CN111435111A - 具有最佳参考路径长度的光声气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及具有最佳参考路径长度的光声气体传感器。例如,光声气体传感器可包括检测器部件。检测器部件包括限定参考体积的封装。参考体积容纳参考气体。检测器部件包括压力感测元件,以测量参考体积中的压力的量。参考体积中的压力的量取决于参考体积中的参考气体对光的波长的吸收。测量参考体积中的压力的量时的压力感测元件的灵敏度取决于与参考体积相关联的参考路径的长度。检测器部件包括参考路径结构,其使得参考路径的长度小于或等于0.5毫米。
Description
技术领域
本公开涉及半导体领域,更具体地,涉及具有最佳参考路径长度的光声气体传感器。
背景技术
光声气体传感器是测量光声气体传感器周围或附近区域中的气体浓度的传感器。在操作中,光声气体传感器基于光吸收(例如,红外(IR)吸收)来测量气体浓度。例如,光声气体传感器通常包括发射光的发射器以及在吸收路径(例如,发射器和检测器之间的光路径)上传播光之后接收光的检测器。通常,发射的光包括具有气体的吸收带(例如,已知被气体吸收的波长范围)中的波长的光。这里,在吸收路径上吸收的光的量可以转换为气体浓度的测量。
为了确定吸收量,检测器包括容纳参考气体(例如,相对高浓度的感兴趣气体)的参考体积(例如,密封体积)内的压力感测元件(例如,微机电系统(MEMS)麦克风)。在操作中,一部分光沿着吸收路径被气体(如果有的话)吸收,而剩余未吸收光的部分被参考气体吸收。参考气体在吸收带中吸收光,因此操作为选择性滤光器:在检测器中仅吸收与参考体积中的参考气体相关的光谱部分。这里,参考体积的体积是固定的,由此被参考气体吸收的光的能量转换成温度升高。这种温度升高引起参考体积中的压力变化(因为压力与温度/体积直接成比例(p∝T/V))。通过参考体积中的压力感测元件检测压力变化。因此,可基于压力感测元件的输出来识别参考体积中的吸收量。因此,可基于参考体积中的压力变化来识别吸收路径上的吸收,其可以转换为沿吸收路径的气体的浓度。
发明内容
根据一些可能的实施方式,一种光声气体传感器包括检测器部件,检测器部件包括:封装,用于限定参考体积,参考体积容纳参考气体;压力感测元件,用于测量参考体积中的压力的量,参考体积中的压力的量取决于参考体积中的参考气体对光的波长的吸收,其中测量参考体积中的压力的量时的压力感测元件的灵敏度取决于与参考体积相关联的参考路径的长度;以及参考路径结构,使参考路径的长度小于或等于0.5毫米。
根据一些实施方式,一种气体传感器包括:发射器部件,包括在特定波长下发射光的发射器;以及检测器部件。检测器部件包括:压力感测元件,用于测量检测器部件的参考体积中的压力的量,参考体积容纳参考气体,其中参考体积中的压力的量通过参考气体对光的吸收来限定,并且压力感测元件的灵敏度取决于与参考体积相关联的参考路径的长度;以及参考路径结构,使参考路径的长度小于或等于0.5毫米。
根据一些实施方式,一种气体传感器的检测器部件包括:封装,限定参考体积,其中参考气体存在于参考体积中;压力感测元件,用于测量参考体积中的压力的量,其中参考体积中的压力的量取决于参考体积中的参考气体对光的波长的吸收;以及参考路径结构,使与参考体积相关联的参考路径所具有的长度小于或等于0.5毫米,其中参考路径的长度使得压力感测元件的灵敏度在10毫帕/百万分之100(mPa/100ppm)至40mPa/100ppm的范围内。
附图说明
图1A-图1D是示出具有特定范围内的长度的参考路径的检测器部件的灵敏度的示例仿真的示图
图2是示出其中可实施本文描述的改进检测器部件的示例光声气体传感器的示图。
图3-图4、图5A-图5B、图6A-图6B、图7A-图7C和图8是示出如本文所述使改进检测器部件具有长度小于或等于0.5mm的参考路径的参考路径结构的各种示例实施方式的示图。
具体实施方式
以下对示例实施的详细描述参考附图。不同附图中的相同参考标号可识别相同或相似的元件。
如上所述,光声气体传感器能够基于容纳参考气体(即,相对高浓度的感兴趣气体)的参考体积中的压力测量感兴趣气体的浓度。在给定应用中,光声气体传感器需要足够灵敏以检测相对较小的压力变化。作为示例,在二氧化碳(CO2)感测应用中,CO2的浓度可预期在从百万分之(ppm)0到10000ppm,并且可以期望100ppm的变化的检测。在这种情况下,为了检测识别范围中的100pm的变化,光声气体传感器的灵敏度应至少为10毫帕(mPa)。换言之,光声气体传感器应足够灵敏,以检测参考体积中至少10mPa的压力变化。
实际上,光声气体传感器的灵敏度取决于光声气体传感器的检测器部件中的参考路径的长度。参考路径是入射光(例如,在吸收路径上没有被吸收的光)被参考体积内的参考气体吸收的路径。这里,参考路径的长度通过在入射光的传播方向上从检测器部件的进光窗口(例如,允许入射光传播到参考体积中的光学部件)到参考体积的内表面(例如,限定可吸收入射光的参考体积的一部分的参考体积的表面)的长度来限定。参考体积的内表面可包括一个或多个表面,使得参考路径长度跨越检测器部件变化。例如,内表面可包括压力感测元件的表面、安装在参考体积中的电子部件的表面、半导体层的表面、接合焊盘的表面和/或另一特征的表面。因此,参考路径的长度可被视为进光窗口和跨越检测器部件的参考体积的内表面之间的平均长度。
在光声气体传感器中,检测器部件和发射器部件通常安装在金属封装(例如,TO罐封装)或陶瓷封装中。这里,参考路径的长度通过可应用的封装技术来控制。在金属封装中,参考路径的长度通常在2mm到10mm的范围内。在陶瓷封装中,参考路径的长度通常在1mm到2mm的范围内。应注意,这些传统参考路径长度是封装技术的产物,并且没有考虑到光声气体传感器的灵敏度而进行设计或选择。
然而,为了提高检测器部件的灵敏度,期望设计检测器部件,使得参考路径的长度小于或等于0.5mm。图1A-图1D是示出具有跨越特定范围的长度的参考路径的检测器部件的灵敏度的示例仿真的示图。图1A-图1D示出了:不管检测器部件和/或入射到其上的光的其他特性如何,长度小于或等于0.5mm的参考路径的检测器部件提高了检测器部件的灵敏度(例如,与传统检测器部件相比)。
图1A是示出针对入射光中的光脉冲的不同频率f的、参考路径长度r的范围从0mm到2mm的检测器部件的灵敏度的仿真示图。在图1A中,检测器部件的热能量传送率U(例如,对于1开氏度(K)的温差,通过1平方米(m2)面积的以瓦特(W)为单位的热流率)为5W/m2K,参考气体的浓度cr为100%,以及参考面积A(例如,等于参考路径r的长度乘以参考体积的宽度的面积)为25平方毫米(mm2)。如图所示,对于2Hz、5Hz、10Hz和20Hz的频率f,当参考路径长度r小于0.5mm时,检测器部件的灵敏度(以mPa/100ppm为单位进行测量的d/dc p_(ampl))被最大化。在图1A中,阴影部分对应于从0.2mm到0.4mm的长度r。因此,图1A示出了:对于不同频率的光脉冲,期望参考路径具有小于或等于0.5mm的长度r。
图1B是示出对于参考气体的不同浓度cr,在参考路径长度r从0mm到2mm的范围内的检测器部件的灵敏度的仿真示图。在图1B中,检测器部件12的热能传送率U为5W/m2K,光脉冲的频率f为10Hz,以及参考面积A为25mm2。如图所示,对于100%、75%、50%的浓度cr,当r小于0.5mm时,检测器部件的灵敏度被最大化。在图1B中,阴影部分对应于0.2mm到0.4mm的长度r。因此,图1B示出了:对于不同浓度的参考气体,期望参考路径具有小于或等于0.5mm的长度r。
图1C是示出对于检测器部件12的不同热量传送率U,在参考路径长度r的范围从0mm到2mm的检测器部件的灵敏度的仿真示图。在图1C中,光脉冲的频率f为10Hz,参考气体的浓度cr为100%,以及参考面积A为25mm2。如图所示,对于1W/m2K、5W/m2K和20W/m2K的热传送率U,当r小于0.5mm时,检测器部件的灵敏度被最大化。在图1C中,阴影部分对应于从0.2mm到0.4mm的长度r。因此,图1C示出了:对于检测器部件的不同热传送率,期望参考路径具有小于或等于0.5mm的长度r。
图1D是示出对于不同参考面积A的参考路径长度r从0mm到2mm范围内的检测器部件的灵敏度的仿真示图。在图1D中,光脉冲的频率f为10Hz,参考气体的浓度cr为100%,以及热传送率为5W/m2K。如图所示,对于5mm2、25mm2和100mm2的参考面积A,当r小于0.5mm时,检测器部件的灵敏度被最大化。在图1D中,阴影部分对应于从0.2mm到0.4mm的长度r。因此,图1D示出了:对于参考体积的不同参考面积,期望参考路径具有小于或等于0.5mm的长度r。
如上所示,图1A-图1D仅作为示例提供来用于说明的目的。其他示例可不同于参照图1A-图1D所描述的。
如上所示,图1A-图1D示出了:不管检测器部件和/或入射到其上的光的其他特性,具有长度小于或等于0.5mm的参考路径的检测器部件提高了检测器部件的灵敏度(例如,与传统检测器部件相比)。然而,如上所述,传统参考路径长度通常大于1mm,并且是由检测器部件的封装技术(而不是设计)引起的。因此,需要改进的检测器部件(例如,具有长度小于0.5mm的参考路径的检测器部件),以提高光声气体传感器的灵敏度。
本文描述的一些实施方式提供了一种光声气体传感器,其包括改进的检测器部件,该检测器部件包括使参考路径的长度小于或等于0.5mm的参考路径结构。如本文所述,长度小于0.5mm的参考路径提高了包括在改进的检测器部件中的压力感测元件的灵敏度,从而允许检测相对较小的压力变化(例如,10mPa的变化)。以这种方式,改进的检测器部件允许改善光声气体传感器的性能(例如,如上所述,与包括参考路径长度大于0.5mm的传统检测器部件的光声气体传感器相比)。可应用各种技术来提供使参考路径具有小于或等于0.5mm的长度r的参考结构,在下面提供了其示例。
图2是示出其中可实施本文所述的改进检测器部件(这里称为检测器部件12)的示例性光声气体传感器10的示图。如图2所示,光声气体传感器10可包括发射器部件11和检测器部件12。
如图所示,发射器部件11可包括被配置为发射光11.2的发射器11.1,光包括具有特定重复频率的光脉冲11.3和对应于待感测气体的吸收带的波长。例如,发射器11.1可包括宽带发射器、窄带发射器、相干光发射器、非相干光发射器、黑体辐射器、灯、加热电阻器、发光二极管(LED)、激光二极管等。在宽带发射器的情况下,发射器部件11可包括被配置为允许预先选择或可调谐波长的光通过的光学滤波器。在一些实施方式中,发射器11.1发射的光11.2可包括任何期望波长(例如,IR波长)或波长范围(例如,在可见或不可见光谱中)。例如,发射器11.1可被配置为发射与待感测气体的吸收带相对应的预选波长的光11.2。在一些实施方式中,发射器11.1可以被调谐,使得可以选择和/或控制光11.2的波长。在一些实施方式中,光脉冲11.3的重复频率例如可以在音频范围内,在1Hz到10千赫(kHz)的频率范围内,诸如50Hz。
如图进一步所示,发射器部件11包括壳体11.4。在一些实施方式中,壳体11.4可例如包括陶瓷封装、金属封装(例如,TO罐封装)等。如进一步所示,发射器部件11包括出光窗口11.5,其是光11.2可经由其传输的光学窗口。如图所示,发射器部件11可被布置为使得经由出光窗口11.5传输的光11.2在朝向检测器部件12的方向上以长度a在吸收路径上传播。
如图2进一步所示,光声气体传感器10的检测器部件12包括压力感测元件12.1、壳体12.2、进光窗口12.3和参考路径结构12.4。如图所示,壳体12.2、进光窗口12.3和参考路径结构12.4限定容纳参考气体12.6(例如,相对高浓度的待感测气体)的参考体积12.5。如图2所示,参考体积12.5可具有长度r和参考体积宽度w的参考路径。参考路径长度r和参考体积宽度w限定参考体积面积A。如上所述,参考路径的长度r可被视为进光窗口12.3和由检测器部件12的特征(例如,压力感测元件12.1和/或一个或多个部件或特征)限定的跨越参考体积12.5的内表面之间的长度r的平均值。在一些实施方式中,检测器部件12可包括一个或多个其他部件(图2中未示出),其中一个或多个可以部分地限定参考体积12.5。例如,这种其他部件包括逻辑集成电路、专用集成电路(ASIC)、接合焊盘、接合线等。在一些实施方式中,参考气体12.6可密封在参考体积12.5中。
压力感测元件12.1包括能够感测参考体积12.5中的压力并且提供表示参考体积12.5中的压力的输出信号的部件。例如,压力感测元件12.1可包括麦克风、MEMS麦克风和/或其他类型的压力感测部件。
在一些实施方式中,壳体12.2可例如包括陶瓷封装、金属封装等。在一些实施方式中,进光窗口12.3包括光11.2的未吸收部分可经由其传输的光学窗口(例如,使得光11.2的未吸收部分可传播至参考体积12.5)。
参考路径结构12.4包括使参考路径的长度r小于或等于0.5mm的结构。例如,参考路径结构12.4可包括至少部分地限定参考体积12.5的填充材料、参考体积12.5内的基底层、参考体积12.5内的盖结构、至少部分地限定参考体积12.5的凹盖或者至少部分地限定了参考体积12.5的壳体12.2的结构(例如,使得参考路径的长度r小于0.5mm)。下文描述了参考路径结构12.4的各种实施例。
在光声气体传感器10中,发射器部件11被布置为使得光11.2在吸收路径上传播(例如,在被设计为容纳感兴趣气体的区域中),并且检测器部件12被布置为使得压力感测元件12.1可接收以重复频率振荡的信号。在操作中,如上所述,用重复频率调制的光11.2被沿着吸收路径的气体吸收,并且在参考体积12.5中生成局部压力,这在压力感测元件12.1处产生特性信号。如上所述,光11.2沿吸收路径的吸收是特定于气体的,并且可以基于压力感测元件12.1的输出信号来确定气体的浓度。
因此,测量原理以以下这种方式来配置:在沿吸收路径(例如,发射器部件11和检测器部件12的进光窗口12.3之间的光路径)不存在气体的情况下,光脉冲11.3进入参考体积12.5而没有任何衰减,使得由压力感测元件12.1提供的信号将被最大化。相反,如果气体沿着吸收路径a存在,则光脉冲11.3将被衰减,使得强度相对较低的光脉冲将进入参考体积12.5,从而导致由压力感测元件12.1提供的信号减小。因此,以重复频率振荡且被压力感测元件12.1检测的信号来自参考气体12.6。气体沿吸收路径的存在通过由压力感测元件12.1检测到的信号强度的降低来指示。在一些实施方式中,例如,待检测气体可包括CO2、氮氧化物(NOX)、水(H2O)、氧气(O2)、氮气(N2)、甲烷(CH4)、醇等。
提供光声气体传感器10中所示部件的数量和布置作为示例。实际上,与图2所示相比,光声气体传感器10可包括附加部件和/或元件、更少的部件和/或元件、不同的部件和/或元件或者不同布置的部件和/或元件。附加地或备选地,光声气体传感器10的部件集合(例如,一个或多个部件)或元件集合(例如,一个或多个元件)可执行被描述为由光声气体传感器10的另一部件集合或另一元件集合执行的一个或多个功能。
图3-图4、图5A-图5B、图6A-图6B、图7A-图7C和图8是示出使检测器部件12具有长度r小于0.5mm的参考路径的参考路径结构12.4的各种示例实施的示图。在图3-图4、图5A-图5B、图6A-图6B、图7A-图7C和图8中,示出一个或多个部件(例如,壳体12.2的层、壳体12.2的层之间的金属层、壳体12.2的层中的过孔、接合焊盘、接合线等)的附加细节。然而,这些附加细节仅仅是为了说明的目的而提供,而不用于赋予检测器部件12的结构限制、结构指南或实际电气连接。
图3是检测器部件12的截面图,其中参考路径结构12.4包括至少部分地限定参考体积12.5的填充材料。例如,填充材料可包括环氧树脂、聚合物、半导体材料块和/或其他类型的材料。
在一些实施方式中,填充材料可沉积、形成、放置或以其他方式布置在检测器部件12中,以使参考路径的长度r小于0.5mm。例如,如图3所示,填充材料可沉积在检测器部件12的部件之间、周围和/或上方,使得长度r小于0.5mm。换言之,填充材料可沉积在检测器部件12的部件(例如,压力感测元件12.1、一个或多个其他部件12.7,诸如逻辑电路、ASIC、接合线等)之间、周围和/或上方,使得进光窗口12.3和由压力感测元件12.1和/或检测器元件12的一个或多个其他部件12.7限定的参考体积15的内表面之间的平均长度小于0.5mm。
应注意,如图3所示,填充材料不应沉积、形成或以其他方式布置在压力感测元件12.1的膜上方(例如,为了防止对压力感测元件12.1的性能产生影响)。在一些实施方式中,填充材料可包括允许电信号通过检测器部件12传播的导电金属层和/或过孔。
图4是参考路径结构12.4包括参考体积12.5内的基底层的检测器部件12的截面图。例如,基底层可包括由陶瓷材料、半导体材料等形成的层。
在一些实施方式中,基底层材料可沉积、形成、放置或以其他方式布置在检测器部件12中,以便减小检测器部件12的部件与进光窗口12.3之间的距离(例如,与没有基底层的距离相比),使得参考路径的长度r小于0.5mm。例如,如图4所示,可以形成基底层,并且检测器部件12的一个或多个其它部件12.7可布置在基底层上,使得一个或多个其它部件12.7与进光窗口12.3之间的距离减小(例如,与没有基底层的距离相比)。以这种方式,基底层可使进光窗口12.3与参考体积15的内表面(例如,由压力感测元件12.1、一个或多个其他部件12.7和壳体12.2的外露表面限定的表面)之间的平均长度小于0.5mm。
图5A-图5B和图6A-图6B是检测器部件12的截面图,其中参考路径结构12.4包括参考体积12.5内的盖结构。
图5A和图5B是参考路径结构12.4包括盖结构的基于陶瓷的检测器部件12的截面图,以及图6A和图6B是参考路径结构12.4在参考体积12.5内包括盖结构的基于金属的检测器部件12的截面图。
在一些实施方式中,可以在检测器部件12中形成、放置或以其他方式布置盖结构,以使参考路径的长度r小于0.5mm。例如,如图5A-图5B和图6A-图6B所示,可放置盖结构,使得进光窗口12.3和参考体积15的内表面(例如,主要由盖结构限定的表面)之间的平均长度小于0.5mm。应注意,在盖结构的情况下,光11.2的大部分吸收发生在盖结构和进光窗口12.3之间(即,盖结构下方的吸收可忽略不计)。换言之,在盖结构的情况下,参考体积12.5没有显著地延伸到盖结构下方。
在一些实施方式中,盖结构可由诸如科瓦铁镍钴合金(kovar)的金属材料形成。在一些实施方式中,盖结构被布置在压力感测元件12.1和进光窗口12.3之间。例如,盖结构可包括放置在检测器部件12内的平板(例如,分别如图5A和图6A所示,盖结构位于壳体12.2的表面上或者嵌入在壳体12.2的侧壁中)。作为另一示例,盖结构可包括从壳体12.2的基部延伸并在检测器部件12内弯曲的弯曲板(例如,如图5B和图6B所示,盖结构的一部分在压力感测元件12.1和进光窗口12.3之间)。
如图5A-图5B和图6A-图6B所示,在一些实施方式中,盖结构可包括开口(例如,槽、孔等)。提供盖结构中的开口是为了允许压力感测元件12.1测量参考体积12.5中的压力的量,但不会导致盖结构下方的显著吸收。在一些实施方式中,开口的尺寸(例如,直径、宽度等)可小于约1mm。
应注意,如图5A-图5B和图6A-图6B所示,在一些实施方式中,盖结构防止通过进光窗口12.3传输的光11.2入射到压力感测元件12.1上。因此,在一些实施方式中,盖结构可用于防止光11.2入射到压力感测元件12.1上,这可以防止入射光对压力感测元件12.1造成的损坏,从而延长检测器部件12的工作寿命。
图7A-图7C是检测器部件12的截面图,其中参考路径结构12.4包括至少部分地限定参考体积12.5的凹盖。
在一些实施方式中,可以沉积、形成、放置或以其他方式布置凹盖,以便减小检测器部件12的部件与进光窗口12.3之间的距离(例如,与没有凹盖的距离相比),使得参考路径的长度r小于0.5mm。例如,如图7A、图7B和图7C所示,可形成凹盖,使得进光窗口12.3和压力感测元件12.1和/或检测器元件12的一个或多个其它部件12.7之间的距离减小(例如,与没有凹盖的距离相比)。以这种方式,凹盖可以使进光窗口12.3和参考体积15的内表面之间的平均长度小于0.5mm。
在一些实施方式中,凹盖可包括金属盖(例如,由科瓦铁镍钴合金形成),其用于降低进光窗口12.3(例如,与不使用凹盖时的进光窗口12.3的位置相比)。图7A示出了这种凹盖的示例。
在一些实施方式中,凹盖可包括由陶瓷材料形成的盖,其用于降低进光窗口12.3(例如,与不使用凹盖时的进光窗口12.3的位置相比)。图7B示出了这种凹盖的示例。
在一些实施方式中,凹盖可与进光窗口12.3集成,使得进光窗口12.3处于较低位置(例如,与不使用凹盖时的进光窗口12.3的位置相比)。图7C示出了这种嵌入盖的示例。在这种情况下,嵌入盖/进光窗口12.3可由结构玻璃(例如,蚀刻玻璃晶圆)、硅、蓝宝石等形成。在一些实施方式中,为了减少光11.2对发射器部件11的后反射,可以对凹盖涂覆抗反射(AR)涂层。
图8是检测器部件12的截面图,其中参考路径结构12.4设置在至少部分地限定参考体积12.5的壳体12.2中。
在一些实施方式中,参考路径结构12.4可设置在壳体12.2中,以便减少检测器部件12的部件和进光窗口12.3之间的距离(例如,与没有典型壳体12.2的距离相比),使得参考路径的长度r小于0.5mm。例如,如图8所示,可形成壳体12.2,使得进光窗口12.3和压力感测元件12.1和/或检测器部件12的一个或多个其他部件12.7之间的距离减小(例如,与典型壳体12.2的该距离相比)。换言之,在一些实施方式中,可形成壳体12.2以使长度r小于典型壳体12.2所提供的长度。以这种方式,可以在壳体12.2中提供参考路径结构12.4,以使进光窗口12.3和参考体积15的内表面之间的平均长度小于0.5mm。
提供图3-图4、图5A-图5B、图6A-图6B、图7A-图7C和图8所示的部件、元件和层的数量和布置作为示例。实际上,与图3-图4、图5A-图5B、图6A-图6B、图7A-图7C和图8所示相比,检测器部件12可包括附加部件、元件和/或层、较少的部件、元件和/或层、不同的部件、元件和/或层、不同布置的部件、元件和/或层、不同大小的部件、元件和/或层、具有不同相对尺寸的部件、元件和/或层等等。附加地或备选地,检测器部件12的部件集合(例如,一个或多个部件)、元件集合(例如,一个或多个元件)和/或层集合(例如,一层或多层)可以执行被描述为由检测器部件12的另一部件集合、另一元件集合或另一层集合执行的一个或多个功能。
此外,虽然在图3-图4、图7A-图7C和图8中描述的参考路径结构12.4的实施方式是在利用陶瓷封装的检测器部件12的上下文中提供的,但参考路径结构12.4的任何这种实施方式可应用于利用金属封装(例如,TO罐封装)的检测器部件12。另外,上述参考路径结构12.4的两个或更多个上述实施方式可在单个检测器部件12中组合,以使参考路径r的长度小于0.5mm。
本文描述的一些实施方式提供了一种包括改进的检测器部件12的光声气体传感器10,其包括使参考路径的长度r小于或等于0.5mm的参考路径结构12.4。在一些实施方式中,参考路径的长度r可以在从大约2mm到大约4mm的范围内(例如,如图1A-图1D所示)。在一些实施方式中,由于参考路径的长度r小于0.5mm,因此检测器部件12(例如,压力感测元件12.1)的灵敏度可以在10mPa/100ppm到40mPa/100ppm的范围内(例如,如图1A-图1D所示)。
上述公开提供了说明和描述,但并不不是详尽的或者将实施限于所公开的具体形式。可根据上述公开做出修改和变化,或者可以从实施的实践中获得。
即使在权利要求中引用和/或在说明书中公开了特征的特定组合,但这些组合不用于限制可能实施的公开。事实上,这些特征中的许多特征可以在权利要求中未具体引用和/或在说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以仅直接从属于一个权利要求,但可能实施的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。
除非明确说明,否则本文使用的任何元素、行为或指令均不应解释为关键或必要的。此外,如本文所使用的,冠词“一个”用于包括一项或多项,并且可与“一个或多个”互换使用。此外,如本文所使用的,术语“集合”用于包括一项或多项(例如,相关项、不相关项、相关和不相关项的组合等),并且可以与“一个或多个”互换使用。在只打算使用一项的情况下,使用“仅一个”或类似语言。此外,如本文所使用的,术语“具有”是开放式术语。此外,除非另有明确说明,否则措辞“基于”用于表示“至少部分地基于”。
Claims (20)
1.一种光声气体传感器,包括检测器部件,所述检测器部件包括:
封装,用于限定参考体积,所述参考体积容纳参考气体;
压力感测元件,用于测量所述参考体积中的压力的量,所述参考体积中的所述压力的量取决于所述参考体积中的所述参考气体对光的波长的吸收,
其中当测量所述参考体积中的所述压力的量时的所述压力感测元件的灵敏度取决于与所述参考体积相关联的参考路径的长度;以及
参考路径结构,使所述参考路径的长度小于或等于0.5毫米。
2.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述参考路径结构包括至少部分地限定所述参考体积的填充材料。
3.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述参考路径结构包括所述参考体积内的基底层。
4.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述参考路径结构包括所述参考体积内的盖结构,
其中所述盖结构布置在所述压力感测元件和部分地限定所述参考体积的进光窗口之间,并且
其中所述盖结构包括允许所述压力感测元件测量所述参考体积中的所述压力的量的开口。
5.根据权利要求4所述的光声气体传感器,其中所述盖结构防止由所述进光窗口传输的光入射到所述压力感测元件上。
6.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述参考路径结构包括至少部分地限定所述参考体积的凹盖。
7.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述参考路径结构设置在至少部分地限定所述参考体积的壳体中。
8.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述封装是陶瓷封装。
9.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述封装是金属封装。
10.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述参考路径的长度在大约2毫米到大约4毫米的范围内。
11.根据权利要求1所述的光声气体传感器,其中所述压力感测元件的灵敏度在10毫帕/百万分之100(mPa/100ppm)至40mPa/100ppm的范围内。
12.一种气体传感器,包括:
发射器部件,包括在特定波长下发射光的发射器;以及
检测器部件,包括:
压力感测元件,用于测量所述检测器部件的参考体积中的压力的量,所述参考体积容纳参考气体,
其中所述参考体积中的所述压力的量通过所述参考气体对所述光的吸收来限定,并且
其中所述压力感测元件的灵敏度取决于与所述参考体积相关联的参考路径的长度;和
参考路径结构,使所述参考路径的长度小于或等于0.5毫米。
13.根据权利要求12所述的气体传感器,其中所述参考路径结构包括至少部分地限定所述参考体积的填充材料。
14.根据权利要求12所述的气体传感器,其中所述参考路径结构包括所述参考体积内的基底层。
15.根据权利要求12所述的气体传感器,其中所述参考路径结构包括所述参考体积内的盖结构,
其中所述盖结构布置在所述压力感测元件和部分地限定所述参考体积的进光窗口之间;并且
其中所述盖结构包括允许所述压力感测元件测量所述参考体积内的所述压力的量的开口。
16.根据权利要求15所述的气体传感器,其中所述盖结构防止由所述进光窗口传输的光入射到所述压力感测元件上。
17.根据权利要求12所述的气体传感器,其中所述参考路径结构包括至少部分地限定所述参考体积的凹盖。
18.根据权利要求12所述的气体传感器,其中所述检测器部件包括以下一种:
至少部分地限定所述参考体积的陶瓷封装;或者
至少部分地限定所述参考体积的金属封装。
19.一种气体传感器的检测器部件,所述检测器包括:
封装,所述封装限定参考体积,
其中所述参考气体存在于所述参考体积中;压力感测元件,用于测量所述参考体积中的压力的量,
其中所述参考体积中的所述压力的量取决于所述参考体积中的所述参考气体对光的波长的吸收;以及
参考路径结构,使与所述参考体积相关联的参考路径所具有的长度小于或等于0.5毫米,
其中所述参考路径的长度使得所述压力感测元件的灵敏度在10毫帕/百万分之100(mPa/100ppm)至40mPa/100ppm的范围内。
20.根据权利要求19所述的检测器部件,其中所述参考路径结构是以下之一:
至少部分地限定所述参考体积的填充材料;
所述参考体积内的基底层;或者
所述参考体积内的盖结构,
其中所述盖结构布置在所述压力感测元件与部分地限定所述参考体积的进光窗口之间,并且
其中所述盖结构包括开口。
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