合谐振电路。按照这种方式，谐振器120和地平面112可以有效地形成补片天线，补片天线具有由环境中存在的气体确定的、经调谐的响应。在一些实施例中，谐振器120和地平面112可以通过无线电信号直接询问。在图IA和IB所示的实施例中，至少一条馈线110经由包括天线108在内的无线电接口操作性地耦合至信号发生器2和检测器8中的一个或多个。图2是根据这里所述的至少一些示例的一些示例传感器200的图示，示例传感器200用于检测一种或多种气体。不例传感器200可以替代图IA的系统101中的传感器4。如所示的，示例传感器200可以包括彼此电隔离的多条馈线210a、210b。传感器200可以包括操作性地耦合至馈线210a、210b的相应多个谐振器220a、220b。在这种示例中，传感器200可以包括开关224，所述开关224配置为选择性地将信号发生器2和检测器8耦合至多条馈线210a、210b，例如经由相应的迹线214a、214b来耦合。多个谐振器220a、220b的每一个可以配置为响应于气体混合物中特定气体的存在，按照由信号发生器2输出的至少一个频率来谐振。多个谐振器220a、220b的每一个彼此可以具有不同的尺寸，使得每一个谐振器响应于不同气体的存在。可以通过对准开关224以将与特定谐振器220a、220b对应的馈线210a、210b耦合至信号发生器2和检测器6 (图1A)，来测量特定谐振器220a、220b的响应。通过为每一个谐振器选择基本谐振频率，可以对针对特定气体的偏移谐振频率进行调谐以响应于与选定的询问信号相关联的特定频率。根据一些实施例，信号发生器2和检测器8可以配置为分别产生和检测实质上一个频率，但是系统101仍然可以配置为通过选择不同的馈线210a、210b和谐振器220a、220b来检测多种气体。图3是根据这里描述的至少一些示例的一些示例传感器300的图示，示例传感器300用于检测一种或多种气体。不例传感器300可以替代图IA的系统101中的传感器4。示出了传感器300，包括操作性地耦合至一条馈线210的多个谐振器220a、220b。多个谐振器的每一个可以是不同的尺寸。也就是说，多个谐振器220a、220b每一个均可以配置为响应于气体混合物中的不同相应气体的存在，按照不同的偏移谐振频率谐振。例如，示例传感器300可以用于图I的示例系统101中，示例系统101可以包括信号发生器2，所述信号发生器配置为产生与各个不同偏移谐振频率相对应的多个相关联频率下的一个或多个询问信号。示例系统101中的检测器8可以配置为通过评估当询问信号激励谐振器时的谐振响应信号，来检测偏移谐振频率。按照这种方式，系统101 (例如参见图1A)可以在与频率偏移分布不同的频谱上分布的询问信号和响应信号的频率下操作，这是因为每一个特征偏移来自于选定的基本频率。再次参考图1A，检测器8可以配置为输出与至少一种气体的检测相关联的信号(即检测信号)。所述检测信号可以是模拟信号(例如，电压、电流等)或数字信号(例如，数据比特)。控制器520可以操作性地耦合至检测器8并且接收检测信号。控制器520可以配置为响应于从检测器6接收到检测信号来确定至少一种气体的存在。数据接口 510也可以操作性地耦合至控制器520。在一些实施例中，控制器520可以配置为当根据接收的检测信号确定至少一种气体存在时，断言警报条件。例如，控制器520可以配置为响应于检测到所述至少一种气体的存在，经由数据接口 510来断言警报，以输出人可检测到的信号。容积6可以是大气压力下的空气容积。在一些实施例中，容积6可以是空气容积，并且所检测的至少一种气体可以是氡。参考图5，至少一个传感器可以包括设置在各个不同空气容积中的两个传感器540a、540b。包括信号发生器和检测器在内的测量电路560可以操作性地耦合至两个传感器540a、540b。各个谐振响应信号可以从两个传感器540a、540b接收。测量电路560可以配置为通过对从两个传感器540a、540b接收的各个谐振响应信号进行比较，来检测空气容积之一中至少一种气体的存在。再次参考图IB和1C，是根据本公开至少一些示例的一些示例传感器100的图示，示例传感器100配置为检测一种或多种气体。图IB是示例传感器100的顶视图，而图IC是示例传感器100的侧视图。示例传感器100可以包括电介质衬底102、导电板104、设置在导电板104上的纳米管层106、以及配置为向谐振器120施加询问信号的馈线110。地平面112可以形成于电介质衬底102的背面上，或者替代地可以由谐振器120和馈线附近的导电外壳或其他材料形成，以电磁耦合谐振器120和馈线110。传感器100可以可选地包括询问天线108，所述询问天线经由具有解调谐短线116的迹线114操作性地耦合至馈线110。电介质衬底102是绝缘材料。在一个示例中，电介质材料可以是由国家电气制造协会指定的FR-4等级的材料。可以将导电板104设置在电介质衬底102的第一表面上。可以使用多种手段将导电板104物理地附着至电介质衬底102，例如结合剂或者粘合层、共熔型附着、焊接型附着或者其他耦合手段。在一些示例中，可以使用电镀溶液、刻蚀、溅射等将导电板104形成于电介质衬底102的表面上。在一些示例中，导电板104可以是铜导电板。在一些示例中，通过对由电路板销售商提供的导体层进行掩模和刻蚀来形成导电板104和馈线110(并且可选地，形成其他部件，例如图IB中所示的询问天线108、迹线114、解调谐短线116和地平面112)。碳纳米管层106可以是在导电板104的表面上设置的纳米管的层，以形成谐振器120。在一些示例中，纳米管层106可以包括多个碳纳米管，并且可以使用适当方法沉积到导电板104上，例如基于气相的沉积方法。在另一个示例中，可以通过对包括纳米管的溶液进行涂覆、浸溃、喷射、旋涂或丝网印刷来形成纳米管层106。可以将纳米管沉积到可固化粘合料上，或者所述溶液可以包括可固化粘合料。在一些示例中，纳米管层可以包括单层。可以将馈线110设置在电介质衬底102的第一表面上。可以将地平面112设置在与馈线110和导电板104不同的电介质衬底102的相对侧面上。在一些示例中，地平面112可以比馈线110和导电板104具有更大的占有面积，并且可以将地平面定位为延伸超过馈线110和导电板104。馈线110可以与频率源物理相连，或者所述馈线可以通过询问天线108经由射频询问来操作性地耦合至频率源。询问天线108可以通过迹线114耦合至馈线110。询问天线108可以配置为接收与询问频率的扫描范围相对应的询问信号，并且将扫描的询问频率提供给馈线110。馈线110可以将询问信号提供给谐振器120。当来自馈线110的询问信号具有与谐振器120的谐振频率相对应的频率时，谐振器120可以谐振。也就是说，谐振器120响应于询问信号发生谐振。解调谐短线116可以操作性地耦合至询问天线108或者迹线104。解调谐短线116减小了天线和馈线的品质因子(Q因子)，以允许将较宽范围的询问频率传输至谐振器120。询问信号可以包括针对谐振器的指定基频。在其他示例中，询问信号可以包括基频的一个或多个谐波或分谐波。谐振器120的谐振引起谐振响应信号的产生，谐振响应信号可以表现为馈线110中的反射率。例如，谐振器120的谐振频率可以通过询问信号的谐振响应的变化来感测。如上所述，纳米管层106可以与一种或多种气体分子相关联。在一些示例中，纳米管层106可以通过将一种或多种气体分子吸收到纳米管中的开口中、纳米管的表面上、相邻纳米管之间的胞间隙中、或者这些位置的组合，来与一种或多种气体分子相关联。与谐振器120相关联的谐振频率可以根据哪种气体分子与纳米管层106相关联而发生偏移。具体地，谐振器120可以具有第一特征谐振频率。响应于与一种类型气体分子相关联的纳米管层106，谐振器对于电磁询问的谐振响应的一部分从基本谐振频率偏移至第一偏移谐振频率。如上所述，可以在馈线110中检测所述谐振作为对询问信号的在特征频率(或者偏移的特征频率)下的谐振响应。类似地，响应于纳米管层106与另一种类型气体分子相关联，谐振器120的谐振响应的一部分偏移至第二偏移谐振频率。在一些不例中，传感器100可以用在空气中，并且谐振器120的基础谐振响应包括与真空、氮、氧、氩和二氧化碳响应相对应的频率分量。空气成分的浓度级的变化导致谐振响应的相应幅度变化。另一种气体的添加导致与空气成分相对应的一些谐振响应偏移至与所添加的气体相对应的另一偏移响应频率。在另一个不例中，传感器100可以在基础环境中操作，所述基础环境实质上包括例如氩之类的单一纯气体或者选择为不遮蔽响应的另一种气体。可以将测试气体注入到谐振器120周围的空间中，并且谐振偏移可以测量为偏离单一纯基本气体中系统谐振行为的变化。谐振器100可以包括集成的测量电路(未示出)，所述测量电路配置为提供询问频率，并且测量谐振响应信号的幅度和/或频率。在其他示例中，测量电路可以在传感器100外部。在其他实施例中，传感器100可以包括无线电接口(未示出)，所述无线电接口包括天线和收发机。在这种实施例中，图IA设备的全部或者一部分可以集成到衬底102上。测量电路(未示出，集成到传感器100中或者分离的)测量的谐振响应信号可以用于确定所检测的气体的浓度级。具体地，偏移谐振频率的幅度可以基于所检测气体的浓度级。因此，幅度的变化可以指示与传感器100所处的周围空气中检测的气体相关联的浓度级。谐振器120也可以配置为通过在相应的多个偏移谐振频率下谐振来检测多种气体，其中谐振频率偏移的大小指示存在的具体气体，并且偏移频率下的幅度指示相应气体的相应浓度级。发生谐振时的频率偏移量(例如以赫兹为单位的变化)可以基于所检测气体的种类。在一些示例中，不是包括询问天线108，而是传感器100可以包括另一类型的频率源，例如振荡器。在一些替代示例中，传感器100可以经由连接器操作性地耦合至外部频率源。再次参考图2，图2是根据本公开至少一些示例的一些示例传感器200的图示，示例传感器200用于检测一种或多种气体。传感器200包括电介质衬底202,所述电介质衬底包括多个谐振器220a、220b等，每一个谐振器220包括导电板204，在导电板204上形成有纳米管层206。传感器200还可以包括多个馈线210a、210b等，迹线214a、214b等以及地平面212。每一个迹线214可以操作性地耦合至传感器200上或传感器200外部的频率源(未示出)，例如单频率或多频率询问天线(未示出)。如果频率源在传感器220的外部，频率源可以经由外部连接器操作性地耦合至迹线。每一个谐振器220可以操作性地耦合至相应的馈线210。每一个地平面2112可以形成于不同于谐振器220的电介质衬底202相对侧面上，并且与相应的馈线210和谐振器220交叠。频率源可以配置为经由各自相应操作性地耦合的迹线214向每一个馈线210提供询问信号。具体地，传感器200或外部设备可以包括开关224，所述开关224操作性地耦合至频率源和每一个馈线210，配置为选择性地将频率源耦合至相应的馈线210。每一个馈线210可以配置为将具有相关联频率的询问信号施加至相应的谐振器220。每一个谐振器可以具有测量或者设计的基础谐振频率，并且可以配置为响应于一种或多种气体与其纳米管相关联来展现偏移的谐振。在一些示例中，每一个谐振器220可以配置为响应于相同的询问信号并且响应于不同气体与相应谐振器220上的纳米管206相关联，按照偏移的谐振进行谐振。具体地，可以基于导电板204的直径来选择每一个谐振器220的偏移谐振频率。可以根据以下关系确定真空中谐振器220的谐振频率
权利要求
1.一种传感器，配置为检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少一种气体，所述传感器包括 电介质衬底； 在所述电介质衬底的第一表面上的导电板；以及 在所述导电板上设置的纳米管层，所述导电板与所述纳米管层相结合形成谐振器，其中所述谐振器配置为响应于询问信号产生谐振响应信号，所述谐振响应信号指示了所述谐振器的谐振特性，所述谐振特性在所述传感器与所述容积中的所述至少一种气体接触时发生变化，使得所述谐振器的所述谐振特性识别所述至少一种气体。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述谐振器的所述谐振特性包括以下一个或多个所述谐振器的谐振频率、所述谐振器的谐振频率中的频率偏移、与所述谐振器相关联的Q因子、与所述谐振响应信号相关联的幅度、与所述谐振响应信号相关联的相位、和/或多个谐振频率的差异。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述纳米管层包括以下一个或多个纳米管单层、碳纳米管单层、单壁纳米管层、单壁碳纳米管层、气相沉积纳米管层、气相沉积碳纳米管层、具有实质上相同直径的纳米管的层、和/或具有实质上相同长度的纳米管的层。
4.根据权利要求1所述的传感器，还包括其上形成有第二纳米管层的附加导电板，其中所述导电板配置为作为第一谐振器的一部分操作，并且其中所述附加的导电板配置为作为第二谐振器的一部分操作。
5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述第一谐振器和所述第二谐振器具有不同的尺寸，使得所述第一谐振器和所述第二谐振器具有用于识别不同气体的谐振特性。
6.根据权利要求4所述的传感器，还包括至少一个馈线，所述至少一个馈线配置为向所述第一谐振器和所述第二谐振器提供询问信号，并且其中所述询问信号具有与之关联的一个或多个频率。
7.根据权利要求4所述的传感器，还包括第一馈线和第二馈线，所述第一馈线配置为选择性地向所述第一谐振器提供所述询问信号，并且所述第二馈线配置为选择性地向所述第二谐振器提供所述询问信号。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中与所述第一谐振器相关联的询问信号不同于与所述第二谐振器相关联的询问信号。
9.根据权利要求I所述的传感器，其中所述导电板包括圆形板和/或铜板中的一个或多个。
10.根据权利要求I所述的传感器，还包括与所述谐振器绝缘并且在所述谐振器下方的地平面。
11.一种用于检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少一种气体的系统，所述系统包括 信号发生器，配置为提供询问信号； 至少一个传感器，配置为接收所述询问信号，其中所述至少一个传感器包括谐振器，所述谐振器配置为响应于所述询问信号产生谐振响应信号，所述谐振响应信号指示了所述谐振器的谐振特性，所述谐振特性在所述至少一个传感器与所述容积中的至少一种气体接触时发生变化，使得所述谐振器的所述谐振特性识别所述至少一种气体；以及检测器，配置为接收谐振响应信号，并且产生检测信号，所述检测信号指示了对所述至少一种气体加以识别的所述谐振器的所述谐振特性。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述信号发生器和所述检测器是传感器接口的一部分。
13.根据权利要求11所述的系统，还包括控制器，所述控制器操作性地耦合至所述检测器，并且配置为接收检测信号，其中所述控制器还配置为将检测信号与期待值进行比较，以确定所述容积中所述至少一种气体的存在和/或不存在。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个传感器无线地耦合至所述信号发生器或者所述检测器。
15.根据权利要求11所述的系统，还包括控制传感器，所述控制传感器包括控制谐振 器，其中所述控制传感器位于包括已知气体在内的不同容积中，其中所述控制谐振器配置为响应于询问信号产生控制响应信号，所述控制响应信号指示当所述控制传感器与所述不同容积中的已知气体接触时所述控制谐振器的谐振特性，使得所述控制谐振器的所述谐振特性识别所述已知气体。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括控制器，所述控制器配置为将所述控制谐振器的谐振特性与所述谐振器的谐振特性进行比较，以识别对所述至少一个传感器周围的所述至少一种气体的存在加以指示的差异。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所识别的差异与以下一个或多个相对应幅度差、Q因子差、相位差、谐振频率差、谐振频率偏移、和/或多个谐振频率的差异。
18.根据权利要求11所述的系统，所述至少一个传感器中的谐振器包括设置在导电板上并适于接触所述两种或更多种气体的混合物的碳纳米管层，其中当被询问信号激励时所述谐振器具有谐振频率，其中所述谐振器的所述谐振频率在存在所述至少一种气体时发生偏移。
19.一种用于识别包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的两种或更多种气体的方法，所述方法包括 向谐振器施加一个或多个询问信号，所述谐振器包括碳纳米管； 测量当被所述询问信号激励时所述谐振器的两个或更多个谐振响应；以及 根据所述两个或更多个谐振响应来确定两种或更多种气体的身份。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述容积是第一容积，并且所述谐振器是第一谐振器，所述方法还包括 向与第二容积接触的第二谐振器施加一个或多个询问信号，所述第二容积不同于所述第一容积； 测量当被所述询问信号激励时所述第二谐振器的两个或更多个谐振响应；以及 其中确定两种或更多种气体的身份包括根据所述第一谐振器的两个或更多个谐振响应以及所述第二谐振器的两个或更多个谐振响应之间的差异来确定两种或更多种气体的身份。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一谐振器与所述第二谐振器近似同时谐振。
22.根据权利要求19所述的方法,其中向谐振器施加一个或多个询问信号包括向多个谐振器施加一个或多个询问信号，并且其中测量所述谐振器的两个或更多个谐振响应包括测量所述多个谐振器中每一个谐振器的两个或更多个谐振响应。
23.一种用于识别包括两种或更多种气体的混合物中的气体的方法，包括 利用天线接收基于无线电的询问信号，所述基于无线电的询问信号包括多个询问频率，所述天线操作性地耦合至碳纳米管谐振器，或者所述天线至少部分地由所述碳纳米管谐振器形成；以及 利用所述碳纳米管谐振器响应于所述基于无线电的询问信号来产生至少一个谐振响应，其中所述碳纳米管谐振器的谐振响应基于与所述碳纳米管谐振器接触的气体混合物的成分而变化；以及 基于所述至少一个谐振响应来识别与所述碳纳米管谐振器接触的气体。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述天线的至少一部分包括所述碳纳米管谐振器。
全文摘要
总体上描述了一种用于检测至少一种气体的浓度级的技术。一些示例装置可以包括传感器，传感器包括电介质表面上的导电板，在导电板上形成有纳米管层。导电板和纳米管层形成谐振器，谐振器响应于询问信号在一定频率下谐振。纳米管层可以配置为与一种或多种气体分子相关联。谐振器谐振的频率可以根据哪种气体分子与纳米管层相关联而偏移，以识别特定气体。谐振量可以表现为谐振响应信号。谐振响应信号的幅度可以指示所检测气体的浓度级。
文档编号G01R27/26GK102985815SQ201080067920
公开日2013年3月20日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者H·斯普拉格·阿克利, 克里斯托夫·A·威克洛夫 申请人:英派尔科技开发有限公司