[实用新型]多参数离子传感器、传感器芯片和监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及多参数离子检测技术领域，具体的，涉及一种多参数离子传感器、传感器芯片和监测系统。

背景技术

土壤盐碱化是植物生长过程中最常遇到的自然逆境之一，该问题影响世界生态环境、限制农林业生产发展，其在沿海地区表现尤为突出。据统计，全球有近20％的可耕种地受到盐碱化的影响。盐碱地在我国也是一个重要的土地资源，我国约有3000多万hm²的盐碱地。近年来，随着工农业的发展，环境污染加剧，淡水资源日益匾缺，海平面不断上升，陆地面积相对缩小，土壤盐渍化有日益加重的趋势。土壤含盐量是表征土壤盐分状况的主要参数，也是确定土壤盐渍化程度的最主要指标。准确可靠的土壤盐分分析数据是一切盐碱地工作的基础，而掌握土壤主要离子的含量对于盐碱地改良也有非常重要的作用。因此快速、准确、实时的测定土壤含盐量及主要离子含量成为科研工作中的基础研究和解决土地盐碱化问题的必然需求。

目前对盐碱地盐离子浓度检测设备和方法，如滴定法、传统离子选择电极传感器等都存在较大的不足。首先，已有的检测方法无法同时一次性测定可溶盐水中多种主要盐离子的浓度；其次，目前的测量方法需要人工亲自到检测现场取样和测量，不能对盐碱地盐离子的含量进行自动化远程测量和实时监控；再次，传统的检测设备测量过程繁杂，设备体型较大，功耗大，且和一般的测量仪器没有兼容性，不易集成。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何提高主要盐离子的检测效率。

为解决上述问题，一方面，本实用新型提供了一种多参数离子传感器， 包括：多个由成对的离子敏场效应晶体管组合的互补对结构；其中，每个互补对结构中成对的离子敏场效应晶体管共用一个参比电极；所述成对的离子敏场效应晶体管中的一个设有的敏感膜作为指示晶体管，另一个设有非活性膜作为参比晶体管；多个互补对结构中的敏感膜不同。

优选地，所述传感器中，每种敏感膜分别针对一种特定的离子；所述离子包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-中的至少一种。

优选地，所述传感器的互补对结构基于N沟道的离子敏场效应晶体管。

优选地，在每个互补对结构中：参比电极设置在成对的离子敏场效应晶体管之间；每个离子敏场效应晶体管为多层级结构，所述多层级结构的各层依次包括P型硅衬底、N型沟道、Si0₂氧化层、源漏电极、绝缘层及栅电极；其中，所述N型沟道形成在所述P型硅衬底的表面，所述源漏电极通过所述Si0₂氧化层中的通孔分别连接两个N型沟道区，所述栅电极通过所述绝缘层中的通孔连接所述Si0₂氧化层；所述敏感膜或所述非活性膜布设在所述栅电极表面并暴露在环境当中。

优选地，所述参比电极为Ag/AgCl参考电极。

优选地，所述源漏电极和所述栅电极为金属电极，所述栅电极通过铝互连线连接所述Si0₂氧化层。

另一方面，本实用新型还提供一种多参数离子传感器芯片，所述传感器芯片包括：如上所述的多参数离子传感器、放大器、A/D模数转换器、校验存储器、CRC发生器、SCK数据线、DATA三态门；其中，所述传感器的输出耦接所述放大器，所述放大器将所述传感器输出的模拟信号放大；所述放大器的输出耦接所述A/D转换器，所述A/D转换器将放大的模拟信号转换为数字信号；所述校验存储器耦接所述A/D转换器，保障模数转换的准确度；所述A/D转换器耦接所述CRC发生器，所述CRC发生器保障数据通信的安全；所述传感器芯片通过所述SCK数据线和与所述DATA三态门外部通信，所述SCK数据线负责处理器和离子传感器的通讯同步；所述DATA三态门用于数据的读取。

再一方面，本实用新型还提供一种多参数离子监测系统，所述监测系统包括：如上所述的多参数离子传感器芯片、无线收发模块、汇聚节点、网关模块、3G无线传输模块、远程网络服务器和用户终端；其中，所述多参 数离子传感器芯片与无线收发模块连接，组成单个传感器模块；所述无线收发模块与汇聚节点无线通信连接，将传感器模块采集的数据实时传送至汇聚节点；所述汇聚节点与网关模块无线通信连接，将数据传送至网关模块；所述网关模块与3G无线传输模块连接，将数据通过3G网络传送至远程网络服务器；所述用户终端将数据保存和显示给客户端。