[发明专利]一种扁平化的微型烟雾探测传感器及其工作方法

说明书

本发明涉及一种扁平化的微型烟雾探测传感器及其工作方法，该微型烟雾探测传感器包括两个未封装的光源、至少一个未封装的探测器、PCB基板和壳体,光源、探测器和壳体均固定在PCB基板上，且光源和探测器位于壳体的内部；两个光源出射不同的波长，壳体的顶部开设有若干个透气孔，壳体顶部的内壁上设置有吸光层。在传感器中设置两个发射不同波长的光源和至少一个探测器，通过两个发射不同波长的光源可有效避免因粉尘进入而导致的误判。采用基于微电子技术的扁平化封装方式，采集效率得以保证；在传感器制作中可以采用裸芯片进行封装和集成，大大提高了光电感烟探测器的集成度，并降低了其成本。

技术领域

本发明涉及一种扁平化的微型烟雾探测传感器及其工作方法，属于光电元器件技术领域。

背景技术

烟雾检测技术广泛应用于大气环境检测、仓库火灾安全监控，以及电池安全监控等领域。目前常用的烟雾探测器大都基于光学散射原理，如图1所示，光源11(LED或半导体激光器)发出的光被烟雾颗粒散射，烟雾浓度越高，散射光就越强，通过在合适的位置放置探测器12(光电二极管)，可以有效检测散射光，进而根据探测器输出信号的大小判断烟雾浓度，此烟雾探测器又称作光电感烟探测器。

目前，常用的光电感烟探测器，有一对光源和探测器，一个用于吸收(或反射)直射光的结构，如光陷结构，用来减小反射光对探测器的影响，使探测器接收到的光信号大部分来自于颗粒物导致的散射光。

光电感烟探测器通过直接探测火灾中生成的烟颗粒散射光，进行火灾检测，虽然在家用等领域得以广泛使用，但仍存在三个主要的问题，使其难以满足很多高端应用场合。

第一、存在误报，由于空气中的水汽、粉尘等其他微小颗粒物密集度过大时产生的散射光，而非火灾本身产生得烟雾颗粒物，使得探测器发生报警现象。在光源和探测器位置固定的情况下，散射光(P_scatt)大小与光源的发射波长(λ)、颗粒物的大小相关(d)、颗粒物浓度(c)，P_scatt＝f(λ,d,с)即。虽然水汽、粉尘等干扰颗粒物的大小与火灾颗粒物的大小不同，但在单一光源下，仍难以区分是哪种颗粒物，即一个方程求解d和c两个未知量，解不唯一，因此会发生由非火灾颗粒物引起的误报。

第二、存在体积大、集成度低的问题；目前的方案大都基于分离的光源、探测器，以及较大的壳体结构等组装而成，导致体积较大、集成度低，难以满足如在微小空间内的烟雾检测和一些对成本要求较高的应用领域。目前的设计大都基于传统的分立器件组装方式进行制造，光源和探测器均为独立封装的器件，不适合集成，不适合电池包(用于自燃监控)、无人机等对体积和重量要求较高的高端场合。如中国专利CN110009863A公开了一种立式双光路感烟探测迷宫，但是该装置加上封装壳体整体的尺寸为85mm*46mm。另一方面，相对于未封装的裸光源芯片和探测器芯片，体积和成本大幅度增加，光电器件的封装成本一般是芯片成本2倍以上。

第三、抗干扰能力有限，现有的光电感烟探测器，受光源和探测器体积限制，摆放角度θ很难太小，摆放角度为光源中心线和探测器中心线之间的夹角，否则探测器所能得到的散射光就会被光源遮挡住，而背向散射光的光强随着摆放角度θ的减小而增加，因此探测器难以接收足够的背散光，探测器信号较弱，系统信噪比较差、抗干扰能力有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种扁平化的微型烟雾探测传感器，在传感器中设置两个发射不同波长的光源和至少一个探测器，通过两个发射不同波长的光源可有效避免因粉尘进入而导致的误判。采用基于微电子技术的扁平化封装方式，采集效率得以保证；在传感器的制作中可以采用裸芯片进行封装和集成，大大提高了光电感烟探测器的集成度，并降低了其成本。

本发明同时还提供了上述扁平化的微型烟雾探测传感器的工作方法。

本发明的技术方案为：