CN109270123A - 一种检测丙酮气体的传感器及制备方法 - Google Patents

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曲家兴
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Abstract

一种检测丙酮气体的传感器及制备方法，属于传感器技术领域。它提供一种能够减少干扰气体、增大与检测气体接触面积的检测丙酮气体的传感器。所述防干扰装置设置在封装外壳内且位于封装外壳的通气孔处，用于吸收干扰气体，所述传感器本体的绝缘层和气敏层之间设有多个通气腔，通气腔能够增加丙酮气体与气敏层的接触面积。一种检测丙酮气体的传感器制备方法：步骤一，制备传感器本体，在基底的支撑层上先形成SiO2绝缘膜；然后，再在支撑层上溅射加热电极和检测电极；之后在加热电极和检测电极上溅射SiO2绝缘膜形成绝缘层，且绝缘层与硅支撑板粘接，硅支撑板与硅晶片粘接。本发明提高了丙酮的测量精度。

Description

一种检测丙酮气体的传感器及制备方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，特别是涉及一种检测丙酮气体的传感器。
背景技术
随着人们生活水平的提高、人口老龄化和生活方式的改变，糖尿病呈快速增长的流行趋势。目前，中国正面临着糖尿病带来的巨大负担，其成人中糖尿病患病率已达11.6%，且50.1%的成人处于糖尿病前期。无创诊断与监控糖尿病是当前的研究热点。人体呼出气中的丙酮是糖尿病的潜在生物标志物。通过检测人体呼出气成分来无创地诊断临床疾病或监控人体代谢状况的呼吸分析技术(breath analysis)为糖尿病诊断与监控开辟了新的途径。
在实际的丙酮检测过程中，人体呼出的气体中含有大量的二氧化碳、水汽以及其他杂质容易对丙酮的检测形成干扰，从而造成检测结果出现偏差的问题，此外，气体与气体传感器的气敏元件的接触面积大接触更充分检测效果会更精确，但随着科技的发展，传感器逐渐有小型精良化的发展趋势，不易增大气敏元件的物理面积。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种能够减少干扰气体、增大与检测气体接触面积的检测丙酮气体的传感器及制备方法。
本发明所采取的技术方案是：一种检测丙酮气体的传感器，包括传感器本体及封装外壳；所述传感器本体固定封装在封装外壳内，所述检测丙酮气体的传感器还包括防干扰装置，所述防干扰装置设置在封装外壳内且位于封装外壳的通气孔处，用于吸收干扰气体，所述传感器本体的绝缘层和气敏层之间设有多个通气腔，通气腔能够增加丙酮气体与气敏层的接触面积。
一种检测丙酮气体的传感器制备方法：包括以下步骤：
步骤一，制备传感器本体，在基底的支撑层上先形成SiO2绝缘膜；
然后，再在支撑层上溅射加热电极和检测电极；
之后在加热电极和检测电极上溅射SiO2绝缘膜形成绝缘层，且绝缘层与硅支撑板粘接，硅支撑板与硅晶片粘接；
进行基底烘干后；
在硅晶片、多个硅支撑板上沉积气敏膜，形成气敏层；
步骤二，传感器封装，将传感器本体焊接放入壳体内；
在环形支撑圈上依次放入吸水膜、二氧化碳分离膜和过滤网后；盖上上盖。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过防干扰装置过滤人体呼出气体内所含的粉尘等杂质、二氧化碳和水汽，排除了一部分干扰气体，提高了丙酮的测量精度。
2.本发明通过气敏层上下两面与气体接触，在不增加传感器气敏元件物理面积的基础上，增加了接触面积，提高了丙酮的测量精度。
附图说明
图1：本发明结构示意图；
图2：本发明上盖结构示意图；
图3：本发明吸水膜、二氧化碳分离膜或者过滤网结构示意图；
图4：本发明气敏层结构示意图；
图5：本发明加热层俯视图；
其中：1-传感器本体；1-1-基底；1-2-支撑层；1-3-加热层；1-31-加热电极；1-32-检测电极；1-4-绝缘层；1-5-气敏层；1-6-硅晶片；1-7-硅支撑板；2-封装外壳；2-1-上盖；2-2-壳体；2-3-通气孔；3-防干扰装置；3-1-环形支撑圈；3-2-吸水膜；3-3-环形隔离圈一；3-4-二氧化碳分离膜；3-5-环形隔离圈二；3-6-过滤网；3-7-环形隔离圈三。
具体实施方式
如图1~图5所述，一种检测丙酮气体的传感器，包括传感器本体1及封装外壳2；所述传感器本体1固定封装在封装外壳2内，所述检测丙酮气体的传感器还包括防干扰装置3，所述防干扰装置3设置在封装外壳2内且位于封装外壳2的通气孔2-3处，用于吸收干扰气体，所述传感器本体1的绝缘层1-4和气敏层1-5之间设有多个通气腔，通气腔能够增加丙酮气体与气敏层1-5的接触面积，使丙酮气体与气敏层1-5充分接触。
如图1所示，所述传感器本体1包括基底1-1、支撑层1-2、加热层1-3、绝缘层1-4及气敏层1-5；所述支撑层1-2设置在基底1-1上，所述加热层1-3设置在支撑层1-2上，所述绝缘层1-4覆盖在支撑层1-2和加热层1-3上，所述气敏层1-5设置在绝缘层1-4上，所述加热层1-3上设置有加热电极1-31和检测电极1-32。
如图5所示，加热电极1-31和检测电极1-32均匀排布。
如图1、图2所示，所述封装外壳2包括上盖2-1及壳体2-2，所述上盖2-1和壳体2-2可拆卸连接，上盖2-1上端面开设有多个通气孔2-3，所述壳体2-2与基底1-1固定连接。
上盖2-1和壳体2-2螺纹连接或者扣合连接。
如图1、图3所示，所述防干扰装置3包括环形支撑圈3-1、吸水膜3-2、环形隔离圈一3-3、二氧化碳分离膜3-4、环形隔离圈二3-5、过滤网3-6及环形隔离圈三3-7；所述环形支撑圈3-1与壳体2-2内圆周面同心固定设置，所述环形支撑圈3-1上从下到上依次支撑有吸水膜3-2、二氧化碳分离膜3-4以及过滤网3-6，所述二氧化碳分离膜3-4下端面通过固定环形隔离圈一3-3与吸水膜3-2间隔设置，所述过滤网3-6下端面通过固定环形隔离圈二3-5与二氧化碳分离膜3-4间隔设置，所述上盖2-1通过固定环形隔离圈三3-7与过滤网3-6间隔设置。过滤网3-6用于滤除杂质，吸水膜3-2用于吸收水汽，二氧化碳分离膜3-4用于分隔出二氧化碳。
如图1、图4所示，所述绝缘层1-4上表面上固定有多个硅支撑板1-7，所述多个硅支撑板1-7间隔平行设置并形成通气腔，多个硅支撑板1-7上固定支撑有硅晶片1-6，所述硅晶片1-6和多个硅支撑板1-7上均溅射有气敏层1-5。
所述加热电极1-31的材料为Ti、Pt或Au；所述检测电极1-32的材料为Pt或Au，所述气敏层1-5为SnO 2。
一种检测丙酮气体的传感器制备方法：包括以下步骤：
步骤一，制备传感器本体1，在基底1-1的支撑层1-2上先形成SiO2绝缘膜；
然后，再在支撑层1-2上溅射加热电极1-31和检测电极1-32；
之后在加热电极1-31和检测电极1-32上溅射SiO2绝缘膜形成绝缘层1-4，且绝缘层1-4与硅支撑板1-7粘接，硅支撑板1-7与硅晶片1-6粘接；
进行基底1-1烘干后；
在硅晶片1-6、多个硅支撑板1-7上沉积气敏膜，形成气敏层1-5；
步骤二，传感器封装，将传感器本体1焊接放入壳体2-2内；
在环形支撑圈3-1上依次放入吸水膜3-2、二氧化碳分离膜3-4和过滤网3-6后；盖上上盖2-1。
用于本产品的仪器可无需再设过滤设备，节省资源，节省体积；或者用于本产品的仪器也可设置过滤设备，进行多重过滤，但体积小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种检测丙酮气体的传感器，包括传感器本体（1）及封装外壳（2）；所述传感器本体（1）固定封装在封装外壳（2）内，其特征在于：所述检测丙酮气体的传感器还包括防干扰装置（3），所述防干扰装置（3）设置在封装外壳（2）内且位于封装外壳（2）的通气孔（2-3）处，用于吸收干扰气体，所述传感器本体（1）的绝缘层（1-4）和气敏层（1-5）之间设有多个通气腔，通气腔能够增加丙酮气体与气敏层（1-5）的接触面积。
2.根据权利要求1所述的一种检测丙酮气体的传感器，其特征在于：所述传感器本体（1）包括基底（1-1）、支撑层（1-2）、加热层（1-3）、绝缘层（1-4）及气敏层（1-5）；所述支撑层（1-2）设置在基底（1-1）上，所述加热层（1-3）设置在支撑层（1-2）上，所述绝缘层（1-4）覆盖在支撑层（1-2）和加热层（1-3）上，所述气敏层（1-5）设置在绝缘层（1-4）上，所述加热层（1-3）上设置有加热电极（1-31）和检测电极（1-32）。
3.根据权利要求2所述的一种检测丙酮气体的传感器，其特征在于：所述封装外壳（2）包括上盖（2-1）及壳体（2-2），所述上盖（2-1）和壳体（2-2）可拆卸连接，上盖（2-1）上端面开设有多个通气孔（2-3），所述壳体（2-2）与基底（1-1）固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种检测丙酮气体的传感器，其特征在于：所述防干扰装置（3）包括环形支撑圈（3-1）、吸水膜（3-2）、环形隔离圈一（3-3）、二氧化碳分离膜（3-4）、环形隔离圈二（3-5）、过滤网（3-6）及环形隔离圈三（3-7）；所述环形支撑圈（3-1）与壳体（2-2）内圆周面同心固定设置，所述环形支撑圈（3-1）上从下到上依次支撑有吸水膜（3-2）、二氧化碳分离膜（3-4）以及过滤网（3-6），所述二氧化碳分离膜（3-4）下端面通过固定环形隔离圈一（3-3）与吸水膜（3-2）间隔设置，所述过滤网（3-6）下端面通过固定环形隔离圈二（3-5）与二氧化碳分离膜（3-4）间隔设置，所述上盖（2-1）通过固定环形隔离圈三（3-7）与过滤网（3-6）间隔设置。
5.根据权利要求1所述的一种检测丙酮气体的传感器，其特征在于：所述绝缘层（1-4）上表面上固定有多个硅支撑板（1-7），所述多个硅支撑板（1-7）间隔平行设置并形成通气腔，多个硅支撑板（1-7）上固定支撑有硅晶片（1-6），所述硅晶片（1-6）和多个硅支撑板（1-7）上均溅射有气敏层（1-5）。
6.根据权利要求2所述的一种检测丙酮气体的传感器，其特征在于：所述加热电极（1-31）的材料为Ti、Pt或Au；所述检测电极（1-32）的材料为Pt或Au，所述气敏层（1-5）为SnO 2。
7.一种权利要求1、2、3、4、5或6所述的检测丙酮气体的传感器制备方法：其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，制备传感器本体（1），在基底（1-1）的支撑层（1-2）上先形成SiO2绝缘膜；
然后，再在支撑层（1-2）上溅射加热电极（1-31）和检测电极（1-32）；
之后在加热电极（1-31）和检测电极（1-32）上溅射SiO2绝缘膜形成绝缘层（1-4），且绝缘层（1-4）与硅支撑板（1-7）粘接，硅支撑板（1-7）与硅晶片（1-6）粘接；
进行基底（1-1）烘干后；
在硅晶片（1-6）、多个硅支撑板（1-7）上沉积气敏膜，形成气敏层（1-5）；
步骤二，传感器封装，将传感器本体（1）焊接放入壳体（2-2）内；
在环形支撑圈（3-1）上依次放入吸水膜（3-2）、二氧化碳分离膜（3-4）和过滤网（3-6）后；盖上上盖（2-1）。
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