[发明专利]一种基于电隔离磁阻应力敏感元件的氢气传感器

说明书

本发明实施例公开了一种基于电隔离磁阻应力敏感元件的氢气传感器，包括：可变形基板；位于可变形基板上的磁阻应力传感器电桥、覆盖磁阻应力传感器电桥的电隔离层以及位于电隔离层上的磁屏蔽层；位于可变形基板上方的氢敏感层，氢敏感层在可变形基板所在平面的正投影覆盖电隔离层，氢敏感层用于吸附或脱附氢气以发生膨胀或收缩形变并引起可变形基板的应力变化，磁阻应力传感器电桥用于根据可变形基板的应力变化进行氢气浓度测量。本发明实施例，提高了氢气传感器的各项性能。

技术领域

本发明实施例涉及气体传感器技术，尤其涉及一种基于电隔离磁阻应力敏感元件的氢气传感器。

背景技术

氢气作为替代化石能源的一种可再生、无有害排放的新能源，近年来在全球范围内吸引了越来越多的目光，并得到了快速发展。目前，世界主要经济体，如美国、欧盟、日本等都在不遗余力地推进氢气作为未来车辆与家用的新能源与新燃料，丰田等公司已经开始设计生产氢燃料汽车。

氢气不能被人体感官所感知，但其本身却是高度可燃和易爆的，氢气在空气中的可燃性阈值在4％左右。为了保证使用氢气作为能源的设备的安全，需要可靠的、高灵敏度的氢气传感器。

传统的氢气传感器种类繁多，但是多存在光学测量方法复杂，所能测量的氢气浓度范围较小，灵敏度低，反应时间长等缺陷。此外，现有传感器在实际工作时，敏感单元中需要通过电流并有电压，如果空气中氢气的浓度到达爆炸极限，有可能点燃气体并引起爆炸。

发明内容

本发明实施例提供一种基于电隔离磁阻应力敏感元件的氢气传感器，以提高氢气传感器的性能。

本发明实施例提供了一种基于电隔离磁阻应力敏感元件的氢气传感器，包括：可变形基板；

位于所述可变形基板上的磁阻应力传感器电桥、覆盖所述磁阻应力传感器电桥的电隔离层以及位于所述电隔离层上的磁屏蔽层；

位于所述可变形基板上方的氢敏感层，所述氢敏感层在所述可变形基板所在平面的正投影覆盖所述电隔离层，所述氢敏感层用于吸附或脱附氢气以发生膨胀或收缩形变并引起所述可变形基板的应力变化，所述磁阻应力传感器电桥用于根据所述可变形基板的应力变化进行氢气浓度测量。

本发明实施例中，提出一种基于电隔离的隧道磁阻应力敏感元件的氢气传感器，该氢气传感器包括可变形基板、位于可变形基板上的隧道磁阻应力传感器电桥、位于该TMR应力传感器电桥上的磁屏蔽层以及氢敏感层，氢敏感层用于吸附或脱附氢气而发生膨胀或收缩，从而引起可变形基板的应力的变化，磁阻应力传感器电桥采集到应力信号并将其转变成电信号，根据应力与氢气浓度的关系，实现对氢气浓度的测量。本实施例中，可变形基板可灵敏且实时的根据氢敏感层的变化而产生相应变化，提高了氢气传感器灵敏性和反应速率，并且测量方法简单，此外，电隔离层的设置可以实现氢气环境和磁阻应力传感器电桥之间的电隔离，从而保证了安全性，还能够应用在氢气浓度较大的环境中，提高测量范围。提高了氢气传感器的各项新能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的氢气传感器的示意图；

图2是本发明实施例提供的氢敏感层和悬臂梁的结构及应力分布示意图；

图3是本发明实施例提供的氢敏感层和悬臂梁的结构及应力分布示意图；

图4是本发明实施例提供的氢敏感层和膜片组件的结构及应力分布图；

图5是本发明实施例中磁电阻传感单元的堆叠结构示意图；