一种增强型气体检测传感器
阅读说明：本技术 一种增强型气体检测传感器 (Enhanced gas detection sensor ) 是由 雷鸣 饶吉磊 刘曰利 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种增强型气体检测传感器,包括：气体富集器,气体富集器包括具有气体吸附功能的气体吸附部及用于对气体吸附部进行加热的加热单元；气体传感器,气体传感器的检测端靠近气体吸附部设置,并可检测到气体吸附部被加热单元加热后释放出的待测气体。工作时,先让气体富集器处于低温状态,气体吸附部可以长时间吸附空气中的待测气体,当吸附达到一定程度时,用加热单元极速升温至指定高温,气体吸附部受热后,吸附的气体在极短时间内全部释放,而气体富集器与气体传感器处在同一较小腔体内,从而可以将气体的浓度在短时间内提高几百倍,从而实现先富集后检测,解决了当前气体传感器灵敏度低、选择性低,达不到实际检测需求的问题。(The invention discloses an enhanced gas detection sensor, which comprises: the gas concentrator comprises a gas adsorption part with a gas adsorption function and a heating unit for heating the gas adsorption part; and the detection end of the gas sensor is arranged close to the gas adsorption part and can detect the gas to be detected released by the gas adsorption part after being heated by the heating unit. The during operation lets gas enrichment ware be in the low temperature state earlier, gas adsorption portion can adsorb the gas that awaits measuring in the air for a long time, when adsorbing and reaching the certain degree, with the unit extremely fast intensification of heating to appointed high temperature, gas adsorption portion is heated the back, adsorbed gas is whole releases in the extremely short time, and gas enrichment ware is in same less cavity with gas sensor, thereby can improve the concentration of gas several hundred times in the short time, thereby realize gathering earlier the back and detect, it is low to have solved current gas sensor sensitivity, the selectivity is low, can not reach the problem of actual detection demand.)
技术领域
本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种增强型气体检测传感器。
背景技术
气体传感器在各行各业有大量的需求，但是有些场景下待测气体浓度极低，通常达到ppb(十亿分之一)级别，对于这种场景，目前的各种类型的传感器灵敏度及选择性都达不到使用需求，所以目前这一性能制约了气体传感器行业的发展。
低浓度测试需求的气体包括乙烯、甲醛、甲基吲哚等等，这一类气体通常在ppb级别的浓度下，就会有较大的影响或者危害，比如10ppb浓度的乙烯会导致水果催熟，70ppb的甲醛会导致白血病，10ppb的甲基吲哚会有明显臭味。
以乙烯气体的使用为例，生鲜水果运输距离较远时，运输存储的时间就比较长，但水果能够存储的时间非常有限，所以通用的做法是在水果未完全成熟时，便采摘后进行运输及保存，在需要上架销售的时候，进行充入乙烯气体进行人工催熟。但是水果本身也会自然成熟释放乙烯气体，或者运输中受到挤压损伤，也会加速释放乙烯，即便是几十ppb浓度的乙烯，也会对水果进行催熟，进而导致更多水果产生乙烯，使环境中的乙烯浓度快速升高。如果在存储期间，水果所处环境内乙烯浓度突然升高，水果就会快速成熟，若不能及时发现，就会发生水果大面积腐烂的情况，而水果的单价一般较高，所产生的经济损失将会很大。因此如果能够通过监测水果存储环境中的乙烯浓度变化，就能及时掌握水果的成熟时间，进而采取相应措施来避免或降低水果的损失。
由于乙烯气体即便只有ppb级别的浓度，也能对水果产生效果，因此要求气体传感器具有极高的灵敏度，测试极限能达到ppb级别。而存储水果的环境中，一般会有其它各种挥发性气体，其浓度也较高，就需要气体传感器具有很高的选择性。遗憾的是，目前没有任何一种商用传感器能够满足这两个苛刻的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种增强型气体检测传感器，采用气体富集技术，解决当前气体传感器灵敏度低，达不到实际检测需求的问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种增强型气体检测传感器，包括：
气体富集器，所述气体富集器包括具有气体吸附功能的气体吸附部及用于对所述气体吸附部进行加热的加热单元；
气体传感器，所述气体传感器的检测端靠近所述气体吸附部设置，并可检测到所述气体吸附部被所述加热单元加热后释放出的待测气体。
进一步的，所述气体富集器、气体传感器内置于同一容纳腔内，所述容纳腔的一侧设置有与外部待检测环境相连通的导气槽。
进一步的，所述导气槽内设置有干扰气体吸附器，所述干扰气体吸附器用于去除干扰气体。
进一步的，所述干扰气体吸附器的吸附剂材料包括但不限于活性炭、改性共价有机框架材料(COF)、金属有机框架材料(MOF)。
进一步的，所述气体传感器包括但不限于半导体式气体检测传感器、电化学式气体检测传感器、催化燃烧式气体检测传感器、光学式气体检测传感器。
进一步的，所述气体富集器与所述气体传感器相邻布置。
进一步的，所述的增强型气体检测传感器还包括透气膜，所述透气膜覆盖于所述导气槽上。
进一步的，所述的增强型气体检测传感器还包括硅片，所述气体富集器固定在硅片上。
进一步的，所述气体吸附部的吸附剂材料包括但不限于活性炭、改性共价有机框架材料(COF)、金属有机框架材料(MOF)。
进一步的，所述加热单元包括但不限于激光加热、电热丝加热。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：该增强型气体检测传感器工作时，先让气体富集器处于低温状态，气体吸附部可以长时间吸附空气中的待测气体，当吸附达到一定程度时，用加热单元极速升温至指定高温，气体吸附部受热后，吸附的气体在极短时间内全部释放，而气体富集器与气体传感器处在同一较小腔体内，从而可以将气体的浓度在短时间内提高几百倍，从而实现先富集后检测，解决了当前气体传感器灵敏度低，达不到实际检测需求的问题。
附图说明
图1是本发明提供的增强型气体检测传感器中气体富集器一种实施方式的侧向剖面结构示意图；
图2是本发明提供的增强型气体检测传感器一种实施方式的俯视面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1、图2，本实施例提供了一种增强型气体检测传感器，包括：气体富集器10、气体传感器20。
所述气体富集器10包括具有气体吸附功能的气体吸附部1及用于对所述气体吸附部1进行加热的加热单元2；所述气体传感器的检测端靠近所述气体吸附部设置，并可检测到所述气体吸附部1被所述加热单元2加热后释放出的待测气体。
该增强型气体检测传感器工作时，先让气体富集器10处于低温状态，气体吸附部1可以长时间吸附空气中的待测气体，当吸附达到一定程度时，用加热单元2(第二微热盘)极速升温至指定高温，气体吸附部1受热后，吸附的气体在极短时间内全部释放，而气体富集器与气体传感器处在同一较小腔体内，从而可以将气体的浓度在短时间内提高几百倍，从而实现先富集后检测，解决了当前气体传感器灵敏度低，达不到实际检测需求的问题。
本实施例中，所述气体富集器、气体传感器内置于同一容纳腔内，例如：容纳腔的体积小于1立方厘米，所述气体富集器与所述气体传感器相邻布置，从而保证气体富集器释放出的气体快速被气体传感器检测到。
所述容纳腔的一侧设置有与外部待检测环境相连通的导气槽，所述导气槽内设置有干扰气体吸附器，所述干扰气体吸附器用于去除干扰气体，所述干扰气体吸附器由活性炭、共价有机框架材料金属、有机框架材料和多孔氧化硅中的任一种材质制作而成，当干扰气体较少时，或者干扰气体不易被气体吸附部吸附时，也可以不设置干扰气体吸附器。
具体的，所述气体传感器包括但不限于半导体式气体检测传感器、电化学式气体检测传感器、催化燃烧式气体检测传感器、光学式气体检测传感器，气体传感器(图中未示出)的工作原理是，敏感材料会被涂覆在叉指电极表面，第一微热盘会为敏感材料提供工作的高温，敏感材料处于合适的高温环境中时，其活性较高，能够于空气中相应的气体时时发生可逆化学反应，进行电子交换，从而产生敏感材料电阻的变化，电阻变化幅度通常与气体浓度呈正相关，因此可通过测试敏感材料电阻变化来计算环境中相应气体的浓度。
所述气体吸附部1包括但不限于活性炭、改性共价有机框架材料(COF)、金属有机框架材料(MOF)，所述加热单元2包括但不限于激光加热、电热丝加热，本实施例中，所述加热单元2具体采用第二微热盘(电热丝加热)，所述第二微热盘固定在硅片3上，并且第二微热盘与硅片3之间设置有支撑薄膜4，所述第二微热盘与所述气体吸附部1之间设置有绝缘薄膜5，所述气体吸附部1具体采用图涂覆于绝缘薄膜5背离所述第二微热盘一面的纳米级别多孔改性材料，包括但不限于活性炭、改性共价有机框架材料(COF)、金属有机框架材料(MOF)，该材料的特点是，具有高度规则的多孔形貌，比表面积极大(>1000m2/g),同时可通过负载不同的有机官能团，达到吸附特定气体的效果，比如只吸附乙烯气体。同时，当对该材料进行适当温度的加热，可以快速释放吸附气体，且保证材料的性能不受影响，其中最核心的气体富集器和气体传感器都是基于MEMS微热盘制作而成，在现有传感器技术水平上，大幅提高传感器检测极限和选择性。
所述硅片3上相对所述第二微热盘的位置开设有一镂空槽3a，使得第二微热盘产生的热量更加集中，提高加热后气体释放的速率。
本技术方案还提供了传感器基座，主要用来放置气体富集器芯片和气体传感器芯片，提供电路连接的同时，提供较小的腔体，加强气体富集的效果。
具有功能性吸附材料外壳，内置的功能性吸附材料，可以帮助过滤干扰性较大的气体，比如乙醇等，同时外壳上的滤膜可提供防水防油防尘的功能。
本实施例中，所述的增强型气体检测传感器还包括透气膜，所述透气膜覆盖于所述导气槽上，具体的，所述透气膜由聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯和热塑性聚酯弹性体中的任一种材质制作而成，透气膜能够防水防油。
本实施例中，所述气体富集器10、气体传感器20固定于同一个保护壳内，所述保护壳的长宽均为3.8mm，厚度为1.1mm，所述保护壳上设置有六个导电触点，其中两个导电触点与所述第二微热盘电性连接，另外两个第二导电触点与第一微热盘电性连接，最后两个导电触点与叉指电极电性连接。
工作原理：该增强型气体检测传感器工作时，先让气体富集器处于低温状态，气体吸附部可以长时间吸附空气中的待测气体，当吸附达到一定程度时，用微热盘极速升温至指定高温，气体吸附部受热后，吸附的气体在极短时间内全部释放，而气体富集器与气体传感器处在同一较小腔体内，从而可以将气体的浓度在短时间内提高几百倍，从而实现先富集后检测，解决了当前气体传感器灵敏度低，达不到实际检测需求的问题。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
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