[实用新型]一种薄膜气体传感器

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种薄膜气体传感器，包括泵浦光源、分束镜、光强探测器、A/D转换模块和主机，分束镜置于泵浦光源出射泵浦光的光路上，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、PEI、OV202、PIB或SXPH等常用的吸收膜材质。

本实用新型技术方案中，一定腔体内的被检测物质对泵浦激光的吸收越强或者泵浦激光的光强越强，所产生的待检测信号就越强，检测灵敏度就越高。本技术方案对所述泵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泵浦激光产生吸收即可。

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。

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泵浦激光的光能后，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。

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，将一束可调谐波长泵浦光照射到该膜上，泵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泵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。