可调滤波器以及非色散气体探测器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种可调滤波器以及非色散气体探测器，所述可调滤波器包括相对设置的基底和盖板，所述基底的表面上设置一固定反射镜，一可动反射镜通过多个锚点设置于固定反射镜表面且与固定反射镜平行，所述可动反射镜能够向基底方向和盖板方向两个方向移动；所述固定反射镜和可动反射镜对工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底和盖板对工作波段的光的透射率大于其余波段；所述基底和可动反射镜之间设置有第一限位部件，所述可动反射镜和盖板之间设置有第二限位部件。本实用新型专利技术的优点在于，通过限位部件控制滤波器精确输出一特征吸收波长的光线和一参考波长的光线，通过对两次检测结果的比对，有效降低干扰、提高非色散气体探测器的检测精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微电子机械系统(MEMS)领域，涉及一种基于法布里-珀罗腔以及MEMS技术的可调滤波器以及非色散气体探测器。
技术介绍
以非色散红外气体传感器(NDIR)为代表的以探测气体吸收光辐射为基本原理的气体探测器，是利用待测气体在特征吸收谱线对辐射的吸收，从而检测出气体的种类、浓度等信息的一类传感器。非色散红外气体传感器具有灵敏度高、选择性好、响应速度快等优点，越来越广泛地应用到各个工农业领域。以红外光作为探测光线为例，非色散红外气体传感器的基本构成包括红外辐射源、窄带滤波片、气室、以及用于接收和检测红外辐射的红外探测器。工作时，由红外辐射源发射的广谱红外辐射，通过窄带滤波片后形成与待测气体的特征吸收谱线相对应的特定波长的红外辐射。上述红外辐射通过充满待测气体的气室，由于其波长与待测气体的特征吸收峰吻合而被待测气体吸收从而导致红外辐射强度衰减。根据朗伯-比尔定律，红外辐射被吸收衰减的程度与待测气体种类、浓度等相关，通过与未经衰减的辐射强度对比即可得到待测气体的相关信息。在实际使用中，由于红外辐射源和红外探测器的性能随着使用时间以及受环境温度变化等因素的影响会产生漂移，从而影响非色散红外气体传感器的检测精度和重复性。另外，气室受粉尘等的污染也会直接降低检测结果的准确性。为克服上述不利因素的影响，非色散红外气体传感器往往需要设计成更加复杂的形式。例如，利用斩波器对红外辐射调制形成交流信号可以在一定程度上克服器件性能漂移的影响。增加一路参比光路形成双光路非色散红外气体传感器可以克服气室污染的不利影响。因此，非色散红外气体传感器具有单束-单波长、单束-双波长、双束-双波长等多种不同的实现方式。专利US6590710 B2中对几种常用非色散红外气体传感器的构造形式进行了描述。传统非色散红外气体传感器中一般使用多层薄膜形成窄带干涉滤波片，其带通中心波长固定，因此一个特定的干涉滤波片只能用于一种气体特征谱线的检测。如果使用参比光束，需要使用另外一个干涉滤波片，其带通中心波长一般选择在待测气体特征谱线的附近但与特征谱线不重合的波长。例如，用于C02检测的传感器，检测波长通常选择在4.2um,而参比波长可选择在3.8um。上述一对干涉滤波片仅能检测一种气体。如果一个非色散红外气体传感器需要检测几种不同气体，往往采用一个转轮上安装多个具有不同中心波长的干涉滤波片，通过旋转在不同谱线之间切换。这种方法存在的缺点包括体积增大、价格上升、旋转装置存在机械噪声并且寿命有限等。为克服上述不足，专利US5646729提供了一种非色散红外气体传感器。其特点在于光路中设置一个MEMS法布里-珀罗可调滤波器，利用静电力改变法布里-珀罗滤波器的两个反射镜之间的距离，实现滤波器的透过波长在检测波长与参比波长之间切换，从而仅用单个滤波器、单个红外探测器，类似单束-单波长的结构即可实现传统方法必须使用两个滤波片、两个探测器的双波长检测。而且波长切换时无需旋转装置，与传统非色散红外气体传感器相比，具有成本低、寿命长、体积小、功耗低等优点。但是，上述MEMS法布里-珀罗可调滤波器的可动反射镜在受到震动、加速度等外在因素作用时也会产生位移，从而引起两个反射镜之间的距离发生变化。其结果会导致法布里-珀罗滤波器的透过中心波长产生偏移，导致非色散红外气体传感器的检测误差。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种可调滤波器以及非色散气体探测器，能够有效克服气室的粉尘和湿气等污染的不利影响。为了解决上述问题，本技术提供了一种可调滤波器，包括相对设置的基底和盖板，所述基底的表面上设置一固定反射镜，一可动反射镜通过多个锚点设置于固定反射镜表面且与固定反射镜平行，所述可动反射镜能够向基底方向和盖板方向两个方向移动；所述固定反射镜和可动反射镜对工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底对工作波段的光的透射率大于其余波段；所述固定反射镜和可动反射镜之间设置有第一限位部件，所述可动反射镜和盖板之间设置有第二限位部件。可选的，所述第一限位部件设置在固定反射镜表面或者可动反射镜表面。可选的，所述第二限位部件设置在可动反射镜表面或者盖板表面。可选的，所述第一限位部件和第二限位部件的位置沿着垂直于可动反射镜的方向相互对准。可选的，所述第一限位部件和/或第二限位部件为闭合形状。可选的，所述固定反射镜和可动反射镜由具有不同折射系数的两种材料交替设置构成，所述两种材料分别为多晶硅和二氧化硅。本技术进一步提供了一种非色散气体探测器，包括辐射源、可调滤波器、气室、以及探测器，辐射源发射的广谱光辐射通过可调滤波器后变为窄带辐射，经过气室后若该波段的光处于待测气体的特征吸收波段则吸收衰减，再被探测器接收并输出相应的电信号，所述可调滤波器为上述任意一可调滤波器，所述辐射源设置于可调滤波器的盖板上，辐射光通过所述可动反射镜以及固定反射镜形成的腔体滤波后，从基底中出射。可选的，所述盖板在靠近可动反射镜一侧的表面具有一空腔；所述空腔表面覆盖一绝热膜，所述辐射源通过热绝缘薄膜悬空设置于空腔的开口处。可选的，进一步在基底背离所述固定反射镜的表面上设置减反膜，以增加工作波段光辐射的透过率。可选的，进一步在基底背离所述固定反射镜的表面上设置一孔径光阑，所述孔径光阑沿着垂直于可动反射镜的方向与所述可动反射镜对准。本技术还提供了一种非色散气体探测器，包括辐射源、气室、可调滤波器、以及探测器，辐射源发射的广谱光辐射通过气室射入可调滤波器，气室中的待测气体仅吸收特征波长的光线，可调滤波器将所述特征吸收波长的光线滤出，经可调滤波器滤出的光线再被探测器接收并输出相应的电信号，所述可调滤波器为上述任意一可调滤波器，所述探测器设置于可调滤波器的盖板上，辐射光从基底中入射，并通过所述可动反射镜以及固定反射镜形成的腔体滤波后，被所述探测器吸收。可选的，所述盖板在靠近可动反射镜一侧的表面具有一空腔；所述空腔表面覆盖一绝热膜，所述探测器通过热绝缘薄膜悬空设置于空腔的开口处。可选的，进一步在基底背离所述固定反射镜的表面上设置减反膜，以增加工作波段光辐射的透过率。可选的，进一步在基底背离所述固定反射镜的表面上设置一孔径光阑，所述孔径光阑沿着垂直于可动反射镜的方向与所述可动反射镜对准。本技术的优点在于，通过控制限位部件的高度使滤波器的一输出波长精确定位到恰好是气室中气体的特征吸收波长，则经过气室后该光线被待测气体吸收，从而获得光线经过气室的衰减程度；并控制另一限位部件的高度使滤波器输出另一参考波长的光线，该波长的光线不会被待测气体吸收，衰减主要是由气室中可能存在粉尘和湿气等因素造成的，通过对两次检测结果的比对，可以去除气室内污染对检测结果的影响，从而实现单束-双波长的非色散气体检测，可以有效克服气室的粉尘和湿气等污染的不利影响。利用本技术的可调滤波器，进一步克服了传统单束-双波长的非色散气体传感器需要两组滤波片和探测器所带来的成本高以及两组探测器性能不匹配等缺点。附图说明附图1是本技术具体实施方式所述的可调滤波器的整体结构示意图；附图2A为附图1中具体实施方式所述的可调滤波器的可动反射镜驱动至第一限位部件与固定反射镜接触位置的示意图；附图2B为附图1中所述可调滤波器的可动反射镜驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调滤波器，包括相对设置的基底和盖板，其特征在于：所述基底的表面上设置一固定反射镜，一可动反射镜通过多个锚点设置于固定反射镜表面且与固定反射镜平行，所述可动反射镜能够向基底方向和盖板方向两个方向移动；所述固定反射镜和可动反射镜对工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底和盖板对工作波段的光的透射率大于其余波段；所述固定反射镜和可动反射镜之间设置有第一限位部件，所述可动反射镜和盖板之间设置有第二限位部件。

【技术特征摘要】
1.一种可调滤波器，包括相对设置的基底和盖板，其特征在于: 所述基底的表面上设置一固定反射镜，一可动反射镜通过多个锚点设置于固定反射镜表面且与固定反射镜平行，所述可动反射镜能够向基底方向和盖板方向两个方向移动； 所述固定反射镜和可动反射镜对工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底和盖板对工作波段的光的透射率大于其余波段； 所述固定反射镜和可动反射镜之间设置有第一限位部件，所述可动反射镜和盖板之间设置有第二限位部件。2.根据权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述第一限位部件设置在固定反射镜表面或者可动反射镜表面。3.根据权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述第二限位部件设置在可动反射镜表面或者盖板表面。4.根据权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述第一限位部件和第二限位部件的位置沿着垂直于可动反射镜的方向相互对准。5.根据权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述第一限位部件和/或第二限位部件为闭合形状。6.根据权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述固定反射镜由具有不同折射系数的两种材料交替设置构成；所述可动反射镜亦由具有不同折射系数的两种材料交替设置构成。7.一种非色散气体探测器，包括辐射源、可调滤波器、气室、以及探测器，辐射源发射的广谱光辐射通过可调滤波器后变为窄带辐射，经过气室后若该波段的光处于待测气体的特征吸收波段则被吸收衰减，再被探测器接收并输出相应的电信号，其特征在于，所述可调滤波器为一权利要求1 6任意一项所述的可调滤波器，所述辐射源设置于可调滤波器的盖板上，辐射光通过所述可动反射镜以及固定反射镜形成的腔体滤波后，从基底中出射。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜利军，
申请(专利权)人：姜利军，
类型：实用新型
国别省市：