[发明专利]红外气体感测装置及方法

说明书

背景技术

对应于日本专利申请JP-A-2001-228326的美国专利US 6,590,710公开了一种用于测量目标气体浓度的红外气体感测装置，这种目标气体吸收特定波长的红外光。这种气体感测装置包含发射红外光的红外源、选择特定波长红外光的波长可调滤光器(即Fabry-Perot滤光器)和检测经滤光的红外光的红外检测器。这种气体感测装置根据红外检测器检测到的红外光的量来测量目标气体的浓度。

如图6所示，波长可调滤光器包含第一镜3和第二镜4。第一镜3通过第一氧化物膜2形成于硅衬底1上。第二镜4形成在第二氧化物膜5上，后者形成在第一镜3上。第一和第二镜3、4面向对方。

通过蚀刻孔6蚀刻第二氧化物膜5，在第一和第二镜3、4之间形成间隙H。因此，通过施加外力，第二镜4可以相对于第一镜3发生位移。间隙H的间隙距离等于第二氧化物膜5的厚度。

第一和第二镜3、4由例如多晶硅制成。第一镜3在一个表面上具有第一电极7。同样，第二镜4在一个表面上具有第二电极8。通过将高浓度的杂质掺杂物施加到所述第一和第二镜3、4的表面上分别形成第一和第二电极7、8。

第一外电极9形成于第一电极7上并且电连接到第一电极7。同样，第二外电极10形成于第二电极8上并且电连接到第二电极8。

波长可调滤光器具有中心波长λ，这个中心波长λ由间隙H的间隙距离(即第二氧化物膜5的厚度)确定。例如，中心波长λ为3100纳米(nm)。由于第一镜3充当波长可调滤光器的下部镜，因此其光学厚度需要等于中心波长λ的四分之一。例如，第二氧化物膜5的厚度为592nm，折射率为1.309。第一和第二镜3、4中每一个的厚度都为248nm，折射率都为3.125。

通过第一和外电极9、10在第一和第二电极7、8之间施加电压时，在第一和第二电极7、8之间产生静电吸引力。第二电极8由于静电吸引力相对于第一电极7位移。结果是间隙H的间隙距离发生改变。通过调节施加在第一和第二电极7、8之间的电压来调节间隙距离。因此，波长可调滤光器可以根据目标气体来选择特定波长的红外光。

在图6所示的波长可调滤光器中，间隙H的间隙距离可以在三个级别调节，使得波长可调滤光器能够从红外光的三个不同波长中选择特定波长。因而，这种红外气体感测装置能够用一个滤光器检测目标气体中两种成分的浓度。因此，这种红外气体感测装置体积小，制造成本低。

但是，如果外来物质进入到间隙H且夹在第一和第二电极7、8之间，就不能调节间隙H的间隙距离。其结果是，由于波长可调滤光器不能选择目标气体吸收的红外光的特定波长，因此红外气体感测装置无法正确地检测目标气体的浓度。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种红外气体感测装置和方法，用于通过检查波长可调滤光器是否选择了正确的波长来精确地测量目标气体的浓度。

用于感测气体的气体感测装置包含红外源、波长可调滤光器、红外检测器、外壳和控制电路。气体吸收第一波长的红外光。红外源发射红外光。波长可调滤光器选择性地允许特定波长的红外光通过。控制电路包含测量电路和检查电路。测量电路控制波长可调滤光器，使得波长可调滤光器允许第一波长的红外光通过，并输出经滤光的第一红外光。检查电路控制波长可调滤光器，使得波长可调滤光器允许第二波长的红外光通过，并输出经滤光的第二红外光。红外检测器检测经滤光的第一红外光的第一量和经滤光的第二光的第二量。红外光源、波长可调滤光器和红外检测器在上述外壳中。这个外壳具有用于向其中导入气体的入口。

测量电路根据经滤光的第一红外光的第一量来计算气体的浓度。检查电路通过将经滤光的第二红外光的第二量与参考值相比较来检查波长可调滤光器是否工作正常。第二波长位于大气气体不吸收上述红外光的波长范围内。由于检查电路，气体感测装置能够准确地检测气体。检查电路根据透过大气气体的红外光的透射率来检查波长可调滤光器。换句话说，检查电路通过使用空气而不是特定气体来检查波长可调滤光器。在这样的方案中，可以简化气体感测装置的结构。此外，由于结构简单，气体感测装置体积小，制造成本低。

使用波长可调滤光器感测气体的方法包含以下步骤：发射红外光；设置波长可调滤光器，使得波长可调滤光器允许第一波长的红外光通过并输出经滤光的第一红外光；检测经滤光的第一红外光的第一量；并且通过将第一量与参考值进行比较来检查波长可调滤光器是否工作正常。第一波长位于大气气体不吸收上述红外光的波长范围内。

附图说明

从随后的详细描述和附图将更加清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点。在这些附图中：