专利名称：一种快速响应的电阻式气体传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种新型的快速响应的电阻式气体传感器 结构及其制备方法。
背景技术：
自20世纪末人类进入信息社会以来，人们的一切活动都是以信息获取与信息交 换为中心，作为信息技术的基础与三大支柱之一的传感器技术也进入高速发展的新时期。由于叉指电极对涂覆在其上面的膜的电阻、电解质变化响应极其灵敏，因此基于 叉指电极的电阻型、电容型气体传感器如雨后春笋般涌现。但不同敏感膜对不同的气体有 不同的最佳工作温度。例如热蒸发的Sn02m米线在400°C时对液化气有很好的气敏特性。 此外即使在同一温度下气体传感器对气体的响应都较之解析要快。因此，如何使传感器能 在简单的结构下获得最佳工作温度和最佳气敏特性是气体传感器急需解决的问题。

发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种快速响应的电阻式气体传感器及其制 备方法。该传感器结构简单，生产成本低，对制备工艺要求不高，有效地解决了基于敏感膜 气体吸附的电阻式传感器在同一温度下解析慢的缺点，增强了传感器检测的准确性和实时 性。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种快速响应的电阻式气体传感 器，其特征在于①包括N个结构相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或 者等于2;②每个传感器单元都由设置在同一基片上的加热器和两个叉指电极构成，两个叉 指电极的电极片分别均勻地穿插在所述加热器的呈迂折状的电极片的上下两侧，各自独立 且不与加热器接触；③所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器电极连接并 控制每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下进行气体吸 附并正常工作，而同时另一半传感器单元则在最佳解析温度下解析并且不工作；经过一定 时间间隔(时间间隔的大小可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后， 两部分传感器单元交换工作状态；从而始终保持一半传感器单元吸附气体并正常工作，另 一半传感器单元解析并且不工作。一种快速响应的电阻式气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①对基片进行清洗并预处理，通过磁控溅射等工艺在基片抛光的表面溅射Pt膜， 用勻胶机涂胶，在曝光机上曝光和显影；②将步骤①的基片溅射Pt膜的一面进行反溅刻蚀形成N个传感器单元图形，N为 偶数且大于或者等于2，每个传感器单元图形都由加热器和两个叉指电极构成，两个叉指电极的电极片分别均勻地穿插在所述加热器的呈迂折状的电极片的上下两侧，各自独立且不 与加热器接触；③将加热器电极和叉指电极电焊引出后，采用旋涂、滴涂等工艺在基片表面涂覆 敏感膜。每个传感器单元的加热器电极分别和时钟控制电路模块对应接口连接，每个传感 器单元的叉指电极作为信号输出端与读出装置或者计算机连接，所述时钟控制电路模块控 制着每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下进行气体吸 附并正常工作，而同时另一半传感器单元则在最佳解析温度下解析并且不工作；经过一定 时间间隔(时间间隔的大小可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后， 两部分传感器单元交换工作状态；从而始终保持一半传感器单元吸附气体并正常工作，另 一半传感器单元解析并且不工作。按照本发明所提供的快速响应的电阻式气体传感器的制备方法，其特征在于，所 述叉指电极作为传感器信号的输出端，根据敏感膜的特性可以通过电阻、电压或者电容等 形式输出传感器信号。本发明所提供的快速响应的电阻式气体传感器，其特征在于，所述时钟控制电路 模块设置应与对应传感器单元相匹配。本发明的有益效果本发明提供了一种新型的快速响应的电阻式气体传感器结 构，该传感器采用双传感器单元结构或者多传感器单元结构，每个传感器电极之间均勻地 穿插加热电极，加热器状态和供电电压由时钟控制电路控制，使其中一半传感器单元在最 佳吸附温度下进行气体吸附并正常工作，另一半传感器单元则在最佳解析温度下只进行解 析而不工作；通过时钟控制电路模块的调节，经过一定时间间隔(时间间隔的大小可根据 实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后，交换两部分传感器的工作状态，从 而始终保持部分传感器吸附并正常工作，而另外一半传感器解析并不工作。该传感器结构 简单，采用传统的微加工技术便可以实现，解决了基于敏感膜气体吸附的电阻式传感器在 同一温度下解析慢的缺点，同时传感器响应值结合了两组传感器单元的响应数据，增强了 传感器检测的准确性和实时性。本发明提供的基于双传感器的电阻式气体传感器结构在对 有毒有害气体检测中有非常广阔的应用前景。


图1是本发明的一个实施例的结构示意图；图2是本发明的时钟控制电路模块的逻辑方框图。其中，1、2、3和4为叉指电极，5、6、7和8为加热器的电极端。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述如图2所示，本发明提供了一种快速响应的电阻式气体传感器，包括N个结构相同 的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或者等于2 ；每个传感器单元都由 设置在同一基片上的加热器和两个叉指电极构成，两个叉指电极的电极片分别均勻地穿插 在所述加热器的呈迂折状的电极片的上下两侧，各自独立且不与加热器接触；所述时钟控 制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器电极连接并控制每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下进行气体吸附并正常工作，而同时 另一半传感器单元则在最佳解析温度下解析并且不工作；经过一定时间间隔(时间间隔的 大小可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模块进行调节)后，两部分传感器单元交换 工作状态；从而始终保持一半传感器单元吸附气体并正常工作，另一半传感器单元解析并 且不工作，叉指电极作为输出端连接读出装置或者计算机。作为本发明的一个实施例，即采用双传感器单元结构的传感器，如图1所示，该传 感器采用双传感器结构，每个传感器电极之间均勻地穿插加热电极，加热器状态和供电电 压由时钟控制电路控制，使其中一个传感器单元在最佳吸附温度下进行气体吸附并正常工 作，另一个传感器单元则在最佳解析温度下只进行解析而不工作；通过时钟控制电路模块 的调节，经过一定时间间隔(时间间隔的大小可根据实际传感器的需要由时钟控制电路模 块进行调节)后，交换两个传感器的工作状态，从而始终保持一个传感器单元吸附气体并 正常工作，而另一个传感器单元解析并不工作。制备方法包括以下步骤传感器单元采用的加热电极和叉指电极在同一个基底上；图形制作过程为对基片进行清洗并预处理，通过磁控溅射等工艺在基片抛光的 表面溅射Pt膜，用勻胶机涂胶，在曝光机上曝光和显影等，再进行反溅刻蚀形成加热器电 极和叉指电极图形，两个叉指电极的电极片分别均勻地穿插在所述加热器的呈迂折状的电 极片的上下两侧，各自独立且不与加热器接触，以保证对涂覆在叉指电极上的敏感膜加热 效果均勻，叉指电极的叉指宽度和长度以及条数可以根据需要设计；将加热器电极和叉指电极电焊引出后，采用旋涂、滴涂等工艺在基片表面涂覆敏 感膜。在第一传感器单元和第二传感器单元的加热器电极之间加上时钟控制电路模块(根 据具体的吸附和解析时间的要求设计)，以便使第一传感器单元和第二传感器单元分别在 最佳温度下吸附气体和解析气体成对出现，加热电极在直流电压下工作，而叉指电极作为 传感器信号的输出，根据敏感膜的具体特性可以以电阻、电压以及电容输出。
权利要求
一种快速响应的电阻式气体传感器，其特征在于①包括N个结构相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或者等于2；②每个传感器单元都由设置在同一基片上的加热器和两个叉指电极构成，两个叉指电极的电极片分别均匀地穿插在所述加热器的呈迂折状的电极片的上下两侧，各自独立且不与加热器接触；③所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器电极连接并控制每个传感器单元的工作状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下进行气体吸附并正常工作，而同时另一半传感器单元则在最佳解析温度下解析并且不工作；经过一定时间间隔后，两部分传感器单元交换工作状态。
2.一种快速响应的电阻式气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①对基片进行清洗并预处理，通过磁控溅射等工艺在基片抛光的表面溅射Pt膜，用勻 胶机涂胶，在曝光机上曝光和显影；②将步骤①的基片溅射Pt膜的一面进行反溅刻蚀形成N个传感器单元图形，N为偶数 且大于或者等于2，每个传感器单元图形都由加热器和两个叉指电极构成，两个叉指电极的 电极片分别均勻地穿插在所述加热器的呈迂折状的电极片的上下两侧，各自独立且不与加 热器接触；③将加热器电极和叉指电极电焊引出后，在基片表面涂覆敏感膜，每个传感器单元的 加热器电极分别和时钟控制电路模块对应接口连接，每个传感器单元的叉指电极作为信号 输出端与读出装置或者计算机连接，所述时钟控制电路模块控制着每个传感器单元的工作 状态使其中一半的传感器单元在最佳吸附温度下进行气体吸附并正常工作，而同时另一 半传感器单元则在最佳解析温度下解析并且不工作。
3.根据权利要求2所述的快速响应的电阻式气体传感器的制备方法，其特征在于，所 述叉指电极作为传感器信号的输出端，根据敏感膜的特性通过电阻、电压或者电容形式输 出传感器信号。
4.根据权利要求2所述的快速响应的电阻式气体传感器的制备方法，其特征在于，所 述时钟控制电路模块设置应与对应传感器单元相匹配。
全文摘要
本发明公开了一种快速响应的电阻式气体传感器，其特征在于①包括N个结构相同的传感器单元和一个时钟控制电路模块，N为偶数且大于或者等于2；②每个传感器单元都由设置在同一基片上的加热器和两个叉指电极构成，两个叉指电极的电极片分别均匀地穿插在所述加热器的呈迂折状的电极片的上下两侧，各自独立且不与加热器接触；③所述时钟控制电路模块对应接口分别和N个传感器单元的加热器电极连接并控制每个传感器单元的工作状态。该传感器结构简单，生产成本低，对制备工艺要求不高，有效地解决了基于敏感膜气体吸附的电阻式传感器在同一温度下解析慢的缺点，增强了传感器检测的准确性和实时性。
文档编号G01N27/04GK101832961SQ201010161750
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者孙萍, 杜晓松, 王然, 蒋亚东, 谢光忠 申请人:电子科技大学