[发明专利]用于检测气体的集成感测装置

说明书

本发明涉及一种电化学气体感测元件(290)，其具有小于5mm×5mm的占用面积，使得电解质容量、电极(302、303)的尺寸及电互连件(310)十分小。这导致在检测气体之后快速稳定且使偏置电压的迅速变化能够以不同气体为目标。传感器主体(300)是陶瓷的，且其它组件在包含焊料回流温度在内的温度下是稳定的，从而允许使用常规焊料回流技术将感测元件安装到PCB(321)。传感器电路(312)被安装在所述感测元件主体上以检测通过传感器电极的电流且以数字方式处理信息，从而导致更准确分析。小尺寸、低电力消耗及模块化允许所述传感器元件被安装于小的手持式装置中。揭示校准及重新校准个别气体传感器网络的额外方法及关于环境条件校正测量数据的方法。

相关申请案的交叉参考

本申请案是基于由杰罗姆钱德拉巴特(Jerome Chandra Bhat)及理查德伊恩奥尔森(Richard Ian Olsen)在2016年5月19日申请的序列号为62/338,900的美国临时专利申请案且主张来自所述美国专利申请案的优先权，所述美国专利申请案经转让给本受让人且以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及低密度材料(例如气体)的感测及识别，且特定来说，涉及由电化学电池结合感测电路感测及识别低密度材料。

背景技术

考虑到由工业化及自然源以及数量急剧增加的家庭及城市污染源促成的地球大气的巨大变化，对准确及连续空气质量监测的需要对识别所述源及警告消费者即将发生的危险两者已成为必需。等同于进行实时监测及暴露评估，现实是递送可被集成到最广范围的平台及应用中的低成本、小形状因子及低电力装置的能力。

存在感测不同低密度材料(例如气体)的多种方法。常见方法包含非色散红外光谱学(NDIR)、使用金属氧化物传感器、使用化敏电阻器及使用电化学传感器。本发明涉及电化学传感器。电化学传感器的操作原理是众所周知的且在以引用方式并入本文中的以下概述中概述：http://www.spec-sensors.com/wp-content/uploads/2016/05/SPEC-Sensor-Operation-Overview.pdf。

基本上，在电化学传感器中，传感器电极(也称为工作电极)接触合适的电解质。传感器电极通常包括与目标气体及电解质反应以释放或接受电子的催化金属，当所述电极被适当地偏置时及当电极连同适当的对电极使用时，这在电解质中产生特性电流。电流通常与接触传感器电极的目标气体的量成比例。通过使用针对待检测的特定气体的传感器电极材料及偏压并感测电流，可确定环境大气中目标气体的浓度。

常规电化学传感器的一个缺点是其尺寸(例如，电解质的体积及电极的尺寸)相对较大，使得其在遭受到目标气体时花费较长的时间变稳定。此外，响应于气体的电流变化较小，所以存在较低信噪比，且由于金属迹线通向传感器外部的处理电路，所以存在损耗及RF耦合，从而进一步降低信噪比。另外，电化学电池主体通常是不能承受高于150℃的温度的聚合物，且电解质包括不能承受高于大约100℃的温度的酸的水溶液。这使电接点无法通过使焊料回流(通常在180到260℃下)被焊接到印刷电路板，且使得无法使用一些热固性导电粘合剂(例如含银环氧树脂)或各向异性导电膜或膏(通常在120到150℃下固化)。

因此，需要不具有常规传感器的缺点的用于气体的电化学传感器。

发明内容

下文概述一种电化学传感器架构，其实现在存在多种多样的大气情况下选择性地识别特定气体、小形状因子及低电力的基本要求。进一步概述在持续基础上校准网络化传感器的方法。