CN110646368A - 空气质量监测装置 - Google Patents
空气质量监测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110646368A CN110646368A CN201810671852.1A CN201810671852A CN110646368A CN 110646368 A CN110646368 A CN 110646368A CN 201810671852 A CN201810671852 A CN 201810671852A CN 110646368 A CN110646368 A CN 110646368A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- infrared
- air quality
- monitoring device
- processor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims abstract description 31
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 95
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 45
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 2
- RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N chromium gold Chemical compound [Cr].[Au] RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种空气质量监测装置，所述空气质量监测装置包括第一处理器以及与第一处理器均相连的控制开关、红外气体传感器和显示器，红外气体传感器包括红外探测器和红外光源，红外探测器包括第二电极、第三电极和石墨烯薄膜以及从下到上依次设置的第一电极、衬底和隔离层，第二电极和第三电极设在隔离层的上表面且间隔开，石墨烯薄膜覆设在隔离层的在第二电极和第三电极之间的上表面、第二电极的与第三电极相对的内侧面、第三电极的与第二电极相对的内侧面、第二电极的上表面和第三电极的上表面，隔离层的上表面的石墨烯薄膜具有周期性纳米结构，第三电极的电压可调节。本发明的车载空气质量监测装置的体积小。
Description
技术领域
本发明涉及空气监测技术领域，具体地涉及一种空气质量监测装置。
背景技术
空气质量关系到人们的身体健康，人们在生产和生活中排放多种有害气体，造成大气污染。例如，工业生产、交通运输、房屋装修等过程中，容易产生硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、臭氧等有害气体，给人体健康带来危害的同时，对工农业生产以及气候产生不良影响。因此，需要空气质量检测装置对这些有害气体进行监测。
相关技术中，为实现多种气体的监测，空气质量监测装置通常采用具有多种滤片光的多通道气体传感器或者集成多个检测不同气体的气体传感器。然而，上述的空气质量监测装置的体积大，占用空间大，存在改进需求。
发明内容
为此，本发明提出一种空气质量监测装置,该空气质量监测装置的体积小。
根据本发明的实施例的空气质量监测装置包括：控制开关；红外气体传感器，所述红外气体传感器包括红外探测器和红外光源，所述红外光源用于向所述红外探测器发射红外光，所述红外探测器包括第一电极、衬底、隔离层、第二电极、第三电极和石墨烯薄膜，所述第一电极、衬底、隔离层从下到上依次设置，所述第二电极和所述第三电极设在所述隔离层的上表面且彼此间隔设置，所述石墨烯薄膜覆设在所述隔离层的在所述第二电极和所述第三电极之间的上表面、所述第二电极的与所述第三电极相对的内侧面、所述第三电极的与所述第二电极相对的内侧面、第二电极的上表面和第三电极的上表面，所述隔离层的上表面的所述石墨烯薄膜具有周期性纳米结构，所述控制开关可控制所述第三电极的电压以使所述红外探测器探测多种不同的气体；第一处理器，所述第一处理器与所述控制开关和所述红外气体传感器通讯连接，所述第一处理器能够根据所述控制开关提供的电压控制信号向所述红外气体传感器的第三电极提供不同的电压，并接收和处理所述红外气体传感器发送的信息；显示器，所述显示器与所述处理器通讯连接以显示检测信息。
根据本发明实施例的空气质量监测装置，通过设置可调节电压的红外探测器，能够探测多种不同气体，以实现多功能空气质量检测，由于能通过一个红外探测器就能完成多种不同气体的探测，由此能够减小空气质量监测装置的体积，占用空间小。
在一些实施例中，所述控制开关包括多个选择按钮，多个所述选择按钮控制的所述第三电极的电压不同。
在一些实施例中，所述控制开关包括自动检测按钮，所述自动检测按钮能够控制所述第三电极具有不同的电压。
在一些实施例中，所述红外气体传感器还包括第二处理器，所述第二处理器与所述第一处理器和所述红外探测器相连以接收所述第一处理器发送的电压控制信号并向所述红外探测器的第三电压提供电压。
在一些实施例中，所述红外气体传感器还包括信号处理电路，所述信号处理电路与所述红外探测器和所述第二处理器通讯连接以将所述红外探测器产生的电压信号进行滤波、放大、温度补偿和数模转换。
在一些实施例中，所述空气质量监测装置还包括警示装置，所述警示装置与所述第一处理器通讯连接以发出警报。
在一些实施例中，所述石墨烯薄膜在所述第二电极的上表面的覆盖面积小于所述第二电极的上表面面积，所述石墨烯薄膜在所述第三电极的上表面的覆盖面积小于所述第三电极的上表面面积。
在一些实施例中，所述周期性纳米结构包括多个孔状结构。
在一些实施例中，所述孔状结构的横截面呈圆形、方形、菱形或三角形。
在一些实施例中，所述石墨烯薄膜为单层或多层。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的空气质量监测装置的结构示意图。
图2是根据发明的实施例的红外探测器的剖面图。
图3是根据发明的实施例的未覆设石墨烯薄膜的红外探测器的俯视图。
图4是根据本发明的实施例的红外气体传感器的结构示意图。
附图标记：
红外气体传感器100，红外探测器101，第一电极1，衬底2，隔离层3，隔离层的部分上表面31，第二电极4，第三电极5，石墨烯薄膜6，周期性纳米结构61，红外光源102，第二处理器103，信号处理电路104，第一处理器200，显示器300，控制开关400，选择按钮41，第一气体按钮411，第二气体按钮412，第三气体按钮413，第四气体按钮414，自动检测按钮42，警示装置500，风扇600，气孔700，电源800。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，根据本发明实施例的空气质量监测装置包括红外气体传感器100、第一处理器200、显示器300和控制开关400，红外气体传感器100能够检测气体，具体地，待检测气体的特征波长为3.4-4.7μm；第一处理器200与控制开关400通讯连接，控制开关400能够向第一处理器200提供控制信号，第一处理器200和红外气体传感器100通讯连接，第一处理器200能够根据控制开关400提供的控制信号以启动红外气体传感器100，并接收和处理红外气体传感器100发送的气体浓度信息，显示器300与第一处理器200通讯连接以接收第一处理器200发出的显示信号并实时显示气体的浓度值。具体地，当红外气体传感器100检测到气体浓度时，第一处理器200接收红外气体传感器100发送的气体浓度值，并对该气体浓度值进行分析处理发送给显示器300，显示器300上能够实时显示气体的浓度和空气质量分析值。
如图4所示，红外气体传感器100包括红外探测器101和红外光源102，红外光源102用于向红外探测器101发射红外光。具体地，红外光源102可以为灯丝加热发光产生的红外光，也可以是红外LED光源，可以理解的是，红外光源102的设置形式本发明并不限于此。
如图2、3所示，界定红外探测器的高度方向为上下方向，红外探测器的宽度方向为左右方向，红外探测器的长度方向为横向。。
如图2、3所示，红外探测器101包括第一电极1、衬底2、隔离层3、第二电极4、第三电极5和石墨烯薄膜6。可以理解的是，在本领域内，第一电极1通常称为底电极，能够与衬底2形成欧姆接触，第一电极1是金属薄膜电极，其金属材料为镓铟合金、钛合金或铝等；第二电极4称之为源电极，第三电极5称之为漏电极，第二电极4和第三电极5也均为金属薄膜电极，该金属材料为铝、金或金铬合金等。衬底2的材料在本领域内通常采用硅，即硅衬底，具体地，该硅衬底包含N型和P型硅材料，电阻率为<0.01Ω·㎝，本领域内衬底2还可采用锗或砷化镓等窄带隙半导体材料。隔离层3为二氧化硅隔离层，二氧化硅隔离层的厚度为100nm～1000nm，本发明并不限于此，隔离层3的材料本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
衬底2设在第一电极1的上表面，隔离层3设在衬底2的上表面,也就是说，第一电极1、衬底2和隔离层3从下到上依次设置。第二电极4和第三电极5设在隔离层3的上表面且彼此间隔设置，换言之，第二电极4和第三电极5并排且间隔地设置在隔离层3的上表面。具体地，第二电极4和第三电极5之间暴露出部分的隔离层3的上表面，该暴露出的上表面称之为隔离层3的部分上表面31，而且，第二电极4的与第三电极5相对的侧面为第二电极4的内侧面，第三电极5的与第二电极4相对的侧面为第三电极5的内侧面，由此，可以理解的是，第二电极4和第三电极5之间的间隙由第二电极4的内侧面、隔离层3的部分上表面31和第三电极5的内侧面51围成。更具体地，如图3所示，第二电极4和第三电极5在左右方向上间隔布置，且左侧的为第二电极4，右侧的为第三电极5，第二电极4的左侧边位于隔离层3的左侧边的右侧，第三电极5的右侧边位于隔离层3的右侧边的左侧，第二电极4的右侧面为第二电极4的内侧面，第三电极5的左侧面为第三电极5的内侧面。
石墨烯薄膜6覆设在隔离层3的在第二电极4和第三电极5之间的上表面(即隔离层3的部分上表面31)、第二电极4的与第三电极5相对的内侧面、第三电极5的与第二电极4相对的内侧面、第二电极4的上表面和第三电极5的上表面。
换言之，如图2所示，石墨烯薄膜6对应第二电极4和第三电极5之间的间隙设置，且石墨烯薄膜6从左到右依次贴合第二电极4的上表面、第二电极4的右侧面、隔离层3的部分上表面31、第三电极5的左侧面和第三电极5的上表面。更具体地，石墨烯薄膜6的左右方向上的长度大于第二电极4和第五电极5之间的间隙，以使石墨烯薄膜6的左边界位于第二电极4的上表面且石墨烯薄膜6的右边界位于第三电极5的上表面。
可以理解的是，石墨烯薄膜6既是滤波器，能够吸收特征波长，又是有源薄膜，由于石墨烯具有金属特性，和二氧化硅/硅衬底相结合，可形成场效应晶体管光电探测器。石墨烯薄膜6吸收的特征红外光波产生的光生载流子被源漏电极之间的电场快速分离，形成光生电流，该红外探测器具有时间响应快，不受外界热源的影响的优点。
此外，红外探测器采用具有周期性纳米结构61的石墨烯薄膜6作为滤波器，能够增强对红外光的吸收，且仅吸收特定的红外波长，以探测特定的气体，提高了探测器的选择性能，而且可以减小红外探测器的体积，易于制备和降低成本。
其中隔离层3的部分上表面31上的石墨烯薄膜6具有周期性纳米结构61。换言之，石墨烯薄膜6的在隔离层3的部分上表面31上的部分具有周期性纳米结构61。具体地，周期性纳米结构61包括多个孔状结构，孔状结构的横截面呈圆形或呈方形、菱形、三角形等的多边形。例如图2所示，孔状结构的横截面呈多边形，孔状结构的横截面形状本发明并不限于此，本领域技术人员根据实际需要能够进行选择。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
第三电极5上施加电压且第三电极5的电压可调节，其中控制开关400控制并调节第三电极5的电压，通过调节第三电极5的电压能够改变石墨烯薄膜6的化学势，能够实现对不同特定气体的探测，使得红外探测器101探测多种不同的气体。
根据本发明的实施例的车载空气质量监测装置通过设置可调节电压的红外探测器，能够探测多种不同气体，以实现多功能空气质量检测，由于能通过一个红外探测器就能完成多种不同气体的探测，由此能够减小车载空气质量监测装置的体积，占用空间小。
在一些可选的实施例中，如图1所示，控制开关400包括多个选择按钮41，多个选择按钮41控制的第三电极5的电压不同。
具体地，启动多个选择按钮41中的一个选择按钮41后第一处理器200发送电压控制信号，第一处理器200接收该电压控制信号并向红外探测器101发送信号向第三电极5提供一个电压，从而使得红外探测器101探测一种特定的气体。由此通过控制不同的选择按钮41，能够向第三电极5施加不同的电压，从而探测多种不同的气体。例如图1、4所示，选择按钮41设有四个，四个选择按钮41分别为第一气体按钮411、第二气体按钮412、第三气体按钮413和第四气体按钮414，四个选择按钮41能够使得第三电极5上施加四个不同的电压，以分别检测第一种气体、第二种气体、第三种气体和第四种气体。
可以理解的是，第三电极5的控制方式并不限于此，在另一些可选的实施例中，控制开关400包括自动检测按钮42，自动检测按钮42能够控制第三电极5具有不同的电压。换言之，自动检测按钮42能够向第一处理器200发送控制信号，以使第一处理器200控制并向第三电极5上施加不同的电压。具体地，启动自动检测按钮42后，第一处理器200接收自动检测按钮42的控制信号并每隔特定时间向红外气体传感器100发送不同的信息以向第三电极5施加不同的电压，从而检测不同的气体，且不断进行循环检测。
在一些实施例中，如图4所示，红外气体传感器100还包括第二处理器103，第二处理器103与红外探测器101通讯连接以接收和处理红外探测器101发出的电压信号。
在一些实施例中，如图4所示，红外气体传感器100还包括信号处理电路104，信号处理电路104与红外探测器101和第二处理器103通讯连接以将红外探测器101发出的电压信号进行滤波、放大、温度补偿和数模转换。
在一些实施例中，如图1所示，空气质量监测装置还包括警示装置500，警示装置500与第一处理器200通讯连接以发出警报。可以理解的是，当第一处理器200分析处理时发现气体的浓度超标，第一处理器200会向警示装置500发出警示信号以使警示装置500发出警报，提醒用户气体的浓度超标。具体地，警示装置500可以为蜂鸣器。可以理解的是，本发明并不限于此，提醒用户的方式除了产生声音进行提醒外，还可以采用振动、发光等的方式进行提醒，例如警示装置500为振动器或是闪光灯。
在一些实施例中，空气质量监测装置还包括风扇600，风扇600具体采用低功耗和低噪声的风扇，通过风扇600能够加快控制质量监测装置内的空气流通。
可以理解的是，空气质量监测装置上设有气孔700，以便于外部空气进入空气质量监测装置内被检测，或及时将内部气体排出。具体地，空气质量监测装置的上部和下部分别设有多个气孔700。此外，空气质量监测装置还包括电源800，以向该空气质量监测装置内供电。
在一些实施例中，如图2-3所示，石墨烯薄膜6在第二电极4的上表面的覆盖面积小于第二电极4的上表面面积，石墨烯薄膜6在第三电极5的上表面的覆盖面积小于第三电极5的上表面面积。更进一步地，石墨烯薄膜6的左边界在第二电极4的左边界的右侧，即石墨烯薄膜6的左侧边在第二电极4的上表面，且石墨烯薄膜6的左侧边与第二电极4的左侧边间隔设置，以便于在第二电极4的上表面留出接电的位置，即在第二电极4的上表面的没有石墨烯薄膜6的位置接电。石墨烯薄膜6的右边界在第三电极5的右边界的左侧，即石墨烯薄膜6的右侧边在第三电极5的上表面，且石墨烯薄膜6的右侧边与第三电极5的右侧边间隔设置，以便于在第三电极5的上表面留出接电的位置，即在第三电极5的上表面的没有石墨烯薄膜6的位置接电。
在一些实施例中，石墨烯薄膜6为单层或多层。其中采用多层石墨烯薄膜6，吸收峰产生蓝移而靠近近红外光波段，有利于气体的探测，同时增加特征波长的吸收。
下面参考附图1-4描述根据本发明具体实施例的空气质量检测装置。
如图1-4所示，根据本发明实施例的空气质量检测装置包括红外气体传感器100、第一处理器200、显示器300、控制开关400、警示装置500和风扇600。红外气体传感器100能够检测气体，第一处理器200与控制开关400通讯连接，控制开关400能够向第一处理器200提供控制信号，第一处理器200和红外气体传感器100通讯连接，第一处理器200能够根据控制开关400提供的控制信号以启动红外气体传感器100，并接收和处理红外气体传感器100发送的气体浓度信息，显示器300与第一处理器200通讯连接以接收第一处理器200发出的显示信号并实时显示气体的浓度值和空气质量分析值。警示装置500可以为蜂鸣器，蜂鸣器与第一处理器200通讯连接以在第一处理器200发出警示信号时发出蜂鸣声，以提醒用户气体的浓度达到临界值或者超标。此外，空气质量监测装置还包括电源800，以向该空气质量监测装置内供电。
红外气体传感器100包括红外探测器101、红外光源102、第二处理器103和信号处理电路104。其中红外光源102用于向红外探测器101发射红外光。具体地，红外光源102可以为灯丝加热发光产生的红外光，也可以是红外LED光源等。第二处理器103与红外探测器101通讯连接以接收和处理红外探测器101发出的电压信号。信号处理电路104与红外探测器101和第二处理器103通讯连接以将红外探测器101发出的电压信号进行滤波、放大、温度补偿和数模转换。
红外探测器101包括第一电极1、衬底2、隔离层3、第二电极4、第三电极5和石墨烯薄膜6，第一电极1是金属薄膜电极，其金属材料为镓铟合金、钛合金或铝等，第二电极4和第三电极5也均为金属薄膜电极，该金属材料为铝、金或金铬合金等。
衬底2设在第一电极1的上表面，衬底2的材料为硅，即衬底2为硅衬底，该硅衬底包含N型和P型硅材料，电阻率为<0.01Ω·㎝。隔离层3设在衬底2的上表面，隔离层3为二氧化硅隔离层，二氧化硅隔离层的厚度为100nm～1000nm。第二电极4和第三电极5并排且间隔设置在隔离层3的上表面，且第二电极4和第三电极5从左到右依次设置，第二电极4的左侧边位于隔离层3的左侧边的右侧，第三电极5的右侧边位于隔离层3的右侧边的左侧，第二电极4的右侧面和第三电极5的左侧面相对，第二电极4和第三电极5之间的隔离层3的上表面为隔离层3的部分上表面31。
石墨烯薄膜6从左向右依次贴合第二电极4的上表面、第二电极4的右侧面、隔离层3的部分上表面31、第三电极5的左侧面和第三电极5的上表面。石墨烯薄膜6为多层，且石墨烯薄膜6的左侧边位于第二电极4的左侧边的右侧，石墨烯薄膜6的右侧边位于第三电极5的右侧边的左侧。
第三电极5上施加电压且控制开关400控制第三电极5的电压具有不同的电压，即调节第三电极5的电压，通过调节第三电极5的电压掺杂石墨烯薄膜6，能够改变石墨烯薄膜6的化学势，以探测多种不同气体。石墨烯薄膜6的位于隔离层3的部分上表面31的部分具有周期性纳米结构61。周期性纳米结构61包括多个孔状结构，孔状结构的横截面呈多边形。采用具有周期性纳米结构61的石墨烯薄膜6作为滤波器，能够增强对红外光的吸收，且仅吸收特定的红外波长，提高了探测器的性能，而且可以减小气体红外探测器的体积，易于制备和降低成本。
控制开关400包括自动检测按钮42和四个选择按钮41(第一气体按钮411、第二气体按钮412、第三气体按钮413和第四气体按钮414)，四个选择按钮41分别使得第三电极5上施加第一电压、第二电压、第三电压和第四电压。
具体地，启动多个选择按钮41中的一个选择按钮41后第一处理器200发送电压控制信号，第一处理器200接收该电压控制信号并向红外探测器101发送信号以使第三电极5上施加一个电压值，探测一种特定的气体。由此分别启动第一气体按钮411、第二气体按钮412、第三气体按钮413和第四气体按钮414，能够控制第三电极5分别具有第一电压、第二电压、第三电压和第四电压，从而使得红外探测器101分别探测第一种气体、第二种气体、第三种气体和第四种气体；启动自动检测按钮42后，第一处理器200接收自动检测按钮42的控制信号并每隔特定时间向红外气体传感器100发送不同的信息以控制第三电极5具有不同的电压，从而检测不同的气体，且不断进行循环检测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种空气质量监测装置，其特征在于，包括：
控制开关；
红外气体传感器，所述红外气体传感器包括红外探测器和红外光源，所述红外光源用于向所述红外探测器发射红外光，所述红外探测器包括第一电极、衬底、隔离层、第二电极、第三电极和石墨烯薄膜，所述第一电极、衬底、隔离层从下到上依次设置，所述第二电极和所述第三电极设在所述隔离层的上表面且彼此间隔设置，所述石墨烯薄膜覆设在所述隔离层的在所述第二电极和所述第三电极之间的上表面、所述第二电极的与所述第三电极相对的内侧面、所述第三电极的与所述第二电极相对的内侧面、第二电极的上表面和第三电极的上表面，所述隔离层的上表面的所述石墨烯薄膜具有周期性纳米结构，所述控制开关可控制所述第三电极的电压以使所述红外探测器探测多种不同的气体；
第一处理器，所述第一处理器与所述控制开关和所述红外气体传感器通讯连接，所述第一处理器能够根据所述控制开关提供的电压控制信号向所述红外气体传感器的第三电极提供不同的电压，并接收和处理所述红外气体传感器发送的信息；
显示器，所述显示器与所述处理器通讯连接以显示检测信息。
2.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述控制开关包括多个选择按钮，多个所述选择按钮控制的所述第三电极的电压不同。
3.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述控制开关包括自动检测按钮，所述自动检测按钮能够控制所述第三电极具有不同的电压。
4.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述红外气体传感器还包括第二处理器，所述第二处理器与所述第一处理器和所述红外探测器相连以接收所述第一处理器发送的电压控制信号并向所述红外探测器的第三电压提供电压。
5.根据权利要求4所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述红外气体传感器还包括信号处理电路，所述信号处理电路与所述红外探测器和所述第二处理器通讯连接以将所述红外探测器产生的电压信号进行滤波、放大、温度补偿和数模转换。
6.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，还包括警示装置，所述警示装置与所述第一处理器通讯连接以发出警报。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述石墨烯薄膜在所述第二电极的上表面的覆盖面积小于所述第二电极的上表面面积，所述石墨烯薄膜在所述第三电极的上表面的覆盖面积小于所述第三电极的上表面面积。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述周期性纳米结构包括多个孔状结构。
9.根据权利要求8所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述孔状结构的横截面呈圆形、方形、菱形或三角形。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述石墨烯薄膜为单层或多层。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810671852.1A CN110646368A (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 空气质量监测装置 |
| US17/044,315 US11187653B2 (en) | 2018-06-26 | 2019-06-26 | Infrared sensor and infrared gas detector |
| PCT/CN2019/092986 WO2020001471A1 (zh) | 2018-06-26 | 2019-06-26 | 红外传感器和红外气体探测器 |
| EP19825414.6A EP3783669B1 (en) | 2018-06-26 | 2019-06-26 | Infrared sensor and infrared gas detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810671852.1A CN110646368A (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 空气质量监测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110646368A true CN110646368A (zh) | 2020-01-03 |
Family
ID=69008771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810671852.1A Pending CN110646368A (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 空气质量监测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110646368A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040201009A1 (en) * | 2003-04-10 | 2004-10-14 | National Taiwan University | Infrared photodetector |
| CN103715291A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种太赫兹光电探测器 |
| CN104280357A (zh) * | 2014-09-05 | 2015-01-14 | 河南汉威电子股份有限公司 | 红外气体传感器 |
| CN204821422U (zh) * | 2015-07-28 | 2015-12-02 | 深圳市赛格导航科技股份有限公司 | 车载安全防护系统 |
| CN105679857A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-06-15 | 浙江大学 | 一种基于硅量子点/石墨烯/硅异质结构的光电传感器 |
| CN106169516A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-30 | 杭州紫元科技有限公司 | 一种基于石墨烯的硅基紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN106601857A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 基于掺硼硅量子点/石墨烯/二氧化硅的光电导探测器及制备方法 |
| CN106784122A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 基于石墨烯/掺硼硅量子点/硅的光电探测器及制备方法 |
| CN106793733A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 哈尔滨工业大学 | 双网孔式红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构 |
| CN107479296A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-15 | 安徽大学 | 一种可调谐中红外窄带吸收体 |
| CN107728342A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-23 | 安徽大学 | 一种中红外窄带可调谐滤波器 |
| CN108107609A (zh) * | 2017-12-17 | 2018-06-01 | 安徽大学 | 一种基于石墨烯中红外可调谐窄带带通滤波器 |
-
2018
- 2018-06-26 CN CN201810671852.1A patent/CN110646368A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040201009A1 (en) * | 2003-04-10 | 2004-10-14 | National Taiwan University | Infrared photodetector |
| CN103715291A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种太赫兹光电探测器 |
| CN104280357A (zh) * | 2014-09-05 | 2015-01-14 | 河南汉威电子股份有限公司 | 红外气体传感器 |
| CN204821422U (zh) * | 2015-07-28 | 2015-12-02 | 深圳市赛格导航科技股份有限公司 | 车载安全防护系统 |
| CN105679857A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-06-15 | 浙江大学 | 一种基于硅量子点/石墨烯/硅异质结构的光电传感器 |
| CN106169516A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-30 | 杭州紫元科技有限公司 | 一种基于石墨烯的硅基紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN106601857A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 基于掺硼硅量子点/石墨烯/二氧化硅的光电导探测器及制备方法 |
| CN106784122A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 基于石墨烯/掺硼硅量子点/硅的光电探测器及制备方法 |
| CN106793733A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 哈尔滨工业大学 | 双网孔式红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构 |
| CN107479296A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-15 | 安徽大学 | 一种可调谐中红外窄带吸收体 |
| CN107728342A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-23 | 安徽大学 | 一种中红外窄带可调谐滤波器 |
| CN108107609A (zh) * | 2017-12-17 | 2018-06-01 | 安徽大学 | 一种基于石墨烯中红外可调谐窄带带通滤波器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8652409B2 (en) | Photoelectrocatalytic fluid analyte sensors including reference electrodes | |
| US20070034978A1 (en) | Photonic crystal emitter, detector and sensor | |
| US7279132B2 (en) | Chemical vapor sensor having an active and a passive measurement mode | |
| US7700044B2 (en) | Chemical vapor sensor | |
| US20150212030A1 (en) | Micro-hotplate device and sensor comprising such micro-hotplate device | |
| US20170016866A1 (en) | Reconfigurable gas sensor architecture with a high sensitivity at low temperatures | |
| AU2011208318A1 (en) | Detector | |
| EP3783669B1 (en) | Infrared sensor and infrared gas detector | |
| CN102197299B (zh) | 检测元件、检测装置及氧浓度测试装置 | |
| CN110646368A (zh) | 空气质量监测装置 | |
| CN110646362A (zh) | 车内二氧化碳浓度的检测方法 | |
| CN110646367A (zh) | 空气质量监测装置 | |
| CN110646366A (zh) | 车载空气质量监测装置 | |
| CN110646370A (zh) | 车载空气质量监测装置 | |
| CN110648488A (zh) | 基于石墨烯红外探测器的智能安防装置 | |
| JP2006220544A (ja) | フィルター複合体およびガス検知器 | |
| JP2006331752A (ja) | 赤外線放射素子 | |
| EP4012383B1 (en) | Electro-thermal based device and method for operating a heater | |
| JP2003083889A (ja) | 赤外分析装置 | |
| CN219962847U (zh) | 一种司机疲劳驾驶检测仪 | |
| US20190086261A1 (en) | Device For Securing An Infrared Radiation Detector From Unwanted Infrared Radiation And Heat | |
| Parameswaran et al. | Compact ozone photometer based on UV LEDs | |
| JP4852886B2 (ja) | 赤外線放射素子 | |
| JP4528603B2 (ja) | 定置型ガス検知器 | |
| JP2017198604A (ja) | ガスセンサ及びガス検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200103 |