[发明专利]一种双层气室的微型NDIR集成红外气体传感器

说明书

本发明属于红外气体传感器技术领域，一种双层气室的微型NDIR集成红外气体传感器，它包括上层气室、上层隔片、中层电路板、下层隔片及下层气室并按照从上到下顺序依次组装构成，上层气室、上层隔片、中层电路板、下层隔片及下层气室中的各衬底接触面之间，通过胶粘、平行缝焊或钎焊方式结合。本发明对比单层气室的MEMS红外气体传感器，充分利用了MEMS红外光源双面辐射的特性以及MEMS红外探测器的双面接收特性，将上下两红外辐射面和接收面均利用起来，提高了红外能量利用率。同时利用上下两个气室多次反射红外光，延长了光程，减小了体积，增强了气体响应效果。

技术领域

本发明涉及一种双层气室的微型NDIR集成红外气体传感器，属于红外气体传感器技术领域。

背景技术

红外气体传感器使用光谱吸收法来检测气体，在一些气体检测中有着不可替代的地位。红外气体传感器具有实时检测、检测范围广、维护成本低和使用寿命长等优点。

基于非色散红外吸收原理的NDIR(非色散红外)气体传感器主要由红外光源、气室、滤光片和红外光检测器四部分组成。其中，红外光源是决定红外气体传感器性能最关键的部件之一，直接决定了传感器的尺寸、功耗和检测性能。利用微纳加工技术制备的MEMS红外光源与传统红外光源相比,具有功耗低、电和光转换效率高、成本低、体积小、灵敏度高等优点，MEMS红外光源的低热质比可以实现快速热调制。

在实际应用中，MEMS红外气体传感器的MEMS红外光源的红外光辐射强度和其辐射面积成正比，MEMS红外探测器的红外吸收能量和其接收面积成正比。为了提高MEMS红外气体传感器的集成度，MEMS红外光源的辐射面积以及MEMS红外探测器的接收面积均往往小于一平方毫米，其红外光辐射功耗往往只有几mW，所以MEMS红外探测器常常面临接收信号弱，信噪比低的问题。所以常使用在MEMS红外光源辐射层表面涂敷黑体材料等方法来提高MEMS红外光源的光辐射强度。如中国专利CN106629577A，MEMS红外光源使用由黑体材料构成的辐射层，使得光源的辐射系数从氮化硅的0.7增加到了黑体材料的0.99，提高了MEMS红外光源的红外辐射强度；在实际应用中，采用背面体硅微加工技术的MEMS红外光源的红外发光区域是硅芯片上内嵌金属加热丝的微米级厚度的氮化硅或氧化硅悬空薄膜；采用背面体硅微加工技术的MEMS红外探测器的红外接收区域是硅芯片上内嵌热电堆的微米级厚度的氮化硅或氧化硅悬空薄膜。工作时，MEMS红外光源的上下表面都具有相似的红外发射性能，MEMS红外探测器的上下表面都具有相似的红外接收功能。

以往报道的集成红外气体传感器沿用了传统的设计思路，只利用了MEMS红外光源的一个红外发射面，以及MEMS红外探测器的一个红外接收面，对红外光能的利用率低。而本发明设计的双层气室的微型NDIR集成红外气体传感器，使用新颖的MEMS红外光源双面辐射和MEMS红外探测器双面接收的方式，在MEMS红外光源尺寸同等以及MEMS红外探测器尺寸同等的条件下，对比传统的红外气体传感器设计，红外光辐射强度和红外光接收强度可以提高一倍，

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种双层气室的微型NDIR集成红外气体传感器。该传感器，包括双面辐射的MEMS红外光源、双通道的光学气室、双面接收的MEMS红外探测器以及相应的封装结构和外围电路，以达到增加气室有效长度和提高红外光能利用率，从而达到提高微型NDIR红外集成气体传感器的气敏响应效果的目的。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种双层气室的微型NDIR集成红外气体传感器，它包括上层气室、上层隔片、中层电路板、下层隔片及下层气室并按照从上到下顺序依次组装构成，上层气室、上层隔片、中层电路板、下层隔片及下层气室中的各衬底接触面之间，通过胶粘、平行缝焊或钎焊方式结合。