基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统技术方案

本发明专利技术涉及一种气体传感器，尤其为一种基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统。克服现有气体传感器无法同时检测不同种类气体以及响应速度慢、易受环境影响等的问题。传感器包括气室和固定在气室内部的探测基板；气室上开设通气口以及通光口；探测基板表面通过静电作用吸附有金纳米粒子。基于金纳米粒子的LSPR吸收特性，当周围的介质环境发生变化时，其吸收峰位置将会受到显著影响，建立吸收峰与周围环境介电常数之间的关系，并构建环境介电常数与环境中气体组分及组分含量数据库，利用检测获得的吸收峰位置可以直接反推出当前环境中的不同气体组分和含量，同时可以在环境变化后快速响应，实现气体成分的快速检测。检测。检测。

【技术实现步骤摘要】
基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统


[0001]本专利技术涉及一种气体传感器，尤其为一种基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统。

技术介绍

[0002]随着工业发展，不同地区和国家的碳排放量不断增高。大气中上涨的二氧化碳等温室气体含量的增高，已经对地球的气候和环境造成了威胁。此外，还有其他如氮气，氯气等会影响人类健康的其他有害气体。或者是针对于在某些特殊环境工作的人群，如油井，煤矿等，也会存在不同种类的有害气体。但是，目前常见的气体传感器只能针对单一气体进行检测，无法实现环境中不同种类气体的同时检测。另外，在检测单一气体时，还需要进行化学标记，响应速度慢，以及探测器容易受到周围环境腐蚀性气体的影响，导致反应构造不稳定，传感器灵敏度受损等问题。
[0003]因此，研究新型的气体传感器对于解决当前的社会问题而言是十分必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于LSPR效应的气体传感器，克服现有气体传感器无法同时检测不同种类气体以及响应速度慢、易受环境影响等的问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LSPR效应的气体传感器，其特征在于：包括气室(2)和固定在气室(2)内部的探测基板(1)；所述气室(2)上开设通气口(4)以及通光口(3)；所述通气口(4)为常开口，使得气室内气体环境和待测气体环境一致；所述通光口(3)用于激发光束通过，并入射至探测基板(1)；所述探测基板(1)为玻璃基板(11)，玻璃基板(11)表面通过静电作用吸附有金纳米粒子(12)。2.根据权利要求1所述的基于LSPR效应的气体传感器，其特征在于：所述金纳米粒子(12)的直径位于5
‑
30nm之间。3.根据权利要求2所述的基于LSPR效应的气体传感器，其特征在于：所述气室(2)包括平面底板及扣设在平面底板上的半椭球形壳体，所述探测基板(1)固定在平面底板的内侧；所述通气口(4)和通光口(3)均设置在半椭球形壳体上。4.一种基于LSPR效应气体传感器的气体检测系统，其特征在于：包括卤素光源(24)、权利要求1
‑
3任一所述基于LSPR效应的气体传感器(23)、光谱仪(22)及计算机(21)；所述卤素光源(24)用于提供LSPR激发所需要的光源；光束通过基于LSPR效应的气体传感器(23)气室的通光口(3)入射至探测基板(1)；所述基于LSPR效应的气体传感器(23)用于通过通气口(4)获得与待测环境相同的气体成分环境，在卤素光源(24)作用下，检测气室内气体组分和各组分含量；所述光谱仪(22)用于采集基于LSPR效应的气体传感器(23)的输出信号，将输出信号转化为光谱吸收数据，并将光谱吸收数据传输到计算机(21)中；所述计算机(21)用于分析光谱仪(22)获取到的光谱吸收数据，实时获取待测环境气体组分和各组分浓度。5.根据权利要求4所述的基于LSPR效应气体传感器的气体检测系统，其特征在于：还包括光纤束，光纤束的一端与卤素光源(24)连接，另一端插入基于LSPR效应的气体传感器(23)气室的通光口(3)，指向探测基板(1)。6.根据权利要求5所述的基于LSPR效应气体传感器的气体检测系统，其特征在于：所述卤素光源(24)的辐射总功率为1W，出射光线波长为200
‑
1800nm。7.一种基于LSPR效应气体传感器的气体检测方法，其特征在于：基于权利要求4
‑
6任一所述气体检测系统实现，包括以下步骤：步骤1、将基于LSPR效应的气体传感器(23)放置在空气环境中，获得在空气环境中的LSPR吸收峰位置，并与基准位置比较，进行校准；步骤2、将基于LSPR效应的气体传感器(23)置于待检环境，使得气室(2)环境与待检环境一致；步骤3、开启卤素光源(24)与光谱仪(22)，使光线可以入射到探测基板(1)上；步骤4、基于光谱仪(22)采集基于LSPR效应的气体传感器(23)的输出信号，将输出信号转化为光谱吸收数据，并将光谱吸收数据传输到计算机(21)中；步骤5、计算机(21)分析光谱仪(22)获取到的光谱吸收数据，将光谱吸收数据与预设数据库中数据进行匹配，将匹配度最高的一组数据作为待检测环境中气体组分和各组分浓度数据；并进行气体组分和各组分浓度的实时显示。8.根据权利要求7所述的基于LSPR效应气体传感器的气体检测方法，其特征在于，步骤5中所述预设数据库基于下述过程获取：
a、建立光谱吸收峰位置与已知环境介电函数和金纳米粒子本身介电函数之间的关系；a1、建立光谱吸收数据的吸收截面C
abs
与已知环境介电函数和金纳米粒子本身介电函数之间的关系；其中，k为比例系数，α为金纳米粒子的半径，Im表示虚部，ε为金纳米粒子本身介电函数，ε
m
为环境介电函数；ε
m
＝η1×
ε
m1
+
…
+η
j
×
ε
mj
，公式中的η1…
η
j
分别为环境中j类不同气体的百分含量，ε
m1
…
ε
mj
分别为已知环境中j类不同气体的介电函数；j为大于等于2的整数；a2、基于吸收截面C
abs
确定吸收效率Q
abs
；其中，α
eff
为金纳米粒子的有效半径；a3、基于吸收效率Q
abs
，获得吸收谱线，结合公式1和公式2，建立吸收谱线中吸收峰位置和环境介电函数之间的关系；b、基于ε
m
＝η1×
ε
m1
+
…
+η
j
×
ε
mj
，构建环境介电函数与环境中气体组分和各组分浓度之间的预设数据库；b1、构建多组气体环境；每组气体环境具有已知不同的气体组分，且各组分含量已知，各组分含量可以相同也可以不同；b2、基于ε
m
＝η1×
ε
m1
+
…
+η
j
×
ε
mj
，分别计...

【专利技术属性】
技术研发人员：马向超，贺伟明，吴鑫，李金泽，张建奇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：