可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能试验装置和方法，整个试验装置包括氙灯光源、氙灯光源电流控制器、聚焦镜筒、光束集中器、单色仪、升降台、气体检测腔室、特制石英玻璃、铂电极、金叉指电极、电子控温加热器、辐照计、湿度控制器、质量流量控制器与混气系统、计算机控制与数据采集中控系统、待测气气源、减压阀、尾气处理装置以及工作站计算机等。本发明专利技术能够完成对各类典型金属氧化物光激发下气敏性能的实验探究，为开发低温甚至室温下工作的敏感材料提供实验基础，对新型探测材料合成及光激发探测器结构设计具有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置和方法


[0001]本专利技术属于光激发探测材料气敏性能检测
，具体涉及一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置和方法。

技术介绍

[0002]金属氧化物半导体材料作为典型的化学电阻型传感器材料，由于其低成本、高响应性、出色的稳定性以及易于小型化的特点，被广泛地应用于可燃性气体、有毒有害气体检测领域。为了实现较高的响应值和较快的响应与恢复，传统的金属氧化物半导体型传感器均采用直接或间接热激发的形式促进响应，其工作温度大部分在300—500℃之间，较高的工作温度不仅导致了器件的高功耗，同时也限制了其在可燃性气体检测中的应用。随着新一代气体传感器系统小型化与多场景利用要求的提出，开发可在低温或室温下响应的传感器具有重大意义。研究表明，对特定金属氧化物半导体材料光激发是代替热激发实现低温探测的有效方法，不同的材料可能对不同波长与强度的光产生不同的响应性能变化，开展光激发探测材料气敏性能实验研究不仅能为探测器材料研究提供新的研究思路，更能够为低温下光激发型探测器设计提供实验依据和技术指导。
[0003]目前国内外关于光激发探测材料气敏的实验研究主要通过泛紫外光或可见光作为激发光源，在光强方面其通常只能控制光源亮度，无法准确测量材料表面辐照强度，进而无法得出材料表面辐照强度与气敏性能之间的影响关系。另外，在光波长方面，目前相关领域所使用的紫外光源通常只能保持某一特定波长(如365nm的LED紫外光源)，而对于可见光则使用在380—760nm波长范围的可见光源，无法提供自由可调的单一波长光束，这限制了波长对探测材料敏感性影响的实验研究。现阶段，光激发探测材料气敏性能实验测试系统与技术还不成熟，特别是缺少可同时改变激发光源辐射波长与强度的功能与技术。
[0004]本专利技术立足现实应用场景，结合实验与新技术研发需求，设计一种兼具激发光源辐射波长与强度同步调节功能的探测材料气敏性能试验装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能试验装置。该装置可以完成不同光波长及可变光强条件下的光激发探测材料气敏性能实验研究。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置，包括：可调光路激发系统、气体检测及气路系统、数据采集与计算机控制系统。可调光路激发系统包括氙灯光源、聚焦镜筒、单色仪、光束集中器、氙灯光源电流控制器、辐照计和光学升降平台；气体检测及气路系统包括小型气体检测腔室、特制石英玻璃、金属盖板、铂电极、金叉指电极、电子控温加热器、湿度控制器、尾气处理装置、质量流量控制器与混气系统、待测气气源和减压阀组；数据采集与计算机控制系统包括计算机控制与数据采集中控系统、工作站计算机和数字显示器；其中：可调光路激发系统主要提供所需波长及强度的
激发光，所述氙灯光源提供初始光源，光照强度通过氙灯光源电流控制器进行调节；所述单色仪用于调节光波长，单色仪波长控制系统内置于工作站计算机；辐照计内置于气体检测腔室用于检测同等工况下金叉指电极表面所受光照强度；光学升降平台用于改变光源与探测器表面距离，以辅助调节金叉指电极表面所受光照强度；所述气体检测及气路系统主要完成气体敏感性能测试，气体检测腔室上盖为特制石英玻璃，用于保证光源顺利照射至金叉指电极；所述金叉指电极用于金属氧化物敏感材料的基底，其两端与铂电极连接以完成对应材料气体敏感性能测试；所述电子控温加热器紧贴于金叉指电极下方，用于准确控制加热温度；所述湿度控制器位于气体检测腔室前的进气管路，用于控制进气湿度；所述尾气处理装置位于气体检测腔室后的排气管路，用于消除废气可能存在的危险性；所述质量流量控制器与混气系统用于控制各通路实验气体质量流量并完成均匀混气，用于实现目标气体浓度的准确控制；所述待测气气源和减压阀组配套使用，待测气气源由压缩空气与其他各类待测目标气体组成，储存于对应的气瓶内，每个气瓶均连接一个配套减压阀，用于气体压力控制；数据采集与计算机控制系统主要完成实验数据采集分析以及关键参数调节如光源波长、加热温度、气体浓度与流速等，所述计算机控制与数据采集中控系统内置逻辑电路，用于计算机工作站和质量流量控制器与混气系统、气体检测腔室、电子控温加热器及铂电极等关键设备的联通控制；所述工作站计算机内置配套软件，与数字显示器连接，用于数据储存分析与测试系统控制。
[0007]进一步地，该试验装置的具体结构如下：所述聚焦镜筒紧贴氙灯光源安装，在聚焦镜筒后接单色仪进光口；所述光束集中器连接于单色仪出光口，用于增强光辐照强度；所述氙灯光源与单色仪均放置在稳定的光学升降平台上，通过平台高度调整保证光的有效通路，并调节出光口镜面与材料表面距离，以此调节材料表面所受辐照强度；所述氙灯光源电流控制器单独连接氙灯光源，调节电流控制光源强度；单色仪波长控制系统内置于工作站计算机，精确控制出光波长；所述辐照计探测端置于金叉指电极同一水平面，测试前将其分别置于所制备探测器所处位置进行辐照强度测量，以获得同等条件下探测器表面所受辐照强度；所述小型气体检测腔室上盖为外加密封圈的特制石英玻璃，通过石英玻璃可降低紫外到红外波段的光强衰减；所述金叉指电极上涂覆敏感材料，电极两端与两对铂电极相连，完成电学性能测试；所述电子控温加热器作为支撑平台紧贴于金叉指电极，完成准确的温度控制；所述湿度控制器和尾气处理装置分别置于气体检测腔室的前后气路，完成检测气体的湿度控制与尾气处理；所述待测气气源钢瓶口连接配套减压阀组，气流通过质量流量控制器与混气系统后经由湿度控制器进入气体检测腔室；所述计算机控制与数据采集中控系统内置逻辑电路，连接上游工作站计算机与下游气体检测腔室和质量流量控制器与混气系统，用于逻辑控制与信号采集；所述工作站计算机分别连接单色仪、质量流量控制器与混气系统和数字显示器，用于波长控制、实验条件控制以及实验数据储存与处理。
[0008]本专利技术还包括一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置的试验方法，其包括如下步骤：
[0009](1)在黑暗条件下检测探测材料的性能；
[0010](2)在连续调整可变光的波长和/或强度的条件下检测探测材料的性能；
[0011](3)以黑暗条件下检测到的探测材料的性能作为对照，并依据步骤(2)中获得的探测材料的性能获得探测材料从黑暗条件到不同可变光的波长和/或强度的条件下的整体气
敏性能。进一步的，所述步骤(1)包括：
[0012]11、将所制备的探测材料调成糊状均匀涂覆于金叉指电极表面，并进行烧结老化，将探测材料制备成平面探测器；
[0013]12、将涂有敏感材料的金叉指电极紧贴电子控温加热器放置，并在两端连接铂电极；
[0014]13、将特制石英玻璃置于气体检测腔室上方密封，并用金属盖板遮挡玻璃孔，模拟常规无光环境；
[0015]14、打开对应待测气气源钢瓶阀门以及对应减压阀，通过工作站计算机将控制命令传输至计算机控制与数据采集中控系统完成升温控制和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置，其特征在于，包括可调光路激发系统、气体检测及气路系统、数据采集与计算机控制系统；可调光路激发系统包括氙灯光源(1)、聚焦镜筒(2)、单色仪(3)、光束集中器(4)、氙灯光源电流控制器(5)、辐照计(8)和光学升降平台(20)；气体检测及气路系统包括小型气体检测腔室(7)、特制石英玻璃(6)、金属盖板、铂电极(9)、金叉指电极(10)、电子控温加热器(11)、湿度控制器(12)、尾气处理装置(13)、质量流量控制器与混气系统(15)、待测气气源(16)和减压阀组(17)；数据采集与计算机控制系统包括计算机控制与数据采集中控系统(14)、工作站计算机(18)和数字显示器(19)；其中：可调光路激发系统主要提供所需波长及强度的激发光，所述氙灯光源(1)提供初始光源，光照强度通过氙灯光源电流控制器(5)进行调节；所述单色仪(3)用于调节光波长，单色仪波长控制系统内置于工作站计算机(18)；辐照计(8)内置于气体检测腔室(7)用于检测同等工况下金叉指电极(10)表面所受光照强度；光学升降平台(20)用于改变光源与探测器表面距离，以辅助调节金叉指电极(10)表面所受光照强度；所述气体检测及气路系统主要完成气体敏感性能测试，气体检测腔室(7)上盖为特制石英玻璃(6)，用于保证光源顺利照射至金叉指电极(10)；所述金叉指电极(10)用于金属氧化物敏感材料的基底，其两端与铂电极(9)连接以完成对应材料气体敏感性能测试；所述电子控温加热器(11)紧贴于金叉指电极(10)下方，用于准确控制加热温度；所述湿度控制器(12)位于气体检测腔室(7)前的进气管路，用于控制进气湿度；所述尾气处理装置(13)位于气体检测腔室(7)后的排气管路，用于消除废气可能存在的危险性；所述质量流量控制器与混气系统(15)用于控制各通路实验气体质量流量并完成均匀混气，用于实现目标气体浓度的准确控制；所述待测气气源(16)和减压阀组(17)配套使用，待测气气源由压缩空气与其他各类待测目标气体组成，储存于对应的气瓶内，每个气瓶均连接一个配套减压阀，用于气体压力控制；数据采集与计算机控制系统主要完成实验数据采集分析以及关键参数调节，所述计算机控制与数据采集中控系统(14)内置逻辑电路，用于计算机工作站(18)和质量流量控制器与混气系统(15)、气体检测腔室(7)、电子控温加热器(11)及铂电极(9)的联通控制；所述工作站计算机(18)内置配套软件，与数字显示器(19)连接，用于数据储存分析与测试系统控制。2.根据权利要求1所述的一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置，其特征在于：所述聚焦镜筒(2)紧贴氙灯光源(1)安装，在聚焦镜筒(2)后接单色仪(3)进光口；所述光束集中器(4)连接于单色仪(3)出光口，用于增强光辐照强度；所述氙灯光源(1)与单色仪(3)均放置在稳定的光学升降平台(20)上，通过平台高度调整保证光的有效通路，并调节出光口镜面与材料表面距离，以此调节材料表面所受辐照强度；所述氙灯光源电流控制器(5)单独连接氙灯光源(1)，调节电流控制光源强度；单色仪波长控制系统内置于工作站计算机(18)，精确控制出光波长；所述辐照计(8)探测端置于金叉指电极(10)同一水平面，测试前将其分别置于所制备探测器所处位置进行辐照强度测量，以获得同等条件下探测器表面所受辐照强度；所述小型气体检测腔室(7)上盖为外加密封圈的特制石英玻璃(6)，通过石英玻璃可降低紫外到红外波段的光强衰减；所述金叉指电极(10)上涂覆敏感材料，电极两端与两对铂电极(9)相连，完成电学性能测试；所述电子控温加热器(11)作为支撑平台紧贴于金叉指电极(10)，完成准确的温度控制；所述湿度控制器(12)和尾气处理装置(13)分别置于气体检测腔室(7)的前后气路，完成检测气体的湿度控制与尾气处理；所述待测气气源(16)钢瓶口连接配套减压阀组(17)，气流通过质量流量控制器与混气系统(15)
后经由湿度控制器(12)进入气体检测腔室(7)；所述计算机控制与数据采集中控系统(14)内置逻辑电路，连接上游工作站计算机(18)与下游气体检测腔室(7)和质量流量控制器与混气系统(15)，用于逻辑控制与信号采集；所述工作站计算机(18)分别连接单色仪(3)、质量流量控制器与混气系统(15)和数字显示器(19)，用于波长控制、实验条件控制以及实验数据储存与处理。3.根据权利要求1所述的一种可调波长与强度的光激发探测材料气敏性能的试验装置，其特征在于：所述关键参数包括光源波长、加热温度、气体浓度、流速之一或全部。4.基于权利要求1
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3之一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金华，段佩玉，段强领，肖华华，王青松，金凯强，陈子贤，刘丹丹，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：