[发明专利]一种自驱动光激发的气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件领域，特别涉及一种自驱动光激发的气体传感器。

背景技术

半导体气体传感器在工业排气，室内环境检测等领域中扮演重要的角色，具有广阔的应用背景。但半导体气体传感器在室温条件下对气体的特性并不理想，通常需要在气敏传感器元件上安装加热丝，提高元件工作的温度，克服半导体材料高的反应活化能，增强气敏传感器的敏感特性。但通过加热方式提高元件的性能存在很多不足和缺陷，不仅增加能量的功耗，也容易会引爆环境中的可燃性气体，造成安全隐患。同时，还会使元件性能恶化，缩短使用寿命。近年来，研究表明可以采用光激发方法代替加热，改善气体传感器在室温条件下的性能。通过低功率的LED灯激发为气敏材料提供能量，有效的降低气体传感器的工作温度，加快元件对待测气体的响应与恢复，延长元件使用寿命。

另外，传统利用环境震动能加热供电模式就是将机械能转化电能，将电能存储在电池中，然后通过电池给半导体传感器元件供电加热，提高半导体气体传感器的灵敏度。但由于这种供电模式在收集和存储过程中造成大量的能源损耗，其高电压、低电流的特点对能源采集电路要求很高，增加成本，同时采集效率低，无法维持加热元件的连续用电，因而大大限制了自驱动传感器的开发和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自驱动光激发的气体传感器。本发明是将环境振动能直接驱动LED灯，来激活或者增敏半导体气体传感器，改善半导体气体传感器在室温条件下的敏感特性，提高元件对待测气体的响应，加速待测气体与纳米材料表面的吸附于脱附。本发明实现无需电池供能的自驱动半导体气体传感器，通过选用光激发辅助技术，改善室温条件下气体传感器的敏感特性，与传统的加热式气体传感器相比，不仅缓解了检测可燃性气体时存在的安全隐患，也实现了元件在室温条件工作，减轻了半导体敏感材料性能恶化，延长了元件的寿命。

本发明的技术方案：

一种自驱动光激发的气体传感器，包括环境振动能发电单元、封装组件、光源和气敏传感器。

环境振动能发电单元包括环境振动发电机、电动机、法拉第罩和驱动器，环境振动发电机设置在法拉第罩内；电动机在驱动器的控制下，带动环境振动发电机做振动运动，采集屏蔽环境下的振动能，产生的电信号作为能量源，用于光源供电；封装组件将气敏传感器和光源封装在一个密封空间内，所述光源放置在气敏传感器的垂直平面上，所述气敏传感器为半导体气体敏感材料传感器。

所述的环境振动发电机是电磁式振动能发电机、压电式振动能发电机或静电式振动能发电机等环境振动能发电机，静电式振动能发电机最常见是摩擦纳米发电机。所述的摩擦纳米发电机通过摩擦起电，产生的电信号作为能量源；所述的驱动器控制摩擦纳米发电机工作，驱动器的参数通过电脑设置。

所述的光源为LED光源，所述的气敏传感器为半导体气敏材料的金属氧化物。所述的半导体气体敏感材料涂覆的厚度采用为0.01-0.5mm。所述的摩擦纳米发电机的摩擦材料成分可以为二氧化钛纳米阵列。在封装组件内也可以设置加热器。

本发明的一种自驱动光激发的半导体气体传感器，通过采用自供电摩擦纳米发电系统产生的电能量，直接给光源供电，与传统供电模式相比，减少了能源的损耗，可以完全实现自驱动半导体气体传感器，而无需借助于电池储能。

附图说明

图1为本发明实施例的一种自驱动光激发的气体传感器结构示意图。

图2为室温条件波段365-400nm光激发下及无光条件下SnO₂-NiO气体传感器对40ppm甲醛的电阻变化曲线对比图。

图3为室温条件波段365-400nm光激发下及无光条件下WS₂气体传感器对10ppm NH₃的电阻变化曲线对比图。

图4为室温条件波长940nm光激发下及无光条件下WS₂气体传感器对10ppm NH₃的电阻变化曲线对比图。

图中：1电动机；2法拉第罩；3驱动器；4电脑；5加热器；6气敏传感器；7光源；8封装组件；9环境振动发电机。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1