CN103398958A - 一种太赫兹气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太赫兹气体传感器，包括一个第一金属板和一个第二金属板，两个金属板平行设置，两个金属板之间设置有缝隙，两个金属板的中心分别设置有一个凹槽，两个凹槽相对设置，两个金属板设置在一个箱体中，两个金属板和箱体紧密连接，与两个凹槽相邻的箱体的两个密封板中分别设置有一个孔，孔和缝隙相连通。在低阶横电（TE1）模式下，电磁波的偏振方向平行于平行板平面，气体通过密封板上的一侧小孔进入两板之间，另一侧小孔将板内气体排出，对待测气体进行检测。本发明不仅实现对气体的检测，而且对气 体具有较高的敏感性。
Description
技术领域
本发明属于气体检测领域，涉及一种传感器，特别是一种太赫兹气体传感器。
背景技术
太赫兹（THz）波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，使人们能够研究太赫兹。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、天文学、光谱与成像技术以及信息科学等领域有着广泛的应用，太赫兹气体传感器由于是气体检测领域的重要器件，其发展一直备受重视。2011年美国莱斯大学电气和计算机工系的Kimberly S. Reichel等人设计了使用太赫兹波对微流体进行检测的太赫兹微流体传感器，使用的方法是互不影响的双谐振腔，液体在两个腔内流动，根据不同的液体拥有不同折射率对其进行检测，以上的方法都只涉及到微流体的检测，而对于气体的检测并未涉及。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种太赫兹气体传感器，这种传感器可以在太赫兹范围内对气体进行检测，不同折射率的气体在其频谱上会出现不同的带阻峰，因此可用于气体检测。
本发明一种太赫兹气体传感器，包括一个第一金属板和一个第二金属板，所述的第一金属板和所述的第二金属板平行设置，所述的第一金属板和所述的第二金属板之间设置有缝隙，在所述的第一金属板的中心设置有一个第一凹槽，所述的第一凹槽沿着所述的第一金属板的长度方向设置，在所述的第二金属板的中心设置有一个第二凹槽，所述的第二凹槽沿着所述的第二金属板的长度方向设置，所述的第一凹槽和所述的第二凹槽相对设置，所述的第一金属板和所述的第二金属板设置在一个方形的箱体中，所述的第一金属板、所述的第二金属板和所述的箱体紧密连接，与所述的第一凹槽和第二凹槽相邻的所述的箱体的两个密封板中分别设置有一个孔，所述的孔和所述的缝隙相连通。
进一步的，所述的第一金属板和第二金属板的材质为铝、铜、银、铁、镍中的任意一种。
进一步的，所述的箱体的密封板的材料为聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯等太赫兹透光材料。
进一步的，所述的第一金属板和第二金属板的形状、体积相同，长为20～200mm，宽为4～10mm，高为3～10mm，凹槽与金属板同长，宽为400～1000μm，深为400～1000μm。
进一步的，所述第一金属板和所述的第二金属板间距为0.5～1mm，所述第一金属板和所述的第二金属板的缝隙、第一凹槽和第二凹槽内的媒质为空气或者待检测气体。
进一步的，所述的孔正对所述的凹槽。
进一步的，所述的第一金属板和第二金属板均为立方体状。
具体的，所述的第一金属板、所述的第二金属板和所述的箱体无缝连接。
本发明的两个金属板即第一金属板和第二金属板，以及密封部分即密封板。第一金属板和第二金属板的中心位置分别刻有凹槽，第一金属板和第二金属板保持间距，第一金属板和第二金属板的凹槽相对平行放置，两板间有一定间距，第一金属板和第二金属板用密封板密封，并在密封板两侧留有小孔，形成太赫兹气体传感器。在低阶横电（TE1）模式下，电磁波的偏振方向平行于平行板平面，气体通过密封板上的小孔进入两板之间，对气体进行检测。
本发明在低阶横电（TE1）模式下，该气体传感器可实现气体检测，并且具有较高的敏感性，该气体传感器是通过不同气体对应不同的折射率使得停留在凹槽两内壁间的驻波发生变化，产生了不同的带阻滤波峰实现气体检测。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明在太赫兹波段的低阶横电（TE1）模式下的特点如下：
1.结构简单，仅需两刻有凹槽的平行板即可实现滤波效果。
2.灵敏度高，通过实际检测发现其灵敏度每单位折射率可达到380GHz的频率偏移。
3. 通过调节两个平行板的间距可以弥补凹槽的尺寸制作容差，实现设计好的指定带阻峰位置。
因此本发明在结构简单，对气体进行检测的灵敏度高，可通过调节平板间距参数弥补容差等方面具有优势。
附图说明
图1为本发明的一种太赫兹气体传感器的结构示意图；
图2为本发明的一种太赫兹气体传感器的剖面结果示意图；
d: 第一金属板与第二金属板之间的距离，h:凹槽深度； S:传感器板宽度；H: 传感器板高度； W: 凹槽宽度；Lm: 传感器板长度。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，本发明并不局限于以下实例。
如图1所示：本发明一种太赫兹气体传感器，它包括尺寸形状完全相同的第一金属板1和第二金属板2，所述的第一金属板1和所述的第二金属板2设置在一个箱体6中，所述的箱体6的六个侧面为六个密封板3。第一金属板1和第二金属板2的中心位置上分别刻有一条凹槽4，具体参数是：金属板1、2长Lm均为20mm，第一金属板1、2长S均为6mm，金属板1、2长H均为6mm，凹槽4与第一金属板1、B同长，凹槽4宽度w为470μm，凹槽4深度h为420μm。所述第一金属板1和第二金属板2之间的距离d为0.65mm，板间及凹槽内媒质为待检测气体。
具体加工步骤如下：
1.先用机械加工的方法按尺寸加工出两块同等大小的铝板1、2，然后用机械微加工的方法在铝板1、2的中心位置加工上凹槽4，如图1所示。
2.将第一金属板1和第二金属板2的两凹槽相对放置，中间有一定间距，四周使用聚乙烯(PE)密封，并在传感器两侧的聚乙烯板上均刻上一个小孔5。
3.打开TDS系统，将气体传感器放入到TDS系统中合适的位置，用针管或其他小管将待测气体从本发明的气体传感器一侧小孔5通入，器件内气体从另一侧排除，使得器件内气体为待测气体。
采集数据：通入气体不同意味着其折射率不同，不同的折射率可以使停留在凹槽4两内壁间的驻波发生变化，出现不同的带阻峰，实现气体检测的作用。下表所示的是在不同折射率气体中，入射太赫兹信号在低阶横电（TE1）模式下，经气体传感器后，得到的峰值点所对应的频率点对照表。因此本发明实现了气体检测功能，是一种太赫兹气体传感器。
Claims (9)
1.一种太赫兹气体传感器，其特征在于：包括一个第一金属板和一个第二金属板，所述的第一金属板和所述的第二金属板平行设置，所述的第一金属板和所述的第二金属板之间设置有缝隙，在所述的第一金属板的中心设置有一个第一凹槽，所述的第一凹槽沿着所述的第一金属板的长度方向设置，在所述的第二金属板的中心设置有一个第二凹槽，所述的第二凹槽沿着所述的第二金属板的长度方向设置，所述的第一凹槽和所述的第二凹槽相对设置，所述的第一金属板和所述的第二金属板设置在一个箱体中，所述的第一金属板、所述的第二金属板和所述的箱体紧密连接，与所述的第一凹槽和第二凹槽相邻的所述的箱体的两个密封板中分别设置有一个孔，所述的孔和所述的缝隙相连通。
2.如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的第一金属板和第二金属板的材质为铝、铜、银、铁、镍中的任意一种。
3. 如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的箱体的密封板的材料为聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯等太赫兹透光材料。
4. 如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的第一金属板和第二金属板的形状、体积相同。
5. 如权利要求4所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的第一金属板和第二金属板的长分别为20～200mm，宽为4～10mm，高为3～10mm，所述的第一金属板和第二金属板的凹槽与金属板同长，宽为400～1000μm，深为400～1000μm。
6. 如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述第一金属板和所述的第二金属板间距为0.5～1mm，所述第一金属板和所述的第二金属板的缝隙、第一凹槽和第二凹槽内的媒质为空气或者待检测气体。
7. 如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的孔正对所述的凹槽。
8. 如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的第一金属板和第二金属板均为立方体状。
9. 如权利要求1所述的一种太赫兹气体传感器，其特征在于：所述的箱体为方形。
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