[发明专利]一种非色散型红外光谱气体分析仪的光源制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非色散型红外光谱气体分析仪的光源制作方法,属于光源制作领域。

背景技术

以光谱法为基础的有毒有害气体分析仪目前主要配套应用于工业、农业、医疗、智能建筑、分析仪器等行业用于气体浓度的高精度测，如配套应用于污染物监测、车尾气分析、瓦斯及可燃气检测、煤气成分分析、医疗监护设备、空气品质分析、元素分析仪器等领域。光谱法气体分析仪是一种测定光谱吸收光谱的仪器,这类型的仪器都需要能发射连续光谱辐射的光源和灵敏的光谱检测器。

光谱法气体分析仪的核心器件之一是光谱检测器。一般来讲，热释电探测器是红外光谱法气体分析仪研制中光谱检测器的较佳选择。热释电探测器的灵敏度与响应频率之间的关系很复杂，它并不是一个简单的线性关系或可以用一个简单的方程进行描述。一般地说，要提高灵敏度就要牺牲响应频率，要提高响应频率则要减少积分时间从而损失灵敏度。然而，并不是在所有的频率段上器件灵敏度与响应频率之间的关系都遵循这样的规律。这中间包涵了较为复杂的物理问题。热释电探测器有两种类型，一种是薄膜型的，以薄膜材料为光敏材料，其器件电压响应率达到最大值时的频率段一般在10Hz-100Hz；另一种是陶瓷型的，以陶瓷材料为光敏材料，其器件电压响应率达到最大值时的频率段一般在0.1Hz-1Hz。但无论是哪种类型，其噪声与频率都是有关系的，在低频时噪声很大，而在高频时噪声很大，这主要是因为低频时白噪声很大。在光谱法气体分析仪的设计中，为追求较大的电压信号，应选择器件电压响应率达到最大值时或在其附件的频率作为热释电探测器的工作频率，这个频率实际上就是对光源进行电交流调制的调制频率。很明显，将光源的调制频率设计在高频段，选择薄膜型热释电探测器为光谱检测器将使系统获得最大的信噪比，同时亦将获得最佳的检测灵敏度。实现这种设计的前提条件就是光源要具有较快的响应频率。

光谱法气体分析仪的核心器件之二是能发射连续光谱辐射的光源。光源是通过加热一种惰性固体产生辐射。炽热固体的温度一般为1500～2200K，最大辐射强度在5000～5900cm-1之间。目前在中红外区较实用的红外光源主要有硅碳棒和能斯特灯。硅碳棒由碳化硅烧结而成。其辐射强度分布偏向长波，工作温度一般为1300～1500K。因为碳化硅有升华现象，使用温度过高将缩短碳化硅的寿命，并会污染附近的染色镜。硅碳棒发光面积大，价格便宜，操作方便，使用波长范围较能斯特灯宽。能斯特灯主要由混合的稀土金属(锆、钍、铈)氧化物制成。它有负的电阻温度系数，在室温下为非导体，当温度升高到大约500℃以上时，变为半导体，在700℃以上时，才变成导体。因此要点亮能斯特灯，事先需要将其预热至700℃。其工作温度一般在1750℃。能斯特灯使用寿命较长，稳定性好，在短波范围使用比硅碳棒有利。但其价格较贵，操作不如硅碳棒方便。在λ＞50μm的远红外光区，需要采用高压汞灯。在20000～8000cm-1的近红外光区通常采用钨丝灯。在监测某些大气污染物的浓度和测定水溶液中的吸收物质(如：氨、丁二烯、苯、乙醇、二氧化氮以及三氯乙烯等)时，可采用可调二氧化碳激光光源。它的辐射强度比黑体光源要大几个数量级。以上光源由于体积较大而且价格较高，只能应用于实验室的光谱分析中。

目前在线监测的光谱法气体分析仪一般用普通的以钨丝为发热体的微小型灯泡做为光源。这种光源的优点是成本低，但在技术上有响应时间太长的缺点，它在较高的调制频率下所输出的光谱能量太低，只能在低频调制下工作，不能与能在高频下工作的光谱检测器如薄膜型热释电探测器配合使用以达到最佳的信噪比，从而使光谱法气体分析仪的检测灵敏度难以得到提升。

发明内容

为了解决现有技术中存在的光谱法气体分析仪只能在低频下工作所导致的系统信噪比较差及检测灵敏度较低的技术问题，本发明提出了一种非色散型红外光谱气体分析仪的光源制作方法采用该方法制作的光源能在高频条件下工作，能够在基于光谱吸收原理的非色散型气体分析仪的设计及制作中使用，进而在有毒有害气体的在线监测领域得到应用。

本发明提出的一种非色散型红外光谱气体分析仪的光源制作方法，该方法是如下步骤实现的：

步骤一：在已渡有二氧化硅绝缘薄膜的单晶硅基体上制备热绝缘薄膜；

在表面已镀有二氧化硅绝缘薄膜的单晶硅基体上制备一层无机-有机杂化的多孔SiO₂薄膜，所述的单晶硅基体的面积可为Φ10mm-Φ100mm，制备的无机-有机杂化的多孔SiO₂薄膜厚度为2μm-6μm。

步骤二：热绝缘薄膜上制备电极压焊块；