CN215727679U - 空域分光红外传感芯片及气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种空域分光红外传感芯片及气体检测装置,本申请的空域分光红外传感芯片包括基板、至少两个检测单元和至少两个聚焦单元。检测单元设置于基板表面,每个检测单元用于检测一种特定气体;聚焦单元包覆于检测单元;其中,检测单元与聚焦单元的数量相等。本申请的空域分光红外传感芯片通过设置多个检测单元,能够同时对多种气体进行检测,其中,一个检测单元对一种气体吸收后的红外光进行获取,从而实现对该气体的检测,提高了气体检测的效率,无需用户切换检测设备;同时,通过设置聚焦单元,能够将保证外部照射的红外光无论以什么角度入射都能被检测单元捕获,提高了测量的灵敏度、降低了操作的难度。
Description
技术领域
本申请涉及红外传感器应用领域,尤其是涉及一种空域分光红外传感芯片及气体检测装置。
背景技术
相关技术中,光学式气体传感器主要以红外吸收型为主,光学式气体传感器利用不同气体对红外波吸收程度不同的原理,通过测量红外吸收波长来检测气体。
然而,常用的红外吸收性气体传感器在进行气体检测的过程中,往往只能对单一气体浓度进行探测,而对于多种气体的测量,则需要利用傅里叶分析仪和多个不同波长的半导体激光器、或者切换多个滤波器才能实现,然而这种气体检测系统结构复杂、体积庞大,并且无法同时对多种气体进行检测。
实用新型内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本申请提出一种空域分光红外传感器片,能够简化气体检测系统的结构、减小其体积,并且能够实现对多种气体的同时检测。
本申请还提出一种具有上述空域分光红外传感器片的气体检测装置。
根据本申请的第一方面实施例的空域分光红外传感器片,包括:基板;至少两个检测单元,所述检测单元设置于所述基板表面,每个所述检测单元用于检测一种特定气体;至少两个聚焦单元,所述聚焦单元包覆于所述检测单元;其中,所述检测单元与所述聚焦单元的数量相等。
根据本申请实施例的空域分光红外传感器片,至少具有如下有益效果:通过设置多个检测单元,能够同时对多种气体进行检测,其中,一个检测单元对一种气体吸收后的红外光进行获取,从而实现对该气体的检测,提高了气体检测的效率,无需用户切换检测设备;同时,通过设置聚焦单元,能够将保证外部照射的红外光无论以什么角度入射都能被检测单元捕获,提高了测量的灵敏度、降低了操作的难度。
根据本申请的一些实施例,所述检测单元包括:红外传感器,设置于所述基板表面;滤光片,所述滤光片设置于所述红外传感器表面。
根据本申请的一些实施例,所述滤光片包括:子基板,所述子基板设置于所述红外传感器表面;镀膜层,所述镀膜层设置于所述子基板表面。
根据本申请的一些实施例,所述检测单元设置有多个,每个所述检测单元的所述滤光片由不同材料组成。
根据本申请的一些实施例,还包括:总线,所述总线印制于所述基板表面,且所述总线用于连接多个所述检测单元。
根据本申请的一些实施例,还包括:接线端子,所述接线端子设置于所述基板端部并与所述总线连接。
根据本申请的一些实施例,所述聚焦单元包括:凸透镜,所述凸透镜包覆于所述检测单元。
根据本申请的一些实施例,所述检测单元、所述聚焦单元的数量均为九个,所述检测单元呈阵列排布,所述聚焦单元与所述检测单元对应设置。
根据本申请的一些实施例,还包括:胶水层,所述胶水层设置于所述检测单元与所述聚焦单元之间。
根据本申请的第二方面实施例的气体检测装置,包括根据本申请上述第一方面实施例的空域分光红外传感芯片。
根据本申请实施例的气体检测装置,至少具有如下有益效果:通过采用上述空域分光红外传感芯片,能够有效减小气体检测装置的体积;并且在气体检测时无需进行场景切换,更便于用户操作。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明,其中:
图1为本申请实施例空域分光红外传感芯片的结构示意图;
图2为本申请实施例空域分光红外传感芯片的部分结构示意图;
图3为本申请实施例空域分光红外传感芯片的又一结构示意图。
附图标记:
基板100、检测单元200、红外传感器210、滤光片220、子基板221、镀膜层222、聚焦单元300、凸透镜310、总线400、接线端子500。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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申请和简化描述,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申请的限制。
在本申请的描述中,若干的含义是一个以上,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面参考图1描述根据本申请实施例的空域分光红外传感芯片。
如图1所示,根据本申请实施例的空域分光红外传感芯片,包括基板100、至少两个检测单元200和至少两个聚焦单元300。
检测单元200设置于基板100表面,每个检测单元200用于检测一种特定气体;聚焦单元300包覆于检测单元200;其中,检测单元200与聚焦单元300的数量相等。
例如,如图1所示,基板100可以大致为板状结构,在本申请中基板100使用的为IC基板,具有重量轻、尺寸小等优点,能够为检测单元200、聚焦单元300的安装提供保护、加强和支持作用。
在基板100表面设置有至少两个检测单元200,每个检测单元200对一种特定气体进行检测。检测单元200是利用红外吸收法实现对气体的检测,不同的气体对红外光具有不同的吸收特性,每个检测单元200只能接收经过一种气体吸收后的红外光,并对该红外光携带的波段信息进行处理,从而得到对应的气体的浓度信息。在每个检测单元200的表面均设置有一个聚焦单元300,聚焦单元300包覆于检测单元200,其中,检测单元200与聚焦单元300的数量相等,具体数量可以根据使用需求进行设置。聚焦单元300能够使得不同角度入射的红外光均能进入检测单元200进行检测,提高了气体检测的灵敏度,同时降低了操作的难度。
根据本申请实施例的空域分光红外传感芯片,通过设置多个检测单元200,能够同时对多种气体进行检测,提高了气体检测的效率,无需用户切换检测设备;同时,通过设置聚焦单元300,能够将保证外部照射的红外光无论以什么角度入射都能被检测单元200捕获,提高了测量的灵敏度、降低了操作的难度。
在本申请的一些具体实施例中,如图1和图2所示,检测单元200包括红外传感器210和滤波片,红外传感器210设置于基板100表面;滤光片220设置于红外传感器210表面。例如,红外传感器210设置于基板100表面,滤光片220设置于远离基板100的一侧,并覆盖于红外传感器210表面。滤光片220具有带通滤光功能,能够透过特定波段的红外光,红外光经过滤光片220处理后进入红外传感器210中,由红外传感器210进行接收。红外传感器210将特定波段的红外光强度转换为电压信号,并传输至外界,从而实现了空域分光。
在本申请的一些具体实施例中,如图1和图2所示,滤光片220包括子基板221和镀膜层222,子基板221设置于红外传感器210表面;镀膜层222设置于子基板221表面。例如,滤光片220包括子基板221和镀膜层222,子基板221设置于红外传感器210表面,子基板221可以为玻璃等材料。在子基板221远离红外传感器210的一侧设置有镀膜层222,不同的镀膜层222能够允许不同的特征波长的红外光通过。将镀膜层222制备于子基板221表面的方法可以采用旋涂法、刮涂法、化学气相沉积法、真空蒸馏法等。
在本申请的一些具体实施例中,检测单元200设置有多个,每个检测单元200的滤光片220由不同材料组成。利用不同材料制备的滤光片220具有不同的特征波长,能够分别透过不同波段的红外光。不同波段的红外光进入检测单元200后,由对应的红外传感器210进行接收,并将红外光强度转换为对应的电压信号,根据电压信号获取对应气体的浓度信息。
在本申请的一些具体实施例中,如图1所示,空域分光红外传感芯片还包括总线400,总线400印制于基板100表面,且总线400用于连接多个检测单元200。例如,每个红外传感器210具有两个相对设置的端子,总线400印制于基板100表面,与红外传感器210的两个端子按照电气特性进行连接,总线400用于将多个检测单元200连接起来。
在本申请的一些具体实施例中,如图1所示,空域分光红外传感芯片还包括接线端子500,接线端子500设置于基板100端部并与总线400连接。例如,接线端子500设置于基板100端部,并且与总线400连接。接线端子500用于外界焊接,将接线端子500设置于基板100端部便于空域分光红外传感芯片与外部其他器件连接,降低了安装的难度。
在本申请的一些具体实施例中,如图1和图2所示,聚焦单元300包括凸透镜310,凸透镜310包覆于检测单元200。例如,将具有聚焦功能的凸透镜310设置于检测单元200表面并将其包覆起来,并将凸透镜310的焦点设计在红外传感器210表面,从而能够保证外部照射的红外光不论以什么角度入射,均能被红外传感器210阵列获取,从而提高了测量的灵敏度。在其他一些实施例中,还可以使用其他具有光线汇聚作用的光学器件。
在本申请的一些具体实施例中,如图3所示,检测单元200、聚焦单元300的数量均为九个,检测单元200呈阵列排布,聚焦单元300与检测单元200对应设置。例如,检测单元200呈3x3的矩形阵列排布,聚焦单元300与检测单元200相对设置,可以理解的是,检测单元200还可以设置为其他排列方式。将九个检测单元200设置成3x3的矩形阵列,能够减小空域分光红外传感芯片的面积,从而减小对应产品的体积,便于携带。
在本申请的一些具体实施例中,空域分光红外传感芯片还包括胶水层(图中未标记),胶水层设置于检测单元200与聚焦单元300之间。检测单元200与聚焦单元300之间设置有由光学胶组成的胶水层,用于将检测单元200与聚焦单元300进行连接,能够防止检测单元200与聚焦单元300脱落,影响检测结果。
在本申请的一些实施例中,还提供了一种气体检测装置,包括根据本申请上述实施例中任一项空域分光红外传感芯片。
根据本申请实施例的气体检测装置,通过采用上述的空域分光红外传感芯片,能够有效减小气体检测装置的体积;并且在气体检测时无需进行场景切换,更便于用户操作。
下面参考图2和图3以一个具体的实施例详细描述根据本申请实施例的空域分光红外传感芯片。值得理解的是,下述描述仅是示例性说明,而不是对本申请的具体限制。
如图2和图3所示,空域分光红外传感芯片包括基板100、检测单元200、聚焦单元300、总线400、接线端子500和胶水层(图中未标记),基板100为IC基板。其中,检测单元200和聚焦单元300的数量均为九个,成3x3矩形排布。
检测单元200包括红外传感器210和滤波片,红外传感器210设置于基板100表面,滤光片220设置于远离基板100的一侧,并覆盖与红外传感器210表面。滤光片220具有带通滤光功能,能够透过特定波段的红外光,红外光经过滤光片220处理后进入红外传感器210中。聚焦单元300包括凸透镜310,将具有聚焦功能的凸透镜310设置于检测单元200表面并将其包覆起来,并将凸透镜310的焦点设计在红外传感器210表面,从而能够保证外部照射的红外光不论以什么角度入射,均能红外传感器210阵列获取,从而提高了测量的灵敏度。
滤光片220包括子基板221和镀膜层222,不同的镀膜层222能够允许不同的特征波长的红外光通过,使得对应波长的红外光进入对应的红外传感器210中进行检测,从而能够实现不同气体的检测。例如,检测单元200中滤光片220的子基板221材料为单晶硅,镀膜层222材料为锗和一氧化硅,特征波长为4640nm,能够进行CO气体检测;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为蓝宝石,包括两层镀膜层222,镀膜层222材料均为锗和一氧化硅,特征波长为4430nm,能够进行CO2气体检测;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为蓝宝石,包括三层镀膜层222,镀膜层222材料均为锗和一氧化硅,特征波长为3390nm,能够进行CH4气体检测;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为硅,包括两层镀膜层222,镀膜层222材料均为锗和一氧化硅,特征波长为3600~4000nm,能够进行H2S气体检测;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为硅,包括两层镀膜层222,其中,一个镀膜层222的材料为二氧化钛和二氧化硅,另一个镀膜层222的材料为硅和二氧化硅,特征波长为1450nm,能够进行H2O气体检测;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为硅,包括两层镀膜层222,镀膜层222的材料均为锗和硫化锌,特征波长为5500nm;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为单晶锗,包括两层镀膜层222,镀膜层222的材料均为锗和硫化锌,特征波长为7300~7500nm;检测单元200中滤光片220的子基板221材料为硅,包括两层镀膜层222,镀膜层222的材料均为锗和硫化锌,特征波长为7550~13900nm。通过设置以上检测单元200,能够同时对CO、CO2等多种气体成分进行检测。
根据本申请实施例的空域分光红外传感芯片,通过如此设置,可以达成至少如下的一些效果,将多个检测单元200集成在很小的芯片上,能够应用于不同场景,减小产品体积,便于小型化;同时,能够同时测量多种气体,无需用户进行切换,提高了气体检测的效率。此外,聚焦单元300能够将保证外部照射的红外光无论以什么角度入射都能被检测单元200捕获,提高了测量的灵敏度、降低了操作的难度。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明,但是本申请不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.空域分光红外传感芯片,其特征在于,包括:
基板;
至少两个检测单元,所述检测单元设置于所述基板表面,每个所述检测单元用于检测一种特定气体;
至少两个聚焦单元,所述聚焦单元包覆于所述检测单元;
其中,所述检测单元与所述聚焦单元的数量相等。
2.根据权利要求1所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,所述检测单元包括:
红外传感器,设置于所述基板表面;
滤光片,所述滤光片设置于所述红外传感器表面。
3.根据权利要求2所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,所述滤光片包括:
子基板,所述子基板设置于所述红外传感器表面;
镀膜层,所述镀膜层设置于所述子基板表面。
4.根据权利要求2所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,所述检测单元设置有多个,每个所述检测单元的所述滤光片由不同材料组成。
5.根据权利要求2所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,还包括:
总线,所述总线印制于所述基板表面,且所述总线用于连接多个所述检测单元。
6.根据权利要求5所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,还包括:
接线端子,所述接线端子设置于所述基板端部并与所述总线连接。
7.根据权利要求1所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,所述聚焦单元包括:
凸透镜,所述凸透镜包覆于所述检测单元。
8.根据权利要求1所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,所述检测单元、所述聚焦单元的数量均为九个,所述检测单元呈阵列排布,所述聚焦单元与所述检测单元对应设置。
9.根据权利要求1所述的空域分光红外传感芯片,其特征在于,还包括:
胶水层,所述胶水层设置于所述检测单元与所述聚焦单元之间。
10.气体检测装置,其特征在于,包括权利要求1至9中任一项所述的空域分光红外传感芯片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202122410860.0U CN215727679U (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 空域分光红外传感芯片及气体检测装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113777069A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-10 | 华南师范大学 | 空域分光红外传感芯片及气体检测装置 |
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2021
- 2021-09-30 CN CN202122410860.0U patent/CN215727679U/zh active Active
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