[实用新型]一种气体浓度报警器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体浓度报警器，特别是涉及一种采用MEMS技术的微功耗气体浓度报警器。

背景技术

气体浓度报警器是一种用于测量气体浓度并在设定的阈值状态下以特定的方式发出报警信号的装置。

现有的气体浓度报警器所使用的气体浓度测量技术主要基于三大类：一类通过测量电导率或表面电位或阈值电压或整流特性；一类是通过测量本身具有气敏特性的固态电解质的特性；另一类是采用电化学的原理通过化学反应来测量气体的浓度。

由不同传感技术所制成的气体传感器在气体浓度的测量中已有广泛使用并各有优劣。例如，半导体气敏传感器以城市可燃气体或还原性气体为主，固态电解质气敏传感器对无机气体有较好的选择性，但灵敏度不高；采用化学原理的气敏传感器仅对少数可产生化学反应的气体较为有效，但不能重复使用。上述传感器的共同缺点：一是响应时间通常以数秒乃至数十秒计，使得在一些有关生命的气体安全场合的效果有很大的折扣。例如，在呼吸机和麻醉机上目前大多采用以电化学原理制成的(氧电池)氧浓度传感器来监测供氧量，但由于相应时间过慢，数据只有参考意义，而无法实时据此反馈。二是对热导率的测量常常不能区分或灵敏度极低，因而在对像氮气这样与空气性能类似的气体测量中，信号很难获取。三是每一类型气体报警器都只适用某一特定气体类型，例如目前使用研究较多的可燃性气体报警器就只适用数种类型的可燃性气体的监控。

实用新型内容

本实用新型正是针对现有气体浓度报警器的不足，提供一种响应时间短、适用范围广且能耗低的气体浓度报警器。

该报警器的核心在于气体传感器，这种传感器不仅具有很高的灵敏性，能区分例如像空气和氮气这样性能相近的气体，也能不限于气体的特定种类(如是否是还原性气体)，同时具有极快的相应时间(<10msec)，能够为气体安全环境提供有效和可靠的保障。另外，该传感器还应当具有微功耗的特性(平均功耗小于5mW)，能在便携电池供电的情况下满足使用者正常工作的需要，并提供远传信号，使得气体安全环境的信息及时传送到工作控制中心或需要的地方。进一步，为使这种传感器有实际的使用可能，传感器应具有大规模生产的可能性，成本低廉。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提出的气体浓度报警器包括浓度传感器检测模块、控制模块和报警器主体，由浓度传感器检测模块构成一次仪表，获取原始信号，控制模块和报警器主体构成二次仪表，其特征在于，浓度传感器检测模块包括MEMS浓度传感器。

传感器检测模块设置在报警主体内并与二次仪表相连接，成为一体。二次仪表主要由电源模块、信号处理模块、微控制器模块、存储模块、时钟模块、输出模块和信号远传模块构成。信号处理模块设有A/D转换器，所述输出模块设有D/A变换器。信号传送模块可包含GPRS无线模块或GSM无线模块及GPS定位模块、或其他通讯模块，如蓝牙、红外等。

作为本实用新型核心的MEMS浓度传感器，具体为：MEMS浓度传感器包括MEMS浓度传感芯片、防腐蚀基板和探测罩，MEMS浓度传感芯片设置在防腐蚀基板的上端，探测罩设置在MEMS浓度传感器的四周；MEMS浓度传感芯片本体为硅基体，在硅基体上制作悬空的隔热桥面，桥面上设置有微功耗浓度传感器，每一个微功耗浓度传感器由热导率传感器和温度传感器组成，温度传感器探测环境温度的变化并且对整个电路提供电路温度补偿的基础信号。温度传感器的电阻是热导率传感器的电阻的2-5倍。温度传感器的电阻越大，后端电路所耗的功率越小。

微功耗浓度传感器也可以以阵列形式出现，阵列中每一个传感器并不要求围热导率传感器严格对称。温度传感器相对于热导率传感器的位置为设计参数。

微功耗浓度传感器阵列中每一个传感器中，与环境温度处于相同条件下的一个热导率传感器与温度传感器处于同一桥路上，以使减少由于环境温度差异带来的电路影响，由此本传感器能测量到不随环境温度变化的气体浓度信号。热导率传感器和温度传感器之间均设有保护层，该保护层可以由绝热的镂空薄膜来实现。

微功耗浓度传感器阵列中传感器可以以单列或多列排列，每一个传感器测量一个特定的浓度范围，也可由特定气敏材料构成，从而，本传感器阵列可以提供多组分的气体浓度测量。