气体传感系统及气体传感器技术方案

本发明专利技术涉及气体传感技术领域，公开一种气体传感系统及气体传感器。所述气体传感系统包括：气体传感模块，集成有传感微芯片，所述传感微芯片能够根据不同的气体产生至少一路电信号；信号检测模块，用于获取所述传感微芯片产生的一路或多路电信号，并测量所述电信号对应的电阻值；信号处理模块，与所述信号检测模块连接，用于根据所述电信号对应的电阻值的变化情况确定所述电信号对应的气体的类别和浓度。本发明专利技术的传感微芯片能够对多种气体产生响应，信号检测模块能够同时获取并测量传感微芯片产生的多路电信号，无需设置多个传感模块和信号检测模块，减小系统体积，提高集成度，在实现复杂气氛检测同时满足微型化要求。复杂气氛检测同时满足微型化要求。复杂气氛检测同时满足微型化要求。

【技术实现步骤摘要】
气体传感系统及气体传感器


[0001]本专利技术涉及气体传感
，具体而言，涉及一种气体传感系统以及一种气体传感器。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高和对环保的日益重视，对各种有毒有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监控以及对人居环境质量的检测都提出了更高的要求。微电子、微加工技术和自动化、智能化技术的迅速发展，使得气体传感器体积变小、价格低廉、使用方便，携带便利。为满足广泛领域的需求，微型化、集成化、多功能化、智能化、系统化成为新型便携气敏传感器的特点要求。MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)器件具有体积小、重量轻、耗能低、响应时间短等优势，推动了气体传感器微型化、智能化、低功耗和集成化的发展，微结构气体传感器在此基础上应运而生。
[0003]MEMS气敏微加热传感器的原理是采用MEMS工艺技术在衬底材料上制作一种微型平面式多层结构加热器，使半导体氧化物敏感材料加热到一定的温度，其化学活性被有效地激发，与待测目标气体分子发生反应，从而引起气敏材料电导率的变化来实现检测目的。
[0004]在复杂气氛环境的场景混合气体的种类可能有十几种，若要实现复杂气氛检测，则需要可同时检测多种气体的传感器件。目前，用于复杂气氛检测的传感器件通常采用多个相同的微芯片单元独立排列形成传感器阵列，通过检测多个微加热芯片的电阻变化来实现复杂气氛检测功能。由于传感器阵列的每个微芯片都需单独设置加热结构和检测电路，因此器件整体的集成度不高，无法体现半导体气体传感器件体积小、能耗低的优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种集成度高且能够实现复杂气氛检测的气体传感系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种气体传感系统，包括：
[0007]气体传感模块，集成有传感微芯片，所述传感微芯片能够根据不同的气体产生至少一路电信号；
[0008]信号检测模块，用于获取所述传感微芯片产生的一路或多路电信号，并测量所述电信号对应的电阻值；
[0009]信号处理模块，与所述信号检测模块连接，用于根据所述电信号对应的电阻值的变化情况确定所述电信号对应的气体的类别和浓度。
[0010]进一步地，所述传感微芯片包括微加热结构和传感结构；所述微加热结构包括多个不同温度的加热区；所述传感结构包括多个测量电极以及涂覆于对应测量电极的不同的气体敏感膜，多个所述测量电极分别设置于对应的加热区，多个所述测量电极产生多路所述电信号。
[0011]进一步地，所述信号检测模块包括依次相连的模拟开关电路、驱动电路以及模数转换电路；所述模拟开关电路与所述测量电极连接，用于获取所述测量电极产生的模拟电
信号；所述模数转换电路用于将所述模拟电信号转换为数字信号输出。
[0012]进一步地，所述模拟开关电路为四双向模拟开关电路，所述四双向模拟开关电路与多个所述测量电极连接，用于获取多个所述测量电极产生的所述模拟电信号。
[0013]进一步地，所述驱动电路为四路驱动电路，所述四路驱动电路的输入端与所述四双向模拟开关电路的输出端对应相连，所述四路驱动电路的输出端与所述模数转换电路相连。
[0014]进一步地，所述信号处理模块包括：
[0015]单片机，用于根据所述电信号对应的电阻值的变化情况确定所述电信号对应的气体的类别和浓度，并输出所述气体的类别信号和浓度信号。
[0016]进一步地，所述系统还包括：
[0017]加热电路，与所述单片机连接，用于为所述微加热结构提供加热电压。
[0018]进一步地，所述微加热结构包括加热电极，所述加热电极与所述加热电路连接。
[0019]进一步地，所述系统还包括：
[0020]报警模块，与所述单片机连接，用于接收所述类别信号和所述浓度信号，并在所述浓度信号超过预设阈值时产生报警信号。
[0021]进一步地，所述系统还包括：
[0022]无线通信模块，与所述单片机连接，用于无线传送所述类别信号和所述浓度信号。
[0023]进一步地，所述系统还包括：
[0024]温湿度监控模块，与所述单片机连接，用于实时监测环境温度和环境湿度，并输出温度信号和湿度信号；
[0025]所述单片机还用于根据所述温度信号、所述湿度信号以及所述电信号对应的电阻值的变换情况确定所述电信号对应的气体的类别和浓度。
[0026]进一步地，所述气体传感模块和所述信号检测模块由所述单片机供电。
[0027]进一步地，所述气体敏感膜由金属氧化物半导体纳米材料构成。
[0028]进一步地，所述金属氧化物半导体纳米材料为WO3、SnO2、CuO、In2O3、NiO、MoO3中的一种或多种。
[0029]本专利技术还提供一种气体传感器，包括上述的气体传感系统。
[0030]本专利技术的气体传感系统采用多种纳米气敏传感材料构成的传感微芯片作为气体传感模块，通过信号检测模块测量传感微芯片的多路电信号对应的电阻值，再通过信号处理模块根据各路电信号的电阻值的变化情况确定各电信号对应的气体的类别和浓度，实现多种气敏材料在复杂气氛下的检测功能，同时检测多种有害气体的浓度。本气体传感系统的传感微芯片能够对多种气体产生响应，信号检测模块能够同时获取并测量传感微芯片产生的多路电信号，无需设置多个传感模块和信号检测模块，减小系统体积，提高集成度，在实现复杂气氛检测同时满足微型化要求。
[0031]本专利技术实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0032]附图是用来提供对本专利技术实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施方式，但并不构成对本专利技术实施方式的限
制。在附图中：
[0033]图1是本专利技术实施例一提供的气体传感系统的结构框图；
[0034]图2是图1中的信号检测模块的结构框图；
[0035]图3是图2中的模拟开关电路的原理图；
[0036]图4是图2中的驱动电路的原理图；
[0037]图5是图2中的的模数转换电路的原理图；
[0038]图6是图1中的信号处理模块的电路原理图。
具体实施方式
[0039]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0040]实施例一
[0041]图1是本专利技术实施例一提供的气体传感系统的结构框图。如图1所示，本实施例提供的一种气体传感系统，包括气体传感模块、信号检测模块、信号处理模块。所述气体传感模块集成有传感微芯片，所述传感微芯片能够根据不同的气体产生至少一路电信号。所述信号检测模块，用于获取所述传感微芯片产生的一路或多路电信号，并测量所述电信号对应的电阻值。所述信号处理模块，与所述信号检测模块连接，用于根据所述电信号对应的电阻值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体传感系统，其特征在于，所述系统包括：气体传感模块，集成有传感微芯片，所述传感微芯片能够根据不同的气体产生至少一路电信号；信号检测模块，用于获取所述传感微芯片产生的一路或多路电信号，并测量所述电信号对应的电阻值；信号处理模块，与所述信号检测模块连接，用于根据所述电信号对应的电阻值的变化情况确定所述电信号对应的气体的类别和浓度。2.根据权利要求1所述的气体传感系统，其特征在于，所述传感微芯片包括微加热结构和传感结构；所述微加热结构包括多个不同温度的加热区；所述传感结构包括多个测量电极以及涂覆于所述测量电极的气体敏感膜，多个所述测量电极涂覆的气体敏感膜的材料不相同；多个所述测量电极分别设置于对应的加热区，多个所述测量电极产生多路所述电信号。3.根据权利要求2所述的气体传感系统，其特征在于，所述信号检测模块包括依次相连的模拟开关电路、驱动电路以及模数转换电路；所述模拟开关电路与所述测量电极连接，用于获取所述测量电极产生的模拟电信号；所述模数转换电路用于将所述模拟电信号转换为数字信号输出。4.根据权利要求3所述的气体传感系统，其特征在于，所述模拟开关电路为四双向模拟开关电路，所述四双向模拟开关电路与多个所述测量电极连接，用于获取多个所述测量电极产生的所述模拟电信号。5.根据权利要求4所述的气体传感系统，其特征在于，所述驱动电路为四路驱动电路，所述四路驱动电路的输入端与所述四双向模拟开关电路的输出端对应相连，所述四路驱动电路的输出端与所述模数转换电路相连。6.根据权利要求2所述的气体传感系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：单片机，用于根据所述电信号对应的电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，梁文杰，安飞，杨哲，孙冰，张树才，金艳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：