【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体传感，更具体的说是涉及基于空腔截锥体结构的气体传感器及仿真方法。
技术介绍
1、目前，随着人们对个人健康和环境安全意识的提高，危险气体实时在线监测的问题逐渐成为人们关注的焦点。光学气体传感器可以提供实时、准确的气体检测，在医疗、安全、环境监测等领域有着广泛的应用。与电传感器相比，光学传感器没有电弧，避免了爆炸和电磁干扰的风险，更适合于爆炸性环境。现有的气体传感器包括：表面等离子体结构气体传感器、光纤倏逝场结构气体传感器、光纤布拉格光栅结构气体传感器等。
2、但是，表面等离子体结构需要昂贵的仪器来精确控制金属薄膜的厚度，制造过程复杂；光纤倏逝场结构需要对光纤进行削尖或侧面抛光来增强倏逝场，这一过程降低了传感器的鲁棒性；光纤布拉格光栅需要利用飞秒激光在光纤内部精确的制造光栅结构，增加了制造成本和复杂性。
3、因此，如何在提高气体传感器灵敏度的同时，实现高质量因子和高品质系数是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了基于空腔截锥体结构的气体传感器及仿真方法，在提高气体传感器灵敏度的同时，实现高质量因子和高品质系数。
2、为了实现上述目的，第一方面提供一种基于空腔截锥体结构的气体传感器，包括衬底，和位于所述衬底上表面的多个阵列排列的空腔截锥体结构；
3、所述空腔截锥体结构包括从上至下依次设置的上截锥体结构、开口圆环结构和下截锥体结构。
4、在其中一个优选实施例中，所述上截锥体结
5、在其中一个优选实施例中，所述上截锥体结构的上表面直径、所述开口圆环结构的内直径和所述下截锥体结构的下表面直径均相同；所述上截锥体结构的下表面直径、所述开口圆环结构的外直径和所述下截锥体结构的上表面直径均相同。
6、在其中一个优选实施例中，所述上截锥体结构的高度与所述下截锥体结构的高度相同；所述上截锥体结构的高度大于所述开口圆环结构的高度。
7、在其中一个优选实施例中，所述上截锥体结构、所述开口圆环结构和所述下截锥体结构在x,y方向的排列周期均相同。
8、在其中一个优选实施例中，所述衬底的材质采用二氧化硅，所述上截锥体结构、所述开口圆环结构和所述下截锥体结构均采用折射率为预设值的聚合物材料。
9、第二方面，本专利技术提供一种上述的基于空腔截锥体结构的气体传感器的仿真方法，包括以下步骤：
10、构建所述基于空腔截锥体结构的气体传感器的物理模型；
11、分别设置所述物理模型在x,y方向的仿真边界条件以及在z方向的仿真边界条件；
12、在所述物理模型上表面设置垂直入射光源进行仿真，监测所述物理模型的反射谱；
13、基于仿真结果和所述反射谱计算得到质量因子、灵敏度和品质系数。
14、在其中一个优选实施例中，计算得到质量因子的具体过程为：
15、获取谐振波长和半高全宽；
16、通过所述谐振波长除以所述半高全宽得到所述质量因子。
17、在其中一个优选实施例中，计算得到灵敏度和品质系数的具体过程为：
18、获取气体折射率变化值和对应的谐振波长漂移值；
19、通过所述对应的谐振波长漂移值除以所述气体折射率变化值得到所述灵敏度；
20、通过所述灵敏度除以所述半高全宽得到所述品质系数。
21、在其中一个优选实施例中，通过气体折射率变化值分别与所述灵敏度和所述品质系数的函数关系，表征气体传感器对气体的检测能力；
22、仿真时的气体折射率采用：1、1.0005或1.001。
23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了基于空腔截锥体结构的气体传感器及仿真方法，有益效果为：
24、1、本专利技术气体传感器采用空腔截锥体结构，将开口圆环结构置于上截锥体结构和下截锥体结构之间，创造了四个反射面，增强了反射光束的干涉效果，实现了具有较窄线宽的反射谱，有利于实现优异的传感效果。
25、2、本专利技术将开口圆环结构置于上截锥体结构和下截锥体结构之间，在不妨碍气体分子运动到上截锥体结构和下截锥体结构之间的同时，空腔结构更有利于光与物质之间的相互作用，有利于光与气体分子之间的相互作用，从而影响反射光谱，实现良好的气体传感测量。
26、3、将开口圆环结构置于上截锥体结构和下截锥体结构之间，增强了反射光束的干涉，获得了具有高质量因子值的反射谱，通过计算得到了高灵敏度的传感效果，实现了高品质系数值的传感特性。
27、4、本专利技术空腔截锥体结构所用的材料均为聚合物材料，与传统的金属材料相比，聚合物材料具有更好的吸收特性；对气体进行检测时，聚合物材料的强吸收特性会明显改变反射光谱的谐振峰位置，根据气体的折射率变化与谐振峰的漂移量可实现气体传感功能，并能获得高灵敏度。
28、5、空腔截锥体结构所用的材料均为聚合物材料，在实际制造中，只需利用双光子聚合技术就可以实现传感器的制作，制造简单；与等离子体超表面传感器的制作相比，避免了使用更多的机器设备，减小了制作成本，减少了制作的步骤，节约了制作的时间。
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1.基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，包括衬底，和位于所述衬底上表面的多个阵列排列的空腔截锥体结构；
2.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构的上表面直径小于所述上截锥体结构的下表面直径；所述下截锥体结构的上表面直径大于所述下截锥体结构的下表面直径。
3.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构的上表面直径、所述开口圆环结构的内直径和所述下截锥体结构的下表面直径均相同；所述上截锥体结构的下表面直径、所述开口圆环结构的外直径和所述下截锥体结构的上表面直径均相同。
4.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构的高度与所述下截锥体结构的高度相同；所述上截锥体结构的高度大于所述开口圆环结构的高度。
5.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构、所述开口圆环结构和所述下截锥体结构在x,y方向的排列周期均相同。
6.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传
7.利用权利要求1-6任一项所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器的仿真方法，其特征在于，计算得到质量因子的具体过程为：
9.根据权利要求8所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器的仿真方法，其特征在于，计算得到灵敏度和品质系数的具体过程为：
10.根据权利要求9所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器的仿真方法，其特征在于，通过气体折射率变化值分别与所述灵敏度和所述品质系数的函数关系，表征气体传感器对气体的检测能力；
...【技术特征摘要】
1.基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，包括衬底，和位于所述衬底上表面的多个阵列排列的空腔截锥体结构；
2.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构的上表面直径小于所述上截锥体结构的下表面直径；所述下截锥体结构的上表面直径大于所述下截锥体结构的下表面直径。
3.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构的上表面直径、所述开口圆环结构的内直径和所述下截锥体结构的下表面直径均相同；所述上截锥体结构的下表面直径、所述开口圆环结构的外直径和所述下截锥体结构的上表面直径均相同。
4.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征在于，所述上截锥体结构的高度与所述下截锥体结构的高度相同；所述上截锥体结构的高度大于所述开口圆环结构的高度。
5.根据权利要求1所述的基于空腔截锥体结构的气体传感器，其特征...
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