專利名稱：可調(diào)濾波器以及非色散氣體探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域,涉及一種基于法布里-拍羅腔以及MEMS技術(shù)的可調(diào)濾波器以及非色散氣體探測(cè)器。
背景技術(shù)：
以非色散紅外氣體傳感器(NDIR)為代表的以探測(cè)氣體吸收光輻射為基本原理的氣體探測(cè)器，是利用待測(cè)氣體在特征吸收譜線對(duì)輻射的吸收，從而檢測(cè)出氣體的種類、濃度等信息的一類傳感器。非色散紅外氣體傳感器具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛地應(yīng)用到各個(gè)工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。以紅外光作為探測(cè)光線為例，非色散紅外氣體傳感器的基本構(gòu)成包括紅外輻射源、窄帶濾波片、氣室、以及用于接收和檢測(cè)紅外輻射的紅外探測(cè)器。工作時(shí)，由紅外輻射源發(fā)射的廣譜紅外輻射，通過窄帶濾波片后形成與待測(cè)氣體的特征吸收譜線相對(duì)應(yīng)的特定波長(zhǎng)的紅外輻射。上述紅外輻射通過充滿待測(cè)氣體的氣室，由于其波長(zhǎng)與待測(cè)氣體的特征吸收峰吻合而被待測(cè)氣體吸收從而導(dǎo)致紅外輻射強(qiáng)度衰減。根據(jù)朗伯-比爾定律，紅外輻射被吸收衰減的程度與待測(cè)氣體種類、濃度等相關(guān)，通過與未經(jīng)衰減的輻射強(qiáng)度對(duì)比即可得到待測(cè)氣體的相關(guān)信息。在實(shí)際使用中，由于紅外輻射源和紅外探測(cè)器的性能隨著使用時(shí)間以及受環(huán)境溫度變化等因素的影響會(huì)產(chǎn)生漂移，從而影響非色散紅外氣體傳感器的檢測(cè)精度和重復(fù)性。另外，氣室受粉塵等的污染也會(huì)直接降低檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為克服上述不利因素的影響，非色散紅外氣體傳感器往往需要設(shè)計(jì)成更加復(fù)雜的形式。例如，利用斬波器對(duì)紅外輻射調(diào)制形成交流信號(hào)可以在一定程度上克服器件性能漂移的影響。增加一路參比光路形成雙光路非色散紅外氣體傳感器可以克服氣室污染的不利影響。因此，非色散紅外氣體傳感器具有單束-單波長(zhǎng)、單束-雙波長(zhǎng)、雙束-雙波長(zhǎng)等多種不同的實(shí)現(xiàn)方式。專利US6590710 B2中對(duì)幾種常用非色散紅外氣體傳感器的構(gòu)造形式進(jìn)行了描述。傳統(tǒng)非色散紅外氣體傳感器中一般使用多層薄膜形成窄帶干涉濾波片，其帶通中心波長(zhǎng)固定，因此一個(gè)特定的干涉濾波片只能用于一種氣體特征譜線的檢測(cè)。如果使用參比光束，需要使用另外一個(gè)干涉濾波片，其帶通中心波長(zhǎng)一般選擇在待測(cè)氣體特征譜線的附近但與特征譜線不重合的波長(zhǎng)。例如，用于C02檢測(cè)的傳感器，檢測(cè)波長(zhǎng)通常選擇在4. 2um,而參比波長(zhǎng)可選擇在3. 8um。上述一對(duì)干涉濾波片僅能檢測(cè)一種氣體。如果一個(gè)非色散紅外氣體傳感器需要檢測(cè)幾種不同氣體，往往采用一個(gè)轉(zhuǎn)輪上安裝多個(gè)具有不同中心波長(zhǎng)的干涉濾波片，通過旋轉(zhuǎn)在不同譜線之間切換。這種方法存在的缺點(diǎn)包括體積增大、價(jià)格上升、旋轉(zhuǎn)裝置存在機(jī)械噪聲并且壽命有限等。為克服上述不足，專利US5646729提供了一種非色散紅外氣體傳感器。其特點(diǎn)在于光路中設(shè)置一個(gè)MEMS法布里-珀羅可調(diào)濾波器，利用靜電力改變法布里-珀羅濾波器的兩個(gè)反射鏡之間的距離，實(shí)現(xiàn)濾波器的透過波長(zhǎng)在檢測(cè)波長(zhǎng)與參比波長(zhǎng)之間切換，從而僅用單個(gè)濾波器、單個(gè)紅外探測(cè)器，類似單束-單波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法必須使用兩個(gè)濾波片、兩個(gè)探測(cè)器的雙波長(zhǎng)檢測(cè)。而且波長(zhǎng)切換時(shí)無需旋轉(zhuǎn)裝置，與傳統(tǒng)非色散紅外氣體傳感器相比，具有成本低、壽命長(zhǎng)、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。但是，上述MEMS法布里-珀羅可調(diào)濾波器的可動(dòng)反射鏡在受到震動(dòng)、加速度等外在因素作用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生位移，從而引起兩個(gè)反射鏡之間的距離發(fā)生變化。其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致法布里-珀羅濾波器的透過中心波長(zhǎng)產(chǎn)生偏移，導(dǎo)致非色散紅外氣體傳感器的檢測(cè)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可調(diào)濾波器以及非色散氣體探測(cè)器，能夠有效克服氣室的粉塵和濕氣等污染的不利影響。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種可調(diào)濾波器，包括相對(duì)設(shè)置的基底和蓋板，所述基底的表面上設(shè)置一固定反射鏡，一可動(dòng)反射鏡通過多個(gè)錨點(diǎn)設(shè)置于固定反射鏡表面且與固定反射鏡平行，所述可動(dòng)反射鏡能夠向基底方向和蓋板方向兩個(gè)方向移動(dòng)；所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡對(duì)工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底對(duì)工作波段的光的透射率大于其余波段；所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡之間設(shè)置有第一限位部件，所述可動(dòng)反射鏡和蓋板之間設(shè)置有第二限位部件。可選的，所述第一限位部件設(shè)置在固定反射鏡表面或者可動(dòng)反射鏡表面?？蛇x的，所述第二限位部件設(shè)置在可動(dòng)反射鏡表面或者蓋板表面。可選的，所述第一限位部件和第二限位部件的位置沿著垂直于可動(dòng)反射鏡的方向相互對(duì)準(zhǔn)?？蛇x的，所述第一限位部件和/或第二限位部件為閉合形狀?？蛇x的，所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡由具有不同折射系數(shù)的兩種材料交替設(shè)置構(gòu)成，所述兩種材料分別為多晶硅和二氧化硅。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種非色散氣體探測(cè)器，包括輻射源、可調(diào)濾波器、氣室、以及探測(cè)器，輻射源發(fā)射的廣譜光輻射通過可調(diào)濾波器后變?yōu)檎瓗л椛?，?jīng)過氣室后若該波段的光處于待測(cè)氣體的特征吸收波段則吸收衰減，再被探測(cè)器接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，所述可調(diào)濾波器為上述任意一可調(diào)濾波器，所述輻射源設(shè)置于可調(diào)濾波器的蓋板上，輻射光通過所述可動(dòng)反射鏡以及固定反射鏡形成的腔體濾波后，從基底中出射?？蛇x的，所述蓋板在靠近可動(dòng)反射鏡一側(cè)的表面具有一空腔；所述空腔表面覆蓋一絕熱膜，所述輻射源通過熱絕緣薄膜懸空設(shè)置于空腔的開口處?？蛇x的，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置減反膜，以增加工作波段光輻射的透過率?？蛇x的，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置一孔徑光闌，所述孔徑光闌沿著垂直于可動(dòng)反射鏡的方向與所述可動(dòng)反射鏡對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明還提供了一種非色散氣體探測(cè)器，包括輻射源、氣室、可調(diào)濾波器、以及探測(cè)器，輻射源發(fā)射的廣譜光輻射通過氣室射入可調(diào)濾波器，氣室中的待測(cè)氣體僅吸收特征波長(zhǎng)的光線，可調(diào)濾波器將所述特征吸收波長(zhǎng)的光線濾出，經(jīng)可調(diào)濾波器濾出的光線再被探測(cè)器接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，所述可調(diào)濾波器為上述任意一可調(diào)濾波器，所述探測(cè)器設(shè)置于可調(diào)濾波器的蓋板上，輻射光從基底中入射，并通過所述可動(dòng)反射鏡以及固定反射鏡形成的腔體濾波后，被所述探測(cè)器吸收。
可選的，所述蓋板在靠近可動(dòng)反射鏡一側(cè)的表面具有一空腔；所述空腔表面覆蓋一絕熱膜，所述探測(cè)器通過熱絕緣薄膜懸空設(shè)置于空腔的開口處。可選的，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置減反膜，以增加工作波段光輻射的透過率?？蛇x的，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置一孔徑光闌，所述孔徑光闌沿著垂直于可動(dòng)反射鏡的方向與所述可動(dòng)反射鏡對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過控制限位部件的高度使濾波器的一輸出波長(zhǎng)精確定位到恰好是氣室中氣體的特征吸收波長(zhǎng)，則經(jīng)過氣室后該光線被待測(cè)氣體吸收，從而獲得光線經(jīng)過氣室的衰減程度；并控制另一限位部件的高度使濾波器輸出另一參考波長(zhǎng)的光線，該波長(zhǎng)的光線不會(huì)被待測(cè)氣體吸收，衰減主要是由氣室中可能存在粉塵和濕氣等因素造成的，通過對(duì)兩次檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)，可以去除氣室內(nèi)污染對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，從而實(shí)現(xiàn)單束-雙波長(zhǎng)的非色散氣體檢測(cè)，可以有效克服氣室的粉塵和濕氣等污染的不利影響。利用本發(fā)明的可調(diào)濾波器，進(jìn)一步克服了傳統(tǒng)單束-雙波長(zhǎng)的非色散氣體傳感器需要兩組濾波片和探測(cè)器所帶來的成本高以及兩組探測(cè)器性能不匹配等缺點(diǎn)。


附圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的可調(diào)濾波器的整體結(jié)構(gòu)示意 附圖2A為附圖1中具體實(shí)施方式
所述的可調(diào)濾波器的可動(dòng)反射鏡驅(qū)動(dòng)至第一限位部件與固定反射鏡接觸位置的示意 附圖2B為附圖1中所述可調(diào)濾波器的可動(dòng)反射鏡驅(qū)動(dòng)至第二限位部件與蓋板表面接觸位置的示意 附圖2C是附圖1中可調(diào)濾波器的可動(dòng)反射鏡在第一限位部件與第二限位部件之間驅(qū)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的透過中心波長(zhǎng)的示意 附圖3是本發(fā)明所述的可調(diào)濾波器的另一具體實(shí)施方式
結(jié)構(gòu)的示意 附圖4為利用附圖1所示的可調(diào)濾波器形成非色散氣體傳感器的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意 附圖5為利用附圖3所示的可調(diào)濾波器形成非色散氣體傳感器的另一種具體實(shí)施方式
的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的可調(diào)濾波器以及非色散氣體探測(cè)器的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。附圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的可調(diào)濾波器2的整體結(jié)構(gòu)示意圖，該可調(diào)濾波器2基于法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)和MEMS技術(shù)，包括基底11、蓋板12、可動(dòng)反射鏡13、以及固定反射鏡18。基底11和蓋板12對(duì)工作的波段具有高透過率。固定反射鏡18設(shè)置于基底11的上表面?？蓜?dòng)反射鏡13通過錨點(diǎn)16或其它固定方式固定支撐于基底11的上方，與固定反射鏡18之間形成間距d0?；?1與蓋板12通過錨點(diǎn)17鍵合。上述固定反射鏡18和可動(dòng)反射鏡13可以是布拉格反射鏡，一般通過具有不同折射系數(shù)，并優(yōu)選具有較大折射系數(shù)差異的兩種薄膜材料(例如多晶硅和二氧化硅)交替構(gòu)成，通過調(diào)整每種薄膜的厚度，可以使固定反射鏡18和可動(dòng)反射鏡13在一特定的工作波段具有較高的反射率。固定反射鏡18和可動(dòng)反射鏡13也可以是其它類型的反射鏡，例如采用一些常見的光吸收材料，亦可以做到對(duì)某一特定的工作波段的光的反射率大于其余波段?；?1和蓋板12對(duì)工作波段的光的透射率大于其余波段，例如采用一些常見的光吸收材料，可以做到對(duì)某一特定的工作波段的光的投射率大于其余波段。繼續(xù)參考附圖1，可動(dòng)反射鏡13的表面分別設(shè)置第一限位部件14和第二限位部件15，以精確限制可動(dòng)反射鏡13運(yùn)動(dòng)的臨界位置。當(dāng)可動(dòng)反射鏡13向固定反射鏡18方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的最小距離為dl，顯然，此數(shù)值即為第一限位部件14的高度；當(dāng)可動(dòng)反射鏡13向遠(yuǎn)離反射鏡18方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的最大距離為d2，顯然，此數(shù)值即為基底11與蓋板12之間的距離減去第二限位部件15的高度。具體地說，附圖2A為附圖1中具體實(shí)施方式
所述的可調(diào)濾波器2的可動(dòng)反射鏡13驅(qū)動(dòng)至第一限位部件14與固定反射鏡18接觸位置的示意圖。通過靜電、壓電、雙材料熱膨脹等驅(qū)動(dòng)方法，使可動(dòng)反射鏡13向固定反射鏡18運(yùn)動(dòng)，第一限位部件14與固定反射鏡18接觸受到阻擋而停止，此時(shí)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的間距為dl，對(duì)應(yīng)的可調(diào)濾波器2的透過中心波長(zhǎng)為λ I。根據(jù)法布里-珀羅的波長(zhǎng)公式，Al=2dl/m，m為整數(shù)。由于采用了第一限位部件14，·只要保證所加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)略有過載，即可保證每次可動(dòng)反射鏡13均可以精確地運(yùn)動(dòng)至dl的位置，從而保證可調(diào)濾波器2透過中心波長(zhǎng)為λ I的精確性。通過靜電、壓電、雙材料熱膨脹等不同驅(qū)動(dòng)方法對(duì)可動(dòng)反射鏡驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要根據(jù)所選擇的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)一步設(shè)置驅(qū)動(dòng)所需的結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)采用靜電驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要在基底表面、蓋板表面和可動(dòng)反射鏡表面分別設(shè)置電極，在每?jī)山M電極之間施加相反的電壓，通過靜電引力來驅(qū)動(dòng)可動(dòng)反射鏡。當(dāng)采用壓電方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要在可動(dòng)反射鏡上設(shè)置壓電材料，當(dāng)施加電信號(hào)后，壓電材料會(huì)產(chǎn)生機(jī)械力進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)可動(dòng)反射鏡。當(dāng)采用雙材料熱膨脹方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要在可動(dòng)反射鏡上設(shè)置具有不同熱膨脹系數(shù)的兩種材料，當(dāng)施加電信號(hào)后，產(chǎn)生的熱量引起兩種材料不同的熱膨脹，進(jìn)一步產(chǎn)生機(jī)械力驅(qū)動(dòng)可動(dòng)反射鏡。附圖2Β為附圖1中所述可調(diào)濾波器2的可動(dòng)反射鏡13驅(qū)動(dòng)至第二限位部件15與蓋板12表面接觸位置的示意圖。可動(dòng)反射鏡13向蓋板12運(yùn)動(dòng)，第二限位部件15的表面與蓋板12的表面接觸受到阻擋而停止，此時(shí)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的間距為d2，對(duì)應(yīng)的可調(diào)濾波器2透過中心波長(zhǎng)為λ 2。由于采用了第二限位部件15，每次可動(dòng)反射鏡13均可以精確地運(yùn)動(dòng)至d2的位置，從而保證可調(diào)濾波器2的透過中心波長(zhǎng)為λ 2的精確性。附圖2C是附圖1中可調(diào)濾波器2的可動(dòng)反射鏡13在第一限位部件14與第二限位部件15之間驅(qū)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的透過中心波長(zhǎng)的示意圖。當(dāng)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的間距為dl時(shí)，對(duì)應(yīng)的透過中心波長(zhǎng)為λ 1，λ I可用作待測(cè)氣體的參比波長(zhǎng)。當(dāng)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的間距為d2時(shí)，對(duì)應(yīng)的透過中心波長(zhǎng)為λ 2，λ 2可用作待測(cè)氣體的檢測(cè)波長(zhǎng)。反之，λ I亦可用作待測(cè)氣體的檢測(cè)波長(zhǎng)，而將λ 2用作待測(cè)氣體的參比波長(zhǎng)。第一限位部件14與第二限位部件15的位置可以選擇沿著垂直于可動(dòng)反射鏡13的方向相互對(duì)準(zhǔn)，以提高可動(dòng)反射鏡13的機(jī)械的強(qiáng)度。另外，第一限位部件14與第二限位部件15可以制作為環(huán)形或方形等閉合形式，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)可動(dòng)反射鏡13的機(jī)械強(qiáng)度的作用，有效地提高可動(dòng)反射鏡13的平整度。附圖3是本發(fā)明所述的可調(diào)濾波器的另一具體實(shí)施方式
結(jié)構(gòu)的示意圖，包括基底11、蓋板12、可動(dòng)反射鏡13、以及固定反射鏡18。基底11對(duì)工作的波段具有高透過率。固定反射鏡18設(shè)置于基底11的上表面。可動(dòng)反射鏡13通過錨點(diǎn)16或其它固定方式固定支撐于基底11的上方，與固定反射鏡18之間形成間距d0。基底11與蓋板12通過錨點(diǎn)17鍵合。固定反射鏡18和可動(dòng)反射鏡13可以是布拉格反射鏡，也可以是其它類型的反射鏡，例如采用一些常見的光吸收材料，亦可以做到對(duì)某一特定的工作波段的光的反射率大于其余波段。與附圖1所示的結(jié)構(gòu)不同，本具體實(shí)施方式
所示結(jié)構(gòu)的第一限位部件14與第二限位部件15分別設(shè)置在基底11與蓋板12的表面，但同樣可以實(shí)現(xiàn)精確限制可動(dòng)反射鏡13運(yùn)動(dòng)的臨界位置的目的。同樣地，第一限位部件14與第二限位部件15的位置也可以選擇沿著垂直于可動(dòng)反射鏡13的方向相互對(duì)準(zhǔn)；第一限位部件14與第二限位部件15也可以制作為環(huán)形或方形等閉合形式。附圖2A至附圖2C所描述的可調(diào)濾波器的工作過程是以附圖1所示的具體實(shí)現(xiàn)方式為例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，附圖3中所示的具體實(shí)施方式
也可以按類似的方法工作并達(dá)到同樣的效果。附圖4為利用附圖1中具體實(shí)施方式
所述的可調(diào)濾波器2形成非色散氣體傳感器的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖，包括輻射源41、可調(diào)濾波器42、氣室43以及探測(cè)器44。所述輻射源41設(shè)置于可調(diào)濾波器4 2的蓋板12靠近可動(dòng)反射鏡13 —側(cè)的表面，本具體實(shí)施方式
中，進(jìn)一步在所述蓋板12的靠近可動(dòng)反射鏡13 —側(cè)的表面具有一空腔26 ；所述空腔26表面覆蓋一絕熱膜25，所述輻射源41通過熱絕緣薄膜25懸空設(shè)置于空腔26的開口處。設(shè)置空腔26和絕熱膜25的優(yōu)點(diǎn)在于能夠與周圍環(huán)境絕熱，在施加相同加熱功率時(shí)可以有效提高輻射源的溫度，從而提高輻射效率。輻射源41為包含連續(xù)波長(zhǎng)的廣譜輻射，例如通常用來做氣體檢測(cè)的紅外波段輻射，采用多晶硅或者金屬絲等可加熱電阻器件，通過電加熱可以發(fā)射紅外波段輻射。輻射源41輻射的光線通過可調(diào)濾波器42后變?yōu)檎瓗л椛?。固定反射鏡18由二氧化硅層22、多晶硅層23、二氧化硅層22、多晶硅層23四層薄膜交替形成；可動(dòng)反射鏡13，可動(dòng)反射鏡13由多晶硅層23、二氧化硅層22、多晶硅層23三層薄膜交替形成。通過可動(dòng)反射鏡13受到第一限位部件14與第二限位部件15的限制，在固定反射鏡18和蓋板12之間驅(qū)動(dòng)切換，對(duì)應(yīng)的透過中心波長(zhǎng)在λ 1，λ 2之間切換，過濾后的光線經(jīng)過基底11出射。本具體實(shí)施方式
以λ I用作待測(cè)氣體的檢測(cè)波長(zhǎng)，λ 2用作待測(cè)氣體的參比波長(zhǎng)為例。當(dāng)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的距離為dl時(shí)，過濾后出射的主要是波長(zhǎng)為λ I的光線，可以通過控制第一限位部件14的高度使該波長(zhǎng)恰好是氣室43中氣體的特征吸收波長(zhǎng)，則經(jīng)過氣室43后該光線被待測(cè)氣體吸收，經(jīng)吸收衰減后的輻射被探測(cè)器44接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，從而獲得光線經(jīng)過氣室43的衰減程度；當(dāng)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的距離為d2時(shí)，過濾后出射的主要是波長(zhǎng)為λ 2的光線，顯然該波長(zhǎng)的光線不會(huì)再是待測(cè)氣體的特征波長(zhǎng)，故不會(huì)被待測(cè)氣體吸收，但由于氣室中可能存在粉塵和濕氣等因素，該光線也會(huì)略有衰減，衰減后的光線被探測(cè)器44接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)。通過對(duì)兩次檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)，可以去除氣室43內(nèi)污染對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，從而實(shí)現(xiàn)單束-雙波長(zhǎng)的非色散氣體檢測(cè)，可以有效克服氣室43的粉塵和濕氣等污染的不利影響。另外，可進(jìn)一步在基底11背離所述固定反射鏡18的表面上設(shè)置減反膜27，以增加工作波段光輻射的透過率，還可以進(jìn)一步在設(shè)置一孔徑光闌28，所述孔徑光闌28可以利用金屬膜定義，并沿著垂直于可動(dòng)反射鏡13的方向與所述可動(dòng)反射鏡13對(duì)準(zhǔn)。附圖5為利用附圖3所示的可調(diào)濾波器形成非色散氣體傳感器的另一種具體實(shí)施方式
的不意圖，包括福射源51、氣室53、可調(diào)濾波器52、探測(cè)器54。與前一具體實(shí)施方式
相比，可調(diào)濾波器52設(shè)置在氣室53與探測(cè)器54之間。輻射源51采用普通的廣譜輻射源，通過氣室53中待測(cè)氣體的亦為廣譜輻射，只有與待測(cè)氣體特征吸收譜線λ 2對(duì)應(yīng)的輻射被吸收衰減。被吸收后的廣譜輻射通過基底11入射到可調(diào)濾波器52中，所述探測(cè)器54設(shè)置于可調(diào)濾波器52的蓋板12靠近可動(dòng)反射鏡13 —側(cè)的表面。固定反射鏡18由二氧化硅層22、多晶硅層23、二氧化硅層22、多晶硅層23四層薄膜交替形成；可動(dòng)反射鏡13，可動(dòng)反射鏡13由多晶硅層23、二氧化硅層22、多晶硅層23三層薄膜交替形成?？蓜?dòng)反射鏡13受到第一限位部件14與第二限位部件15的限制，在固定反射鏡18和蓋板12之間驅(qū)動(dòng)切換，對(duì)應(yīng)的透過中心波長(zhǎng)在λ 1，λ 2之間切換。本具體實(shí)施方式
中，進(jìn)一步在所述蓋板12的靠近可動(dòng)反射鏡13 —側(cè)的表面具有一空腔26 ;所述空腔26表面覆蓋一絕熱膜25，所述探測(cè)器54通過熱絕緣薄膜25懸空設(shè)置于空腔26的開口處。設(shè)置空腔26和絕熱膜25的優(yōu)點(diǎn)在于能夠與周圍環(huán)境絕熱，在接受到相同功率輻射時(shí)可以避免熱量擴(kuò)散到環(huán)境中去，有效提高探測(cè)器54的接收效率，從而提聞探測(cè)效 率。本具體實(shí)施方式
以λ I用作待測(cè)氣體的檢測(cè)波長(zhǎng)，λ 2用作待測(cè)氣體的參比波長(zhǎng)為例。當(dāng)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的距離為dl時(shí)，過濾后出射的主要是波長(zhǎng)為λ I的光線，可以通過控制第一限位部件14的高度使該波長(zhǎng)恰好是氣室53中氣體的特征吸收波長(zhǎng)，則在此狀態(tài)下探測(cè)器54接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，從而獲得該波長(zhǎng)的光線經(jīng)過氣室53的衰減程度；當(dāng)可動(dòng)反射鏡13與固定反射鏡18之間的距離為d2時(shí)，過濾后出射的主要是波長(zhǎng)為λ 2的光線，顯然該波長(zhǎng)的光線不會(huì)再是待測(cè)氣體的特征波長(zhǎng)，故不會(huì)被待測(cè)氣體吸收，但由于氣室中可能存在粉塵和濕氣等因素，該光線也會(huì)略有衰減，衰減后的光線經(jīng)可調(diào)濾波器52過濾后別探測(cè)器54接收，并輸出相應(yīng)的電信號(hào)。通過對(duì)兩次檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)，可以去除氣室53內(nèi)污染對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，從而實(shí)現(xiàn)單束-雙波長(zhǎng)的非色散氣體檢測(cè)，可以有效克服氣室53的粉塵和濕氣等污染的不利影響。與附圖4所示的前一具體實(shí)施方式
不同的是，前一具體實(shí)施方式
采用先濾波后吸收的方式，將光發(fā)射裝置和可調(diào)濾波器集成在一起；本步驟采用先吸收，后濾波的方式，將光吸收裝置和可調(diào)濾波器集成在一起。無論何種方式，可調(diào)濾波器都通過兩個(gè)限位組件精確控制可動(dòng)反射鏡的位置，實(shí)現(xiàn)在檢測(cè)波長(zhǎng)和參比波長(zhǎng)之間的精確濾波。同樣地，可進(jìn)一步在基底11背離所述固定反射鏡18的表面上設(shè)置減反膜27，以增加工作波段光輻射的透過率，還可以進(jìn)一步在設(shè)置一孔徑光闌28，所述孔徑光闌28可以利用金屬膜定義，并沿著垂直于可動(dòng)反射鏡13的方向與所述可動(dòng)反射鏡13對(duì)準(zhǔn)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)濾波器，包括相對(duì)設(shè)置的基底和蓋板，其特征在于 所述基底的表面上設(shè)置一固定反射鏡，一可動(dòng)反射鏡通過多個(gè)錨點(diǎn)設(shè)置于固定反射鏡表面且與固定反射鏡平行，所述可動(dòng)反射鏡能夠向基底方向和蓋板方向兩個(gè)方向移動(dòng)； 所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡對(duì)工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底和蓋板對(duì)工作波段的光的透射率大于其余波段； 所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡之間設(shè)置有第一限位部件，所述可動(dòng)反射鏡和蓋板之間設(shè)置有第二限位部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其特征在于，所述第一限位部件設(shè)置在固定反射鏡表面或者可動(dòng)反射鏡表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其特征在于，所述第二限位部件設(shè)置在可動(dòng)反射鏡表面或者蓋板表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其特征在于，所述第一限位部件和第二限位部件的位置沿著垂直于可動(dòng)反射鏡的方向相互對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其特征在于，所述第一限位部件和/或第二限位部件為閉合形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其特征在于，所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡由具有不同折射系數(shù)的兩種材料交替設(shè)置構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)濾波器，其特征在于，所述兩種材料分別為多晶硅和二氧化硅。
8.一種非色散氣體探測(cè)器，包括輻射源、可調(diào)濾波器、氣室、以及探測(cè)器，輻射源發(fā)射的廣譜光輻射通過可調(diào)濾波器后變?yōu)檎瓗л椛洌?jīng)過氣室后若該波段的光處于待測(cè)氣體的特征吸收波段則被吸收衰減，再被探測(cè)器接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，其特征在于，所述可調(diào)濾波器為一權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的可調(diào)濾波器，所述輻射源設(shè)置于可調(diào)濾波器的蓋板上，輻射光通過所述可動(dòng)反射鏡以及固定反射鏡形成的腔體濾波后，從基底中出射。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非色散氣體探測(cè)器，其特征在于，所述蓋板在靠近可動(dòng)反射鏡一側(cè)的表面具有一空腔；所述空腔表面覆蓋一絕熱膜，所述輻射源通過熱絕緣薄膜懸空設(shè)置于空腔的開口處。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非色散氣體探測(cè)器，其特征在于，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置減反膜，以增加工作波段光輻射的透過率。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非色散氣體探測(cè)器，其特征在于，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置一孔徑光闌，所述孔徑光闌沿著垂直于可動(dòng)反射鏡的方向與所述可動(dòng)反射鏡對(duì)準(zhǔn)。
12.一種非色散氣體探測(cè)器，包括輻射源、氣室、可調(diào)濾波器、以及探測(cè)器，輻射源發(fā)射的廣譜光輻射通過氣室射入可調(diào)濾波器，氣室中的待測(cè)氣體僅吸收特征波長(zhǎng)的光線，可調(diào)濾波器將所述特征吸收波長(zhǎng)的光線濾出，經(jīng)可調(diào)濾波器濾出的光線再被探測(cè)器接收并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，其特征在于，所述可調(diào)濾波器為一權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的可調(diào)濾波器，所述探測(cè)器設(shè)置于可調(diào)濾波器的蓋板上，輻射光從基底中入射，并通過所述可動(dòng)反射鏡以及固定反射鏡形成的腔體濾波后，被所述探測(cè)器吸收。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非色散氣體探測(cè)器，其特征在于，所述蓋板在靠近可動(dòng)反射鏡一側(cè)的表面具有一空腔；所述空腔表面覆蓋一絕熱膜，所述探測(cè)器通過熱絕緣薄膜懸空設(shè)置于空腔的開口處。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非色散氣體探測(cè)器，其特征在于，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置減反膜，以增加工作波段光輻射的透過率。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非色散氣體探測(cè)器，其特征在于，進(jìn)一步在基底背離所述固定反射鏡的表面上設(shè)置一孔徑光闌，所述孔徑光闌沿著垂直于可動(dòng)反射鏡的方向與所述可動(dòng)反射鏡對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可調(diào)濾波器以及非色散氣體探測(cè)器，所述可調(diào)濾波器包括相對(duì)設(shè)置的基底和蓋板，所述基底的表面上設(shè)置一固定反射鏡，一可動(dòng)反射鏡通過多個(gè)錨點(diǎn)設(shè)置于固定反射鏡表面且與固定反射鏡平行，所述可動(dòng)反射鏡能夠向基底方向和蓋板方向兩個(gè)方向移動(dòng)；所述固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡對(duì)工作波段的光的反射率大于其余波段，所述基底和蓋板對(duì)工作波段的光的透射率大于其余波段；所述基底和可動(dòng)反射鏡之間設(shè)置有第一限位部件，所述可動(dòng)反射鏡和蓋板之間設(shè)置有第二限位部件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過限位部件控制濾波器精確輸出一特征吸收波長(zhǎng)的光線和一參考波長(zhǎng)的光線，通過對(duì)兩次檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)，有效降低干擾、提高非色散氣體探測(cè)器的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G02B26/00GK103048283SQ20121048093
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者姜利軍 申請(qǐng)人:姜利軍