使用纳米管的谐振气体传感器制造技术

总体上描述了一种用于检测至少一种气体的浓度级的技术。一些示例装置可以包括传感器，传感器包括电介质表面上的导电板，在导电板上形成有纳米管层。导电板和纳米管层形成谐振器，谐振器响应于询问信号在一定频率下谐振。纳米管层可以配置为与一种或多种气体分子相关联。谐振器谐振的频率可以根据哪种气体分子与纳米管层相关联而偏移，以识别特定气体。谐振量可以表现为谐振响应信号。谐振响应信号的幅度可以指示所检测气体的浓度级。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用纳米管的谐振气体传感器
技术介绍
除非另有声明，这一部分中所述的材料并非相对于该申请中权利要求是现有技术，并且并不承认包括在这一部分中就是现有技术。人的感觉不容易检测许多危险气体。例如，氡-222气体是无嗅、无味和不可见的，因此不能够被人的感觉检测到。当氡-222衰变时，其发射阿尔法粒子，阿尔法粒子可能损害肺部组织，并且已经与引发人类肺癌联系起来。空气质量监测器已经用于检测这种有害气体。然而通常，这些空气质量监测器的设计可能限制了可以检测的气体的数目，使得需要许多不同的监测器来检测多种气体。此外，传统的空气质量监测器较大，并且在一些情况下监测器的精度依赖于外部因素，例如湿度、温度和气体浓度级。本公开认识到感测具有足以达到空气中可检测浓度的蒸汽压的液体是困难的和/或昂贵的。感测通过升华的固体而释放的蒸汽是困难的和/或昂贵的。检测化学气相沉积单层厚度和/或相应的气相浓度也是困难的。附图说明根据结合附图的以下描述和所述权利要求，本专利技术公开的前述和其他特征将变得更加清楚明白。应该理解的是这些附图只是描述了根据本专利技术公开的几个实施例，因此不应该看作是限制其范围，将通过使用附图利用附加的特性和细节来描述本专利技术的公开，其中：图1A是配置为识别气体混合物中至少一种气体的系统的方框图；图1B是用于检测一种或多种气体的一些示例传感器的图示；图1C是图1B示例传感器的侧视图图示；图2是检测一种或多种气体的一些示例传感器的图示；图3是检测一种或多种气体的一些示例传感器的图示；图4A是示例谐振器的基本谐振响应的说明性曲线；图4B是具有图4A所示基本谐振响应的示例谐振器的偏移谐振响应的说明性曲线；图5是确定一种或多种气体的浓度级的一些示例传感器系统的方框图；图6是说明确定一种或多种气体的浓度级的一些示例方法的流程图；图7是说明确定一种或多种气体的浓度级的一些示例方法的流程图；图8是说明检测包括两种或多种气体的混合物的变化的一些示例方法800的流程图；图9是说明了一些示例计算设备的方框图，所有都根据本公开的至少一些实施例设置。
技术实现思路
本公开总体上描述了一种传感器，配置为检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少一种气体。一些示例传感器可以包括电介质衬底、在所述电介质衬底的第一表面上的导电板以及在所述导电板上设置的纳米管层。导电板与纳米管层相结合可以形成谐振器。所述谐振器可以配置为响应于询问信号产生谐振响应信号。谐振响应信号可以指示谐振器的谐振特性，该谐振器的谐振特性在传感器与所述容积中的至少一种气体接触时发生变化，使得谐振器的谐振特性识别至少一种气体。本公开总体上还描述了一种系统，用于检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少一种气体。一些示例系统可以包括信号发生器、至少一个传感器和检测器。信号发生器可以配置为提供询问信号。所述至少一个传感器可以包括谐振器，并且可以配置为接收所述询问信号并且响应于所述询问信号产生谐振响应信号。所述谐振响应信号可以指示谐振器的谐振特性，该谐振器的谐振特性在所述至少一个传感器与所述容积中的至少一种气体接触时发生变化的，使得谐振器的谐振特性识别所述至少一种气体。所述检测器可以配置为接收谐振响应信号，并且产生检测信号，所述检测信号对识别所述至少一种气体的谐振器的谐振特性加以指示。本公开还描述了一种方法，用于识别包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的两种或更多种气体。一些示例方法包括向谐振器施加一个或多个询问信号，测量当被询问信号激励时谐振器的两个或更多个谐振响应；以及根据两个或更多个谐振响应来确定两种或更多气体的身份。在一些示例方法中，谐振器包括碳纳米管。本公开总体上还描述了一种方法，用于识别包括两种或更多种气体的混合物中的气体。一些示例方法包括利用天线接收基于无线电的询问信号。所述基于无线电的询问信号可以包括多个询问频率。所述天线操作性地耦合至碳纳米管谐振器，或者所述天线至少部分地由碳纳米管谐振器形成。一些示例方法还可以包括利用碳纳米管谐振器响应于基于无线电的询问信号来产生至少一个谐振响应，并且基于至少一个谐振响应来识别与碳纳米管谐振器接触的气体。在一些示例方法中，碳纳米管谐振器的谐振响应基于与碳纳米管谐振器接触的气体混合物的成分而变化。以上概述只是示例性的而绝不是限制性的。除了上述示例性的方案、实施例和特征之外，另外的方案、实施例和特征通过参考附图和以下详细描述将变得清楚明白。具体实施方式在以下详细描述中，参考作为附图进行，所述附图形成了描述的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，类似的符号典型地表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意味着限制。在不脱离这里所展现主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例或者可以进行其他变化。应该理解的是如这里一般性描述并且在附图中说明的本公开的方面可以按照多种不同的结构进行排列、替代、组合、分离和设计，这里明确地考虑了这些内容。本公开涉及通常与检测至少一种气体的存在和/或浓度级相关的方法、系统、装置和/或设备。一些示例装置可以包括传感器，所述传感器包括电介质衬底、导电板以及在导电板上的纳米管层。导电板可以设置在电介质衬底的第一表面上。纳米管层可以设置在导电板上，使得纳米管层和导电板形成谐振器，所述谐振器响应于电磁询问信号按照一定频率进行电磁谐振。纳米管层可以配置为与一种或多种气体分子相关联。例如，纳米管层可以配置为吸收气体分子。谐振器谐振的频率可以根据哪些气体分子与纳米管层相关联而偏移。谐振可以表现为谐振响应信号。谐振响应信号的幅度可以指示检测的气体的存在和/或浓度级。还可以将谐振频率检测为与谐振响应信号的倒相相对应的频率。谐振器具有基本谐振频率。响应于纳米管层与一种或多种类型的气体分子相关联，谐振器的谐振频率可以偏移至第二或偏移的谐振频率，指示了与传感器接触的气体。更具体地，与所述纳米管层相关联的每一种类型的气体分子可以在谐振器中产生特定的特征谐振频率偏移。也就是说，频率偏移的大小可以指示检测的气体的种类。因此在一些示例中，单个谐振器可以配置为检测传感器所暴露给的多种气体。图1A是根据这里所述的至少一些实施例的系统1的方框图，系统1配置为识别气体混合物中的至少一种气体。信号发生器2可以配置为产生至少一个电磁询问信号(或者简单地，询问信号)，其中每一个询问信号包括一个或多个相关联的频率(例如，具有一定频率范围的宽带信号，或者具有减小的频率范围的窄带信号)。可选地，信号发生器2可以配置为产生多个电磁询问信号。信号发生器2操作性地耦合至至少一个传感器4，其中将传感器4设置在包括气体混合物的容积6中。传感器4可以配置为接收由信号发生器2产生的至少一个询问信号，导致对传感器的激励，使得传感器可以在被激励的同时提供谐振响应信号。谐振响应信号包括谐振频率，所述谐振频率对容积6中气体混合物中至少一种气体的存在加以指示。可选地，传感器4可以配置为从信号发生器2接收多个电磁询问信号，导致对传感器的激励，使得所述传感器可以提供包括两个或更多个谐振频率的谐振响应信号，所述两个或更多个谐振频率中的每一个由接触传感器4的相应气体来确定。检测器8可以配置为评估至少一个传感器4的谐振响应。检测器8可以操作以检测传感器4的谐振特性(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种传感器，配置为检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少第一和第二气体，所述传感器包括：电介质衬底；在所述电介质衬底的第一表面上的第一导电板；以及在所述第一导电板上设置的第一纳米管层，所述第一导电板与所述第一纳米管层相结合形成第一谐振器，其中所述第一谐振器配置为响应于第一询问信号产生第一谐振响应信号，所述第一谐振响应信号指示了所述第一谐振器的谐振特性，所述谐振特性在所述传感器与所述容积中的第一气体接触时发生变化，使得所述第一谐振器的第一谐振特性识别所述第一气体；在所述电介质衬底的第一表面上的第二导电板；以及在所述第二导电板上设置的第二纳米管层，所述第二导电板与所述第二纳米管层相结合形成第二谐振器，其中所述第二谐振器配置为响应于第二询问信号产生第二谐振响应信号，所述第二谐振响应信号指示了所述第二谐振器的谐振特性，所述谐振特性在所述传感器与所述容积中的第二气体接触时发生变化，使得所述第二谐振器的第二谐振特性识别所述第二气体,其中，所述第一询问信号具有与之关联的一个或多个频率，所述第二询问信号具有与所述第一询问信号的不同的、与之关联的一个或多个频率，其中，所述传感器还包括操作性地耦合至接收所述第一询问信号和所述第二询问信号的天线的解调谐短线，以允许将较宽范围的询问频率传输至所述第一谐振器和所述第二谐振器。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一纳米管层包括全部具有相同尺寸的纳米管。3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一导电板具有高纵横比的矩形或其他多边形的形状，并且所述第一谐振响应信号包括双模谐振响应。4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一谐振器和所述第二谐振器具有不同的尺寸。5.根据权利要求1所述的传感器，还包括至少一个馈线，所述至少一个馈线配置为向所述第一谐振器和所述第二谐振器提供询问信号。6.根据权利要求1所述的传感器，还包括第一馈线和第二馈线，所述第一馈线配置为选择性地向所述第一谐振器提供所述询问信号，并且所述第二馈线配置为选择性地向所述第二谐振器提供所述询问信号。7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一导电板包括圆形板和/或铜板中的一个或多个。8.根据权利要求1所述的传感器，还包括与所述第一谐振器绝缘并且在所述第一谐振器下方的地平面。9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一纳米管层包括全部具有相同直径的纳米管。10.一种用于检测包括两种或更多种气体的混合物在内的容积中的至少第一和第二气体的系统，所述系统包括：信号发生器，配置为提供多个询问信号；第一传感器，配置为接收所述多个询问信号中的第一询问信号，其中所述第一传感器包括：第一电介质衬底；以及第一谐振器，由第一导电板和所述第一导电板上设置的第一纳米管层形成，所述第一谐振器配置为响应于所述第一询问信号产生第一谐振响应信号，所述第一谐振响应信号指示了所述第一谐振器的谐振特性，所述谐振特性在所述第一传感器与所述容积中的第一气体接触时发生变化，使得所述第一谐振器的所述谐振特性识别所述第一气体；第二传感器，配置为接收多个询问信号中的第二询问信号，其中所述第二传感器包括：第二电介质衬底；以及第二谐振器，由在所述第二电介质衬底上的第二导电板以及所述第二导电板上设置的第二纳米管层形成，并且配置为响应于所述第二询问信号产生第二谐振响应信号，所述第二谐振响应信号指示了所述第二谐振器的谐振特性，所述谐振特性在所述第二传感器与所述容积中的第二气体接触时发生变化，使得所述第二谐振器的谐振特性识别所述第二气体；以及检测器，配置为接收第一和第二谐振响应信号，并且产生检测信号，所述检测信号指示了对所述第一气体加以识别的所述第一谐振器的谐振特性和/或对所述第二气体加以识别的所述第二谐振器的谐振特性，其中，所述第一询问信号具有与之关联的一个或多个频率，所述第二询问信号具有与所述第一询问信号的不同的、与之关联的一个或多个频率，其中，所述第一传感器和所述第二传感器还包括操作性地耦合至接收所述第一询问信号和所述第二询问信号的天线的解调谐短线，以允许将较宽范围的询问频率传输至所述第一谐振器和所述第二谐振器。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述信号发生器和所述检测器是传感器接口的一部分。12.根据权利要求10所述的系统，还包括控制器，所述控制器操作性地耦合至所述检测器，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·斯普拉格·阿克利，克里斯托夫·A·威克洛夫，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：
国别省市：