ITMI20092137A1 - Sensore di gas ad assorbimento ottico - Google Patents

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ITMI20092137A1
ITMI20092137A1 IT002137A ITMI20092137A ITMI20092137A1 IT MI20092137 A1 ITMI20092137 A1 IT MI20092137A1 IT 002137 A IT002137 A IT 002137A IT MI20092137 A ITMI20092137 A IT MI20092137A IT MI20092137 A1 ITMI20092137 A1 IT MI20092137A1
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IT
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detector
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IT002137A
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Umberto Bena
Allara Sonnj D
Franco Delpiano
Gianpaolo Salvador
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Ribes Ricerche E Formazione S R L
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Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:
SENSORE DI GAS AD ASSORBIMENTO OTTICO
Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce in generale al campo dei sensori di gas ad assorbimento ottico e, più in particolare, a sensori di gas basati sull’assorbimento di radiazione infrarossa (IR) con tecnica di misura non-dispersiva (ND), comunemente noti come sensori di gas NDIR.
Stato della tecnica
È noto che praticamente tutte le sostanze sono in grado di assorbire radiazione elettromagnetica, in particolare radiazione luminosa, laddove nel contesto della presente invenzione con "radiazione luminosa" si intende una radiazione elettromagnetica avente lunghezza d'onda compresa tra 10<'8>m (ultravioletto estremo) e 10<'4>m (lontano infrarosso). L’assorbanza o densità ottica varia a seconda della lunghezza d’onda della radiazione incidente. Ciascuna sostanza ha uno specifico spettro di assorbimento, con lunghezze d’onda caratteristiche in corrispondenza delle quali si evidenziano picchi di assorbimento.
I sensori di gas ad assorbimento ottico, ed in particolare i sensori di gas NDIR, sfruttano l’assorbimento selettivo di radiazione luminosa, in particolare radiazione infrarossa, da parte di un gas presente in una miscela gassosa per rilevare la concentrazione di quel gas nella miscela stessa. La misura viene effettuata facendo propagare attraverso un campione della miscela gassosa una radiazione luminosa con lunghezza d’onda opportunamente selezionata in base al gas da rivelare. La concentrazione di tale gas viene ricavata confrontando l’intensità della radiazione luminosa dopo la sua propagazione attraverso il campione, la quale risulterà attenuata a causa deH’assorbimento, con un'intensità di riferimento, ad esempio ricavata effettuando la misura su una miscela gassosa in cui il gas da rivelare è in concentrazione nota.
Un sensore di gas ad assorbimento ottico, ed in particolare un sensore di gas NDIR, comprende pertanto essenzialmente una camera di misurazione atta ad accogliere una miscela gassosa da analizzare e a permettere la propagazione ottica di una radiazione luminosa attraverso la miscela gassosa; una sorgente luminosa per emettere la radiazione luminosa, disposta in corrispondenza di una prima estremità della camera di misurazione, e un rivelatore per rivelare la radiazione luminosa, disposto in corrispondenza di una seconda estremità della camera di misurazione, contrapposta alla prima estremità. Tipicamente, è anche previsto un dispositivo ottico interposto nel cammino ottico della radiazione luminosa tra la sorgente luminosa e il rivelatore, atto a selezionare lunghezze d'onda prefissate della radiazione luminosa in base al particolare gas da rivelare. Nel caso dei sensori che utilizzano la tecnica di misura non-dispersiva, tale dispositivo ottico è costituito da uno o più filtri spettrali, i quali sono progettati in modo tale da avere una banda passante il più possibile coincidente con la banda di massimo assorbimento nello spettro di assorbimento del gas da rivelare. Più la banda passante del/dei filtro/i spettrale/i è stretta, maggiore è la selettività del sensore.
Sensori di gas ad assorbimento ottico, specificamente sensori di gas NDIR, aventi la struttura di base sopra descritta sono divulgati, ad esempio, in US 5,341,214 e US 5,444,249.
I sensori di gas ad assorbimento ottico, ed in particolare i sensori di gas NDIR, trovano oggigiorno largo impiego sia in laboratorio sia in ambito industriale. In ambito industriale essi vengono spesso impiegati per la rivelazione ed il monitoraggio di inquinanti ambientali gassosi in miscela atmosferica, quali CO, C02, idrocarburi (metano, etano, propano, ecc.), NOx, composti dello zolfo, ecc. In tale applicazione, tuttavia, per riuscire a rivelare in modo specifico e preciso singoli composti tra quelli appena menzionati vi è in molti casi l'esigenza di sensori con selettività molto elevata, in quanto spesso tali composti presentano picchi di assorbimento della radiazione luminosa molto stretti e ravvicinati tra loro. Ad esempio, la C02ha un picco di assorbimento a 4,26 μηη e i più comuni idrocarburi gassosi che possono trovarsi in miscela atmosferica hanno picchi di assorbimento nell'intervallo tra 3,2 μηη e 3,5 μηη. Per una rivelazione mirata di C02o, ancor più, di un specifico idrocarburo, in una miscela in cui siano presenti tutti questi composti è pertanto necessaria una selettività almeno dell'ordine di 0,1 μηι.
I filtri spettrali impiegati nei sensori di gas ad assorbimento ottico noti sono comunemente costituiti da un substrato in vetro ottico sul quale sono deposti una pluralità di strati di materiale dielettrico, ed hanno una larghezza di banda piuttosto ampia. Per ottenere una larghezza di banda più stretta, tale da conferire al sensore di gas incorporante il filtro una selettività debordine di 0,1 μιτι, è necessario aumentare in modo considerevole il numero di strati di materiale dielettrico depositati, con un aumento proporzionale dei costi di produzione del filtro e quindi del sensore. I costi risultanti possono essere accettabili per sensori di precisione da laboratorio, ma non per sensori destinati all'uso industriale su larga scala. Inoltre, anche le dimensioni dei sensori incorporanti tali filtri possono risultare non compatibili con applicazioni industriali, per le quali sono richiesti sensori compatti, o addirittura miniaturizzati, ed in ogni caso portatili.
Nella prassi, pertanto, per impieghi in abito industriale su larga scala ci si accontenta spesso di sensori con bassa selettività, con conseguente ridotta capacità di rivelare e monitorare in modo specifico singoli gas di interesse.
Sommario dell’invenzione
Il problema tecnico alla base della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un sensore di gas ad assorbimento ottico, in particolare un sensore di gas NDIR, il quale abbia una elevata selettività ed al contempo abbia caratteristiche che ne rendono possibile un impiego in ambito industriale su larga scala, in particolare costi di fabbricazione contenuti e possibilità di realizzazione con dimensioni ridotte.
In accordo con la presente invenzione, tale problema tecnico è risolto tramite un sensore di gas ad assorbimento ottico avente le caratteristiche enunciate nella allegata rivendicazione 1.
In particolare, l'invenzione riguarda un sensore di gas ad assorbimento ottico comprendente:
una camera di misurazione atta ad accogliere una miscela gassosa da analizzare ed a permettere la propagazione ottica di una radiazione luminosa attraverso detta miscela gassosa;
una sorgente luminosa per emettere detta radiazione luminosa, disposta in corrispondenza di una prima estremità di detta camera di misurazione;
un rivelatore per rivelare detta radiazione luminosa, disposto in corrispondenza di una seconda estremità di detta camera di misurazione, contrapposta a detta prima estremità, e
un filtro spettrale interposto nel cammino ottico di detta radiazione luminosa tra detta sorgente luminosa e detto rivelatore, atto a selezionare lunghezze d'onda prefissate di detta radiazione luminosa,
caratterizzato dal fatto che detto filtro spettrale comprende una rispettiva struttura a strati formata da una pluralità di strati aventi rispettive porosità controllate, detta struttura a strati definendo almeno una microcavità otticamente risonante.
Grazie alle caratteristiche di tale filtro spettrale, il sensore di gas ad assorbimento ottico dell'invenzione può raggiungere elevati livelli di selettività, in particolare atti alla rivelazione di singoli inquinanti ambientali gassosi (ad esempio, CO2 0 specifici idrocarburi come metano, etano, propano, ecc.) presenti in miscela atmosferica, con al contempo costi di fabbricazione ridotti.
Infatti, da un lato, l'impiego di un filtro spettrale comprendente una microcavità otticamente risonante, anche nota come microcavità di Fabry-Perot, garantisce vantaggiosamente una banda passante molto stretta, alla quale corrisponde un elevato livello di selettività del sensore dell'invenzione. La larghezza e la posizione della banda passante del filtro spettrale possono essere regolati, in funzione del gas da rivelare, variando i parametri geometrici e/o fisici della struttura formante la microcavità.
Dall'altro lato, la struttura a strati con strati a porosità controllata può vantaggiosamente essere prodotta in modo economico tramite procedimenti di fabbricazione noti ed oggigiorno ampiamente diffusi, in particolare nel campo della produzione dei circuiti integrati a semiconduttore. Il filtro spettrale, e quindi il sensore dell'invenzione, possono pertanto essere prodotti a costi contenuti su larga scala, come richiesto per un impiego in ambito industriale. Inoltre, tale struttura è realizzabile con dimensioni microscopiche, per cui il filtro ed il sensore che lo incorpora posso essere realizzati senza problemi con dimensioni anche molto ridotte.
Caratteristiche preferite del sensore di gas ad assorbimento ottico secondo l'invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti 2-12, il cui contenuto è qui integralmente incorporato per riferimento.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione di alcune sue forme di realizzazione preferite, fatta qui di seguito, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. In tali disegni:
- la Fig. 1 è una vista schematica in sezione longitudinale di un sensore di gas ad assorbimento ottico in accordo con la presente invenzione;
- la Fig. 2 è una vista schematica in sezione longitudinale ed in scala fortemente ingrandita di un filtro spettrale del sensore di Fig. 1 , e
- le Figg. 3a e 3b sono due diagrammi di trasmissività del filtro spettrale di Fig. 2.
Descrizione in dettaglio di alcune forme di realizzazione preferite dell’invenzione In Fig. 1 è mostrato schematicamente un sensore di gas ad assorbimento ottico in accordo con l'invenzione, globalmente indicato con il riferimento numerico 1.
Il sensore 1 comprende una camera di misurazione 2, ad esempio di forma cilindrica, atta ad accogliere una miscela gassosa da analizzare ed a permettere la propagazione ottica di una radiazione luminosa 11 attraverso la miscela gassosa. Un'apertura di ingresso 21 ed un'apertura di uscita 22 permettono rispettivamente l'ingresso e l'uscita della miscela gassosa da analizzare nella/dalla camera di misurazione 2.
Il sensore 1 comprende inoltre una sorgente luminosa 3 per emettere la radiazione luminosa 11, disposta in corrispondenza di una prima estremità della camera di misurazione 2, ed un rivelatore 4 per rilevare la radiazione luminosa 11, disposto in corrispondenza di una seconda estremità della camera di misurazione 2, contrapposta alla prima estremità.
La sorgente luminosa 3, eventualmente costituita da un assieme di più elementi emettitori distinti, può essere una qualsiasi sorgente atta ad emettere una radiazione luminosa con lunghezze d'onda almeno in un intervallo comprendente le lunghezze d'onda caratteristiche di assorbimento del/dei gas da rivelare, ad esempio una sorgente tipo corpo nero, o anche semplicemente una lampada a filamento, in cui però il vetro del bulbo ha un assorbimento fuori banda rispetto alla regione spettrale di misura. La sorgente luminosa 3 è preferibilmente racchiusa almeno in parte in un rispettivo involucro protettivo 31 distinto dalla camera di misurazione 2, e viene alimentata in modo convenzionale da un circuito di alimentazione e pilotaggio (non mostrato) di tipo noto.
Il rivelatore 4, anch'esso eventualmente costituito da un assieme di più elementi rivelatori distinti, permette di convertire in segnale elettrico proporzionale la radiazione luminosa 11 che incide su di esso dopo aver attraversato la camera di misurazione 2 ed essere stata parzialmente assorbita, quando nella camera di misurazione 2 è presente una miscela gassosa da analizzare. Possono ad esempio essere impiegati rivelatori di tipo piroelettrico, oppure termopile, fotodiodi, cristalli fotonici. Il rivelatore 4 è preferibilmente racchiuso in un rispettivo involucro protettivo 41 distinto dalla camera di misurazione 2 ed è collegato in modo convenzionale ad un circuito di elaborazione del segnale elettrico di uscita (non mostrato), di tipo noto. Preferibilmente, l'involucro protettivo 41 è ermeticamente chiuso e al suo interno viene creata una atmosfera chimicamente ed otticamente inerte, ad esempio un'atmosfera di azoto.
Il sensore 1 comprende inoltre un filtro spettrale 5 interposto nel cammino ottico della radiazione luminosa 11 tra la sorgente luminosa 3 ed il rivelatore 4, il quale è atto a selezionare lunghezze d'onda prefissate della radiazione luminosa 11. Il filtro spettrale 5 ha la funzione di limitare lo spettro di lunghezze d'onda della radiazione luminosa 11 che giunge sul rivelatore 4 ad una banda il più possibile coincidente con la banda di massimo assorbimento del gas da rivelare.
In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione il sensore 1 è un sensore di gas NDIR, in cui la sorgente luminosa 3 è una sorgente di radiazione infrarossa, il rivelatore 4 è un rivelatore di radiazione infrarossa, e il filtro spettrale 5 è attivo per lunghezze d'onda comprese tra circa 0,4 pm e circa 11 μΐη, preferibilmente tra circa 2,5 pm e circa 8 pm. Tali intervalli sono di interesse per la rivelazione tramite assorbimento di radiazione infrarossa dei più comuni inquinanti ambientali gassosi presenti in miscela atmosferica, quali CO, CO2, idrocarburi (metano, etano, propano, ecc.), NOx, composti dello zolfo, ecc.
In accordo con l'invenzione, il filtro spettrale 5 comprende una rispettiva struttura a strati 51 formata da una pluralità di strati con porosità controllata, la quale struttura definisce almeno una microcavità otticamente risonante, 0 microcavità di FabryPero†. Vantaggiosamente, tale struttura permette di ottenere bande passanti molto strette, e quindi di conferire al sensore 1 una elevata selettività, e può essere fabbricata anche su larga scala a costi ridotti.
In particolare, la struttura a strati 51 è preferibilmente definita in un materiale semiconduttore microstrutturato avente localmente differenti porosità. In questo caso per la fabbricazione del filtro spettrale 5 è vantaggiosamente possibile impiegare procedimenti già noti e consolidati nel campo della produzione dei circuiti integrati a semiconduttore, come descritto più in dettaglio nel seguito, ottenendo un. Un materiale semiconduttore particolarmente preferito per via della sua reperibilità ed economicità è il silicio.
Nella forma di realizzazione preferita del sensóre 1 mostrata nelle figure, il filtro spettrale 5 comprende un rispettivo substrato 50 in materiale semiconduttore, e la struttura a strati 51 è formata integralmente nel substrato 50 in corrispondenza di una faccia di esso. Ciò consente vantaggiosamente di ridurre la fasi necessarie per la fabbricazione del filtro spettrale 5, ottimizzando pertanto il procedimento di fabbricazione dello stesso. Anche in questo caso, come materiale semiconduttore viene preferito il silicio.
In una forma di realizzazione alternativa, non mostrata, del sensore 1 si può comunque prevedere che il filtro spettrale 5 comprenda uno rispettivo substrato e la struttura a strati 51 sia applicata su una faccia di tale substrato. In questo caso il materiale del substrato può anche essere differente da quello della struttura a strati 51. In particolare, può essere vantaggioso l'impiego di un substrato in vetro ottico, il quale ha una maggiore trasparenza rispetto al silicio.
Il filtro spettrale 5 può essere disposto in qualsiasi punto del cammino ottico della radiazione luminosa 11 tra la sorgente luminosa 3 ed il rivelatore 4. Tuttavia, nella configurazione preferita del sensore 1 in cui il rivelatore 4 è racchiuso nell'involucro protettivo 41 ermeticamente sigillato, almeno la struttura a strati 51 del filtro spettrale 5 è preferibilmente disposta all'interno di tale involucro protettivo 41 . In questo modo è vantaggiosamente possibile assicurare una protezione del materiale microporoso formante la struttura a strati 51 sia da un punto di vista meccanico, sia, grazie all'atmosfera inerte mantenuta all'interno dell'involucro protettivo 41 , da un punto di vista chimico.
A tal fine, è possibile disporre il filtro spettrale 5 interamente all'interno dell'involucro protettivo 41 oppure, più preferibilmente, utilizzare il filtro spettrale 5 per formare una porzione dell'involucro protettivo 41 , disponendo il lato provvisto della struttura a strati 51 verso Finterno dell'involucro protettivo 41, vale a dire affacciato al rivelatore 4, e il lato formato dal substrato 50 verso l'esterno dell'involucro protettivo 41, vale a dire affacciato alla camera di misurazione 2. In questa seconda configurazione il filtro spettrale 5 può contemporaneamente fungere anche da finestra ottica per il passaggio della radiazione luminosa 11 attraverso l'involucro protettivo 41, per cui è possibile ridurre il numero di componenti del sensore 1, a tutto vantaggio della sua semplicità, affidabilità ed economicità.
Come mostrato schematicamente in Fig. 2, la struttura a strati 51 del filtro spettrale 5 preferibilmente comprende:
una prima ed una seconda successione di strati 52, 53, in cui gli strati hanno ciascuno una porosità scelta fra due porosità tra loro differenti, le quali sono presenti in modo alternato in tali prima e seconda successioni di strati, e
uno strato separatore 54 interposto tra dette prima e seconda successioni di strati 52, 53 ed avente uno spessore sostanzialmente maggiore dello spessore degli strati della prima e della seconda successione di strati 52, 53 e porosità uguale alla maggiore di dette due porosità.
Vantaggiosamente, la prima successione di strati 52, la seconda successione di strati 53 e lo strato separatore 54 definiscono rispettivamente le due superfici semiriflettenti esterne (specchi a strati dielettrici o di Bragg) e lo spazio di separazione compreso tra esse di una microcavità di Fabry-Perot. La porosità determina la quantità di aria che può essere presente in uno strato e quindi il suo indice di rifrazione; strati con porosità minore (più scuri in Fig. 2) hanno un indice di rifrazione più elevato, mentre strati con porosità maggiore (più chiari in Fig. 2) hanno un indice di rifrazione più piccolo. La configurazione con porosità alternate nella prima e nella seconda successione di strati 52, 53 permette un controllo ottimale degli indici di rifrazione globali delle superfici semiriflettenti esterne della microcavità di Fabry-Perot. Tali indici di rifrazione, insieme allo spessore dello strato separatore 54, sono i parametri di progetto essenziali per definire le proprietà ottiche del filtro spettrale 5, in particolare la sua trasmissività.
Preferibilmente, le due porosità degli strati di dette prima e seconda successioni di strati 52, 53 sono comprese rispettivamente tra circa 67% e circa 72%, più preferibilmente tra circa 69% e circa 70%, e tra circa 82% e circa 87%, più preferibilmente tra circa 84% e circa 85%.
Dimensioni caratteristiche dei pori negli strati formanti la struttura a strati 51 sono preferibilmente nella scala dei nanometri.
Gli spessori degli strati formanti le successioni di strati 52, 53 e dello strato separatore 54 vengono scelti dal tecnico del settore in funzione della lunghezza d'onda della radiazione luminosa impiegata per la rivelazione, delle caratteristiche fisiche del/dei materiale/i costituente/i tali strati (in particolare le loro differenti porosità) e della configurazione ottica adottata (numero e successione degli strati). Ad esempio, nel caso specifico di un sensore progettato per la rivelazione di C02, gli strati formanti le successioni di strati 52, 53 hanno uno spessore preferibilmente compreso tra circa 0,64 μηι e circa 0,85 μηι e lo strato separatore 54 ha uno spessore preferibilmente compreso tra circa 1 ,64 μιτι e circa 1 ,70 μηη. La struttura a strati 51 con porosità controllata sopra descritta viene preferibilmente ottenuta tramite attacco elettrochimico di un substrato di materiale semiconduttore, in particolare silicio, con procedimento analogo a quello comunemente impiegato per la fabbricazione di circuiti integrati a semiconduttore. Il substrato da trattare viene posto in circuito anodico-catodico in una cella contenente ad esempio una soluzione di etilene e acido fluoridrico, e il circuito viene alimentato in modo controllato con impulsi di corrente, tramite i quali è possibile definire con precisione lo spessore e la porosità di ciascuno strato. Questo procedimento di fabbricazione permette la lavorazione con qualità elevata anche di superfici relativamente gradi, per cui filtri spettrali ottenuti in questo modo, pur potendo avere una elevata selettività, mantengono costi di fabbricazione ridotti.
La trasmissività T del filtro spettrale 5 avente la struttura sopra descritta in funzione della lunghezza d'onda λ della radiazione luminosa su di esso incidente è rappresentata qualitativamente dalla curva continua nel diagramma di Fig. 3a. Si nota l'andamento tipico della trasmissività di una cavità di Fabry-Perot, con un picco di trasmissività molto stretto all'interno di una banda di reiezione (anche indicata come "stop band") con trasmissività pressoché nulla. La larghezza di banda del filtro spettrale 5, ovvero l'ampiezza totale a metà altezza (FWHM) del picco di trasmissività, è preferibilmente compresa tra circa 0,03 μιτι e circa 0,2 pm, più preferibilmente tra circa 0,05 pm e circa 0,1 pm.
La lunghezza d'onda su cui il picco di trasmissività è centrato dipende dal tipo di gas da rivelare. Ad esempio, nel caso di un sensore di gas NDIR tarato per la rivelazione di C02tale lunghezza d'onda sarà circa 4,26 pm.
Dal diagramma di Fig. 3a si nota anche che la banda di reiezione del filtro spettrale 5, anche se normalmente sufficiente a coprire la banda operativa del sensore 1, è piuttosto stretta, per cui al rivelatore 5 possono giungere anche lunghezze d'onda fuori banda, le quali creano rumore nel segnale elettrico di uscita.
Per eliminare, o quanto meno ridurre sostanzialmente, questo inconveniente, il sensore 1 comprende preferibilmente un filtro spettrale addizionale 6 interposto nel cammino ottico della radiazione luminosa 11 tra la sorgente luminosa 3 ed il rivelatore 4, il quale è atto ad ampliare la banda di reiezione del filtro spettrale 5. Il filtro spettrale addizionale 6 agisce eliminando sostanzialmente i picchi di trasmissività spuri presenti ai lati della banda di reiezione del filtro spettrale 5 e quindi, di fatto, ampliando tale banda di reiezione. E' così possibile massimizzare il rapporto segnale utile / rumore ed accrescere la precisione di misurazione.
II filtro spettrale addizionale 6 comprende preferibilmente un substrato ed almeno uno strato 61 di materiale dielettrico applicato su una faccia di esso.
La trasmissività del filtro spettrale addizionale 6 in funzione della lunghezza d'onda della radiazione luminosa su di esso incidente è rappresentata qualitativamente dalla curva in tratteggio nel diagramma di Fig. 3a. La Fig. 3b mostra invece la trasmissività risultante dalla combinazione del filtro spettrale 5 e del filtro spettrale addizionale 6. Si può osservare in questo caso che è sempre presente lo stretto picco di trasmissività tipico di una cavità di Fabry-Perot, ma la banda di reiezione attorno ad esso è estesa sostanzialmente a tutta la parte di spettro di interesse per il funzionamento del sensore 1.
Nella forma di realizzazione preferita del sensore 1 mostrata in Fig. 2 il filtro spettrale 5 e il filtro spettrale addizionale 6 comprendono un substrato comune, ad esempio il substrato 50, laddove su una prima faccia del substrato comune è ricavata o applicata la struttura a strati 51 del filtro spettrale 5 e sulla seconda faccia del substrato comune è applicato ['almeno uno strato 61 di materiale dielettrico del filtro spettrale addizionale 6. In questo modo è vantaggiosamente possibile ridurre ulteriormente il numero di componenti del sensore 1, con un impatto positivo sulla sua struttura ed affidabilità e sui costi di fabbricazione.
Anche in questa forma di realizzazione si preferisce proteggere la struttura a strati 51 disponendola all'interno dell'involucro protettivo 41 ermeticamente chiuso del rivelatore 4. Se l'assieme del filtro spettrale 5 e del filtro spettrale addizionale 6 con substrato comune svolge contemporaneamente la funzione di finestra ottica nell'involucro protettivo 41 , come spiegato più sopra, preferibilmente tale assieme viene disposto in modo tale che il lato del substrato comune recante la struttura strati 51 in materiale microporoso sia rivolto verso l'interno dell'involucro 41 ed il lato del substrato comune recante Palmeno uno strato dielettrico 61 sia rivolto verso l'esterno del medesimo.
Il sensore 1 sopra descritto, in particolare nella forma di realizzazione di sensore di gas NDIR, trova un impiego preferito, sebbene non esclusivo, in ambito industriale come sensore per la rivelazione di inquinanti gassosi presenti in miscela atmosferica.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1 . Sensore di gas ad assorbimento ottico (1 ), comprendente: - una camera di misurazione (2) atta ad accogliere una miscela gassosa da analizzare ed a permettere la propagazione ottica di una radiazione luminosa (11 ) attraverso detta miscela gassosa; - una sorgente luminosa (3) per emettere detta radiazione luminosa (11), disposta in corrispondenza di una prima estremità di detta camera di misurazione (2); - un rivelatore (4) per rivelare detta radiazione luminosa (11 ), disposto in corrispondenza di una seconda estremità di detta camera di misurazione (2), contrapposta a detta prima estremità, e - un filtro spettrale (5) interposto nel cammino ottico di detta radiazione luminosa (11) tra detta sorgente luminosa (3) e detto rivelatore (4), atto a selezionare lunghezze d'onda prefissate di detta radiazione luminosa (11), caratterizzato dal fatto che detto filtro spettrale (5) comprende una rispettiva struttura a strati (51 ) formata da una pluralità di strati aventi rispettive porosità controllate, detta struttura a strati (51) definendo almeno una microcavità otticamente risonante.
  2. 2. Sensore (1 ) secondo la rivendicazione 1 , in cui detta struttura a strati (51) di detto filtro spettrale (5) è definita in un materiale semiconduttore, preferibilmente silicio, microstrutturato con porosità localmente differenti.
  3. 3. Sensore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detto filtro spettrale (5) comprende un rispettivo substrato (50) in materiale semiconduttore, preferibilmente silicio, e detta struttura a strati (51) è formata integralmente in detto substrato (50) in corrispondenza di una faccia di esso.
  4. 4. Sensore (1 ) secondo la rivendicazione 2, in cui detto filtro spettrale (5) comprende un rispettivo substrato (50) e detta struttura a strati (51 ) è applicata su una faccia di detto substrato (50).
  5. 5. Sensore (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta struttura a strati (51 ) di detto filtro spettrale comprende: una prima ed una seconda successione di strati (52, 53), in cui gli strati hanno ciascuno una porosità scelta fra due porosità tra loro differenti, dette due porosità essendo presenti in modo alternato in dette prima e seconda successioni di strati (52, 53), e uno strato separatore (54) interposto tra dette prima e seconda successioni di strati (52, 53), avente uno spessore sostanzialmente maggiore delio spessore degli strati di dette prima e seconda successioni di strati (52, 53) e porosità uguale alla maggiore di dette due porosità.
  6. 6. Sensore (1) secondo la rivendicazione 5, in cui dette due porosità degli strati di dette prima e seconda successioni di strati (52, 53) sono rispettivamente comprese tra circa 67% e circa 72%, più preferibilmente tra circa 69% e circa 70%, e tra circa 82% e circa 87%, più preferibilmente tra circa 84% e circa 85%.
  7. 7. Sensore (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto filtro spettrale (5) ha una larghezza di banda compresa tra circa 0,03 μηη e circa 0,2 pm, più preferibilmente tra circa 0,05 μΐτι e circa 0,1 μιτι.
  8. 8. Sensore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: - detta sorgente luminosa (3) è una sorgente di radiazione infrarossa; - detto rivelatore (4) è un rivelatore di radiazione infrarossa, e - detto filtro spettrale (5) è attivo per lunghezze d'onda comprese tra circa 0,4 μηι e circa 11 μιτι, preferibilmente tra circa 2,5 μΐτι e circa 8 μηη.
  9. 9. Sensore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un filtro spettrale addizionale (6) interposto nel cammino ottico di detta radiazione luminosa (11 ) tra detta sorgente luminosa (3) e detto rivelatore (4), detto filtro spettrale addizionale (6) essendo atto ad ampliare la banda di reiezione di detto filtro spettrale (5).
  10. 10. Sensore (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detto filtro spettrale addizionale (6) comprende un substrato ed almeno uno strato di materiale dielettrico (61) applicato su una faccia di detto substrato.
  11. 11. Sensore (1) secondo la rivendicazione 10, in cui detto filtro spettrale (5) e detto filtro spettrale addizionale (6) comprendono un substrato (50) comune, su una prima faccia del substrato (50) comune essendo ricavata o applicata detta struttura a strati (51) di detto filtro spettrale (5) e su una seconda faccia del substrato (50) comune essendo applicato detto almeno uno strato di materiale dielettrico (61 ) di detto filtro spettrale addizionale (6).
  12. 12. Sensore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rivelatore (4) è racchiuso in un rispettivo involucro protettivo (41) ermeticamente sigillato e almeno la struttura a strati (51) di detto filtro spettrale (5) è disposta all'interno di detto involucro protettivo (41).
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