[发明专利]一种基于MEMS的电容式红外气体传感器

摘要

一种基于MEMS的电容式红外气体传感器及其制备方法，该传感器以阵列的形式布置，通过对比分析特定波长下红外光强度的变化来测定CO、CH₄、SO₂的浓度，并采用电容作为感应元件。此外，太阳辐射检测技术在监测天气气候状况、预测未来天气、农业生产、太阳能开发等都有着重要意义，大气臭氧层的损耗，照射到地面的太阳光紫外线增强，使得人们越来越关注太阳辐射的变化。本发明设计的传感器还带有一个简便系统，可以用于太阳辐射量检测。本发明的电容式红外气体传感器制作与CMOS工艺兼容，易于板上集成，传感器采用电容作为感应元件，温度漂移低、精度高。

主权项

1.一种基于MEMS的电容式红外气体传感器，其特征在于，包括：依次连接的直流电源、敏感探头、信号调理电路以及信号处理电路；所述敏感探头包括MEMS红外光源（1）、待测气室（2）、参比气室（3）、红外滤光片阵列（5）和红外探测阵列（6）；所述待测气室（2）和参比气室（3）形成左右对称结构，侧壁均设置有绝缘绝热板（4），顶部均与MEMS红外光源（1）相接，底部均与红外滤光片阵列（5）相接，其中所述待测气室（2）设有进气孔（21）和出气孔（22），用于与待测气体环境相通，所述参比气室（3）为封闭结构，内封有一个大气压的、不含待测气体的标准气体；所述MEMS红外光源（1）经直流电源对其通电后，向待测气室（2）和参比气室（3）辐射红外光，红外光分别穿过待测气室（2）和参比气室（3），通过红外滤光片阵列（5）出射，红外探测阵列（6）对出射的红外光进行探测，将探测信号传送给信号调理电路进行调理，再经过信号处理电路输出数据；所述MEMS红外光源（1）包括固定结构（11）和旋转结构（12），所述固定结构（11）固定安装在参比气室（9）顶部，所述旋转结构（12）通过旋转杆（13）可旋转地安装在待测气室（2）顶部；所述红外探测阵列（6）设置在红外滤光片阵列（5）底部，红外探测阵列（6）包括密封气腔（61）、充气阀（62）、掺硼电极（64）和感应电容，掺硼电极（64）和红外滤光片阵列（5）之间形成多个密封气腔（61），密封气腔（61）由充气阀（62）控制气体的进出，从红外滤光片阵列（5）出射的红外光进入密封气腔（61），被密封气腔（61）中的气体吸收，受热使得密封气腔（61）膨胀，从而挤压掺硼电极（64）发生形变，使得与掺硼电极（64）串联的感应电容大小发生变化；所述红外滤光片阵列（5）由镶嵌在隔光绝热板（51）中的滤光片（52）阵列构成，所述滤光片（52）包括CO滤光片、CH₄滤光片和SO₂滤光片，分别用于透过在CO、CH₄和SO₂气体的红外吸收峰波段的光，所述CO滤光片、CH₄滤光片和SO₂滤光片分别对应于不同的密封气腔（61），红外光穿过待测气室（2）和参比气室（3）后分别从CO滤光片、CH₄滤光片和SO₂滤光片出射，进入相对应的各密封气腔（61）。