一种基于SAW器件的一氧化碳传感器及其浓度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SAW器件的一氧化碳传感器及其浓度计算方法，包括SAW振荡器、SAW振荡基片以及气敏层，所述SAW振荡器上表面设置SAW振荡基片，所述SAW振荡基片上涂覆所述气敏层；其特征在于：所述气敏层包括第一气敏材料、第二气敏材料以及参考材料；所述第一气敏材料相对于第二气敏材料对于气体的吸收率不同。本发明专利技术能够有效解决敏感材料在长期使用的过程中对敏感气体的吸收率下降的问题。

A Carbon Monoxide Sensor Based on SAW Device and Its Concentration Calculating Method

The invention discloses a carbon monoxide sensor based on SAW device and its concentration calculation method, including a SAW oscillator, a SAW oscillating substrate and a gas sensitive layer. The SAW oscillating substrate is arranged on the upper surface of the SAW oscillator, and the gas sensitive layer is coated on the SAW oscillating substrate. The gas sensitive layer comprises the first gas sensitive material, the second gas sensitive material and the reference material. The absorption rate of the first gas-sensitive material is different from that of the second gas-sensitive material. The invention can effectively solve the problem that the absorption rate of sensitive gas decreases during the long-term use of sensitive materials.

【技术实现步骤摘要】
一种基于SAW器件的一氧化碳传感器及其浓度计算方法
本专利技术涉及传感器领域，具体涉及一种基于SAW器件的一氧化碳传感器及其浓度计算方法。
技术介绍
声表面波（SurfaceAcousticWave,SAW）传感器属于压电型传感器，核心是SAW振荡器，而敏感元件是SAW振荡器基片，在SAW的传播途径上涂覆一层吸附薄膜，由于膜吸附待测气体会对SAW的传输产生微扰,因此通过测量声波参数(频率、相位、幅度等)变化而获得待测气体的组分和浓度，由于其结构简单，SAW器件也易于小型化，目前研究基于SAW器件的传感器也较多。如申请号为CN201210563990.0的现有技术公开了一种用于气体传感器的SAW谐振型振荡器系统，包括SAW振荡器和混频电路；所述的SAW振荡器为两组，且该两组两端对SAW谐振器1制作在同一压电基片12上，如附图1所示，所述的SAW谐振器1包括左右分布的第一叉指换能器8与第二叉指换能器10，该两个叉指换能器之间还设有一金属膜9作为气体传感器敏感膜的载体；所述的第一叉指换能器8与第二叉指换能器10的外侧分别设有与之相邻的第一短路栅反射器7和第二短路栅反射器11。申请号为CN201480028468.X的现有技术也公开了一种传感器结构及方法，如附图2所示，该传感器结构包括第一传感器1，其具有对环境湿度敏感的感测元件13。根据本专利技术，传感器结构还包括第二传感器2，其具有对湿度敏感的感测元件13，其中第二传感器2包括设置在该第二传感器2上的可催化渗透层16，其使得所述可催化渗透层介于第二传感器2的感测元件13与环境之间。借助于可催化渗透层可以检测到例如H2O2(过氧化氢)、ETO(环氧乙烷)或O3(臭氧)的可分解化学品，并通过简单且廉价的传感器结构来对其含量进行测量。上述两个现有技术均采用了气体传感器的敏感层以实现对气体的浓度的测量，然而这种测量方法依赖于敏感膜对于敏感气体的吸收，长时间的反复使用会导致敏感膜对于敏感气体的吸收率下降，进而导致传感精度的下降。特别是针对CO气体这种敏感气体的传感器，通常需要长时间反复使用，现有技术中的电化学传感器基本能够保证长时间工作的稳定性，电化学传感器的小型化受限，而且为了降低成本以及保证检测到的气体精度要求，特别是在浓度上升剧烈时的检测有效性需要得到保障，然而，现有技术中的基于SAW器件的气体传感方案很难满足上述需求。
技术实现思路
因此，为了解决上述现有技术中所述的技术问题，本专利技术提出了一种基于SAW器件的一氧化碳传感器及其浓度计算方法。其技术方案如下：一种基于SAW器件的一氧化碳传感器，包括SAW振荡器、SAW振荡基片以及气敏层，所述SAW振荡器上表面设置SAW振荡基片，所述SAW振荡基片上涂覆所述气敏层；所述气敏层包括第一气敏材料、第二气敏材料以及参考材料；所述第一气敏材料相对于第二气敏材料对于气体的吸收率不同。优选的，所述第一气敏材料和第二气敏材料采用复合敏感薄膜，如选用聚苯胺氧化铟（PANi/In2O3）薄膜作为敏感薄膜；优选的，所述SAW振荡器为单端口谐振型SAW器件，所述SAW器件还包括叉指换能器，所述叉指换能器可以选用铝叉指电极；优选的，所述参考材料不吸收气体以及水分，优选与SAW振荡基片相同的材料；所述第一气敏材料、第二气敏材料分别相对于参考材料对称涂敷在SAW振荡基片上，上述三者材料的具有相同的表面积以及重量。本专利技术还公开了一种适用于上述一氧化碳传感器的浓度计算方法，第一气敏材料比第二气敏材料能够吸附更多的一氧化碳气体，进而导致第一气敏材料对应的电极获得的信号频率更低，其与所述参考材料对应的电极获得信号的频率差Δƒ1更低；如果第一气敏材料和第二气敏材料采用聚苯胺氧化铟（PANi/In2O3）薄膜作为敏感薄膜，则可以得到一氧化碳传感器的频率响应关系式：（1）（2）其中Δƒ1为第一气敏材料相应的频移，Δƒ2为第二气敏材料相应的频移，0为基频，Δm1为第一气敏材料对应的质量差，Δm2为第二气敏材料对应的质量差，A1为第一气敏材料对应的纠正系数，A2为第二气敏材料对应的纠正系数。根据公式（1）和公式（2）计算出的两个质量差均与传感器感测到的一氧化碳浓度呈正相关关系，求得的Δm1和Δm2的关系式如下：（3）（4）第一气敏材料和第二气敏材料对应的气敏材料比例分别为B1、B2，质量差与气敏材料的比例基本呈正相关关系，即根据第一气敏材料以及第二气敏材料得到的一氧化碳浓度分别为：（5）（6）然后判断得到的C1、C2两个浓度差是否高于设定阈值，即是否满足精度要求以排除传感器故障因素，综合两者浓度即可得到更准确的一氧化碳浓度评估。优选的，根据公式（5）和公式（6）得到其平均值作为实际测量的浓度值C：（7）根据公式（3）-（5）可以得到：（8）本专利技术提出的基于SAW器件的一氧化碳传感器不仅能够提高传感器精度，也能够有效解决敏感材料在长期使用的过程中对敏感气体的吸收率下降的问题。本专利技术公开的浓度计算方法适用于本申请公开的一氧化碳传感器，根据两种浓度不同的敏感材料计算出来的一氧化碳气体浓度进行简单的比较即可实现对传感器故障的识别，通过取平均运算可以减小检测误差。附图说明图1为现有技术中的用于气体传感器的SAW谐振型振荡器系统结构示意图；图2为现有技术中的一种气体传感器结构图；图3为实施例1的基于SAW器件的一氧化碳传感器结构示意图；图4为实施例2的基于SAW器件的一氧化碳传感器结构示意图。在图3-4中：100实施例1中的传感器、200实施例2中的传感器、1SAW振荡器、2SAW振荡基片、3第一气敏材料、4第二气敏材料、5参考材料、6过滤层、7通孔以及8传感器外壳。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，本实施例仅仅示出解决本专利技术的主要技术问题的关键技术手段，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供了一种基于SAW器件的一氧化碳传感器100，如图3所示，包括SAW振荡器1、SAW振荡基片2以及第一气敏材料3、第二气敏材料4以及参考材料5，所述SAW振荡器1上表面设置SAW振荡基片2，所述SAW振荡基片2上涂覆所述第一气敏材料3、第二气敏材料4以及参考材料5；第一气敏材料3以及第二气敏材料4采用聚苯胺氧化铟（PANi/In2O3）薄膜作为敏感薄膜，由于PANi/In2O3薄膜对CO气体敏感，能够吸附一氧化碳气体，并且一氧化碳的浓度越高吸附的量越大，进而引起薄膜质量的增加，使SAW振荡器产生表面传播的声波受到影响，分析声波信号的变化如频率变化即可获得所测气体的浓度；所述第一气敏材料3相对于第二气敏材料4对于气体的吸收率不同，例如第一气敏材料3采用含有0.03g的In2O3纳米粉体和0.1ml的苯胺单体制成的纳米复合薄膜，而第二气敏材料4采用含有0.06g的In2O3纳米粉体和0.2ml的苯胺单体制成的纳米复合薄膜。根据上述实施例的进一步的实施方式，所述SAW振荡器1为单端口谐振型SAW器件，所述SAW器件还包括叉指换能器，所述叉指换能器可以选用铝叉指电极；所述参考材料5与SAW振荡基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SAW器件的一氧化碳传感器，其特征在于：包括SAW振荡器、SAW振荡基片以及气敏层，所述SAW振荡器上表面设置SAW振荡基片，所述SAW振荡基片上涂覆所述气敏层；所述气敏层包括第一气敏材料、第二气敏材料以及参考材料；所述第一气敏材料相对于第二气敏材料对于气体的吸收率不同。

【技术特征摘要】
1.一种基于SAW器件的一氧化碳传感器，其特征在于：包括SAW振荡器、SAW振荡基片以及气敏层，所述SAW振荡器上表面设置SAW振荡基片，所述SAW振荡基片上涂覆所述气敏层；所述气敏层包括第一气敏材料、第二气敏材料以及参考材料；所述第一气敏材料相对于第二气敏材料对于气体的吸收率不同。2.根据权利要求1所述的基于SAW器件的一氧化碳传感器，其特征在于：所述第一气敏材料和第二气敏材料均采用聚苯胺氧化铟薄膜作为敏感薄膜。3.根据权利要求1或2所述的基于SAW器件的一氧化碳传感器，其特征在于：所述SAW振荡器为单端口谐振型SAW器件，所述SAW器件包括铝叉指电极。4.根据权利要求1-3所述的基于SAW器件的一氧化碳传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：郑州智谷工业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41