一种线性可变滤光片及应用其的连续光谱气体传感器的制作方法

1.本实用新型属于气体传感器技术领域，具体涉及一种线性可变滤光片及应用其的连续光谱气体传感器。


背景技术：

2.ndir气体监测系统主要包含进气口、出气口、红外气体探测器信号处理电路、红外光源电路、气体室、红外光源、红外气体探测器组成。其中红外气体传感器器由滤光片、红外探测器、外壳、底座组成。红外线由红外光源产生，通过气体室、滤光片，射向红外探测器。根据比尔-朗伯定律，气体室中的气体会根据气体种类不同，吸收不同波长的光，通过测量衰减的波长可以确定气体类型和浓度。而滤光片则是为消除特定波长(选定气体分子可吸收的波长)之外的光。
3.基于ndir技术的混合气体传感器(或模组)通常是将不同的ndir单一气体传感器集成在同一电路中，使用多个ndir气体传感器完成混合气体的检测。
4.现有技术缺点：
5.1)基于化学电阻气敏材料的混合气体传感器，需要多个传感器集成；
6.2)基于μgc技术混合气体传感器，尺寸大、系统复杂；
7.3)基于ftir技术混合气体传感器，体积庞大、成本高、不适合气体监测。
8.4)基于ndir技术的混合气体传感器，目前通常需集成多个ndir单通道气体传感器，或使用具有多个滤光片的ndir多通道气体传感器，或使用单气体通道和滤光片斩波系统，导致传感器尺寸和成本增加。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种线性可变滤光片及应用其的连续光谱气体传感器。
10.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
11.本实用新型实施例一提供一种线性可变滤光片，包括衬底、锥形腔体、水平布拉格反射层和倾斜布拉格反射层，所述水平布拉格反射层和倾斜布拉格反射层设置于锥形腔体的上下两侧，所述衬底的一侧与倾斜布拉格反射层连接。
12.本实用新型优选地，所述水平布拉格反射层包括第一二氧化硅层、第一硅层、第二二氧化硅层和第二硅层，所述第一二氧化硅层、第一硅层、第二二氧化硅层和第二硅层通过物理气相沉积或化学气相沉积依次沉积于衬底上。
13.本实用新型优选地，所述第一二氧化硅层的厚度为100-1000nm，所述第一硅层的厚度为100-1000nm；所述第二二氧化硅层的厚度为100-1000nm，所述第二硅层的厚度为100-1000nm。
14.本实用新型优选地，所述锥形腔体为二氧化硅层锥形腔体，其最薄处厚度为500-1000nm，最厚处厚度为1500-3000nm。
15.本实用新型优选地，所述倾斜布拉格反射层包括第三硅层、第三二氧化硅层、第四硅层、第四二氧化硅层和第五硅层，所述第第三硅层、第三二氧化硅层、第四硅层、第四二氧化硅层和第五硅层通过物理气相沉积或化学气相沉积依次沉积于锥形腔体上。
16.本实用新型优选地，所述第三硅层的厚度为100-1000nm；所述第三二氧化硅层的厚度为100-1000nm，所述第四硅层的厚度为100-1000nm；所述第四二氧化硅层的厚度为100-1000nm，所述第五硅层的厚度为100-1000nm。
17.本实用新型实施例二提供一种连续光谱气体传感器，包括上述的线性可变滤光片、红外探测器阵列、封帽、底座和引脚，所述封帽设置于底座的一侧，所述底座的一侧设置有红外探测器阵列，所述引脚设置于底座的另一侧其穿过底座后与红外探测器阵列连接，所述线性可变滤光片设置于封帽上，且与位于红外探测器阵列的正上方。
18.与现有技术相比，本实用新型通过使用单一滤光片实现线性可变光学滤波，将线性可变滤光片与红外探测器阵列集成，实现单滤光片单ndir气体传感器监测混合气体，降低基于ndir技术的混合气体传感器尺寸；由于采用线性可变滤光片，可根据所需检测气体种类，选择合适红外探测单元位置，提高基于ndir技术的混合气体传感器的气体监测种类；可通过算法技术，选取多个红外探测单元检测结果进行对比，从而提高基于ndir技术的混合气体传感器的准确性。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例1提供的一种线性可变滤光片的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例2提供的一种线性可变滤光片的结构示意图；
21.图3是本实用新型实施例3提供的一种连续光谱气体传感器的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.在本实用新型的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.实施例一：
26.如图1和2所示，本实用新型实施例一提供一种线性可变滤光片，包括衬底11、锥形腔体12、倾斜布拉格反射层13和水平布拉格反射层14，所述倾斜布拉格反射层13和水平布拉格反射层14设置于锥形腔体12的上下两侧，所述衬底11的一侧与水平布拉格反射层14连
接。
27.如图1和2所示，所述水平布拉格反射层14包括第一二氧化硅层141、第一硅层142、第二二氧化硅层143和第二硅层144，所述第一二氧化硅层141、第一硅层142、第二二氧化硅层143和第二硅层144通过物理气相沉积或化学气相沉积依次沉积于衬底11上。
28.如图1和2所示，所述第一二氧化硅层141的厚度为100-1000nm，所述第一硅层142的厚度为100-1000nm；所述第二二氧化硅层143的厚度为100-1000nm，所述第二硅层144的厚度为100-1000nm。
29.如图1和2所示，所述锥形腔体12为二氧化硅层锥形腔体，其最薄处厚度为500-1000nm，最厚处厚度为1500-3000nm。
30.如图1和2所示，所述倾斜布拉格反射层13包括第三硅层131、第三二氧化硅层132、第四硅层133、第四二氧化硅层134和第五硅层135，所述第三硅层131、第三二氧化硅层132、第四硅层133、第四二氧化硅层134和第五硅层135通过物理气相沉积或化学气相沉积依次沉积于锥形腔体12上。
31.如图1和2所示，所述第三硅层131的厚度为100-1000nm；所述第三二氧化硅层132的厚度为100-1000nm，所述第四硅层133的厚度为100-1000nm；所述第四二氧化硅层144的厚度为100-1000nm，所述第五硅层145的厚度为100-1000nm。
32.实施例二：
33.以硅衬底，2.5微米～5微米可变滤光片为例，其制作方法包括以下步骤：
34.s1：清洗衬底11，用丙酮、酒精、去离子水依次对衬底进行超声清洗；
35.s2：使用物理气相沉积或化学气相沉积技术依次在衬底11上沉积第一二氧化硅层141、第一硅层142、第二二氧化硅层143和第二硅层144，所述第一二氧化硅层141的厚度为560nm，所述第一硅层142的厚度为240nm；所述第二二氧化硅层143的厚度为560nm，所述第二硅层144的厚度为240nm；
36.s3：使用物理气相沉积或化学气相沉积技术再步骤s2的第二硅层144的表面沉积一层厚度为1900nm的二氧化硅；
37.s4：使用匀胶机在步骤s3的二氧化硅的表面旋涂一层光刻胶，并对光刻胶进行软烘；
38.s5：使用灰度掩模版对光刻胶进行曝光；
39.s6：使用光刻胶对应的显影液对曝光后的衬底11进行显影，得到锥形光刻胶；
40.s7：使用干法刻蚀，对衬底11进行刻蚀，得到二氧化硅锥形腔体12，最薄处厚度为840nm，最厚处厚度为1900nm；
41.s8：使用物理气相沉积或化学气相沉积技术依次在锥形腔体上方沉积第三硅层131、第三二氧化硅层132、第四硅层133、第四二氧化硅层134和第五硅层135，所述第三硅层131的厚度为240nm；所述第三二氧化硅层132的厚度为560nm，所述第四硅层133的厚度为240nm；所述第四二氧化硅层134的厚度为560nm，所述第五硅层135的厚度为240nm。
42.实施例三：
43.本实用新型实施例三提供一种连续光谱气体传感器，包括实施例一所述的线性可变滤光片21、红外探测器阵列22、封帽23、底座24和引脚25，所述封帽23设置于底座24的一侧，所述底座24的一侧设置有红外探测器阵列22，所述引脚25设置于底座24的另一侧其穿
过底座24后与红外探测器阵列22连接，所述线性可变滤光片21设置于封帽23上，且与位于红外探测器阵列22的正上方。
44.综上所述，本实用新型通过使用单一滤光片实现线性可变光学滤波，将线性可变滤光片与红外探测器阵列阵列集成，实现单滤光片单ndir气体传感器监测混合气体，降低基于ndir技术的混合气体传感器尺寸；由于采用线性可变滤光片，可根据所需检测气体种类，选择合适红外探测单元位置，提高基于ndir技术的混合气体传感器的气体监测种类；可通过算法技术，选取多个红外探测单元检测结果进行对比，从而提高基于ndir技术的混合气体传感器的准确性。
45.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。