基于mems芯片的露點檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于MEMS芯片的露點檢測裝置，屬于大氣檢測的【技術領域】。露點檢測裝置包括：散熱片，固定在散熱片上的制冷機，貼合在制冷機上表面的鏡面，通過微機械工藝加工在鏡面上方透明板陣列，透明板陣列與鏡面之間的支撐物，所述透明板陣列、支撐物均為高導熱材料，使透明板和鏡面溫度一致，從而透明板在鏡面結露的同時也結露；透明板結露使反射光在光通路上有更多的衰減，有利于反射光信號的變化幅度增加，提高了露點檢測儀的靈敏度和響應速度。
【專利說明】基于MEMS芯片的露點檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開了基于MEMS芯片的露點檢測裝置，屬于大氣檢測的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]濕度是大氣測量中非常重要的組成部分。眾所周知，相對濕度是表示在一定溫度、壓強下，空氣中含有的水蒸氣是否接近飽和的一個物理量，相對濕度越大，說明空氣中的水蒸氣越接近飽和，當空氣中的水蒸氣一旦達到飽和狀態(tài)而凝結成水時，就稱之為結露，這時的溫度就叫做露點溫度。理論上，對于給定溫度、壓強的空氣，它的相對濕度與露點溫度是相對應的，因此，只要在保持壓強不變的情況下找到露點溫度，通過換算，就可以確定相對濕度，這就是用露點法測相對濕度的原理。
[0003]光學冷鏡式露點儀測量露點的原理為:一束光源照射到可控溫度的鏡面上，由光電探測器接收反射光。當鏡面干燥時，其反射光最強。當鏡面上凝結水時，光線穿過水膜時會產生一定的衰減，同時光在空氣和水的界面還可能存在散射從而使反射光強度減弱。露點儀的測控電路可實時調節(jié)制冷器的功率，使得鏡面上的露保持一定的厚度，此時鏡面的溫度為被測氣體的露點溫度。
[0004]目前，光學露點儀測量露點的方法基本為以單個鏡面反射光的強度發(fā)生變化來判斷鏡面上露的量，這種結構雖然簡單，但是存在著反應慢，靈敏度低等缺點。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述【背景技術】的不足，提供了基于MEMS芯片的露點檢測裝置。
[0006]本發(fā)明為實現上述發(fā)明目的采用如下技術方案:
基于MEMS芯片的露點檢測裝置，包括散熱片，固定在散熱片上的制冷機，貼合在制冷機上表面的鏡面，所述基于MEMS芯片的露點檢測裝置還包括:透明板陣列以及支撐板，所述支撐板通過微機械加工工藝制備在鏡面上，所述透明板陣列通過微機械加工工藝制備在支撐板上。
[0007]基于MEMS芯片的露點檢測裝置，包括散熱片，固定在散熱片上的制冷機，貼合在制冷機上表面的鏡面，所述基于MEMS芯片的露點檢測裝置還包括由“ π ”型透明板一體化成型的透明板陣列，所述“ η ”型透明板通過微機械加工工藝制備在鏡面上。
[0008]進一步的，透明板陣列由碳化硅或氮化鋁制成。
[0009]進一步的，支撐板由高導熱材料制成。
[0010]本發(fā)明采用上述技術方案，具有以下有益效果:提高了露點檢測儀的靈敏度和響應速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為基于MEMS芯片的露點檢測裝置的結構示意圖。[0012]圖2為“ π ”型透明板結構示意圖。
[0013]圖3為“ π ”型透明板陣列露點檢測裝置結構示意圖。
[0014]圖4為支撐板、透明板陣列微結構MEMS工藝制備步驟圖。
[0015]圖5為“ ”型透明板陣列微結構MEMS工藝制備步驟圖。
[0016]圖中標號說明:1為透明板陣列，2為支撐板，3為鏡面，4為制冷機，5為散熱片，6為入射光，7為反射光，8為“ π ”型透明板，9為二氧化硅，10、13、14、16為掩膜圖形，11為碳化娃，12為氮化招，15為碳化娃。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0018]具體實施例一:
如圖1所示的基于MEMS芯片的露點檢測裝置，包括散熱片5，固定在散熱片5上的制冷機4，貼合在制冷機4上表面的鏡面3，透明板陣列I，支撐板2，支撐板2通過微機械加工工藝制備在鏡面3上，透明板陣列I通過為機械加工工藝制備在支撐板2上。透明板陣列I的材料為碳化硅，支撐板2可為金屬、碳化硅或氮化鋁材質。
[0019]具體實施例二:
如圖3所示的就MEMS芯片的露點檢測裝置，考慮到工藝難度和制作成本等因素，由若干如圖2所示的“ π ”型透明板8 一體化成型為透明板陣列1，每個“ π ”型透明板8通過微機械加工工藝制備在鏡面3上。
[0020]透明板陣列I可通過機械加工成需要的形狀與厚度，透明板對光路的影響很小，且更有利于氣體流動，從而有利于水分子的擴散。
[0021]在工作時，透明板陣列I和鏡面3的溫度可近似地認為一致，從而在鏡面3結露時，透明板陣列I的上下兩面也有可能結露。入射光6在照射透明板陣列I和鏡面3時，由于透明板陣列I表面結露，這使得反射光7在光通路上具有更多的衰減，反射光7信號的變化幅度增加，可使露點傳感器的靈敏度和響應速度得到提高。利用光電探測器接收反射光7，測控電路檢測光電探測器輸出的電信號強弱，控制制冷器功率大小以使鏡面上露水保持一定厚度，讀取此刻溫度傳感器測得的溫度數據即為被測氣體露點溫度。
[0022]為達到以上效果，對MEMS透明板陣列的制備采用如圖4所示實施方式:
第一步，將二氧化硅9沉積在以鏡面3為基底的表面；
第二步，制作覆蓋在二氧化硅9表面用于后續(xù)形成支撐板2部分的掩膜圖形10，并進行光刻腐蝕，去掉掩膜圖形10以外的部分；
第三步，腐蝕去除掩模圖形10，采用PECVD工藝在二氧化硅9表面制備一層碳化硅11 ； 第四步，拋光表面，使二氧化硅9露出表面；
第五步，采用PECVD工藝在二氧化硅9和碳化硅11表面制備一層氮化鋁12 ；
第六步，制作覆蓋在氮化鋁12表面用于后續(xù)形成透明板陣列的掩膜圖形13，并進行光刻腐蝕，去掉掩膜圖形以外的部分；
第七步，腐蝕去除掩膜圖形13和二氧化硅9，就形成了符合要求的透明板陣列I。
[0023]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是鏡面和每個透明板之間采用四腳柱形支撐物作連接，但考慮到工藝難度和制作成本等因素，本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案為透明板直接制備圖2所示的“η”型，具體步驟如圖5所示:
第一步，將二氧化硅9沉積在以鏡面3為基底的表面；
第二步，制作覆蓋在二氧化硅9表面用于后續(xù)生成“ π ”型透明板陣列雛形的掩膜圖形14，并進行光刻腐蝕，去掉掩膜圖形14以外的部分；
第三步，腐蝕去除掩模圖形14，采用PECVD工藝在二氧化硅9表面上制備一層碳化硅
15 ；
第四步，制作覆蓋在碳化硅15表面用于后續(xù)形成“ π ”透明板8的掩膜圖形16 ； 第五步，腐蝕去掉掩膜圖形16以外的部分；
第六步，腐蝕掉掩膜圖形16和二氧化硅9，就形成了符合要求的透明板陣列I。
[0024]綜上所示:導熱材料制成的支撐板和透明板陣列，使得透明板和鏡面溫度一致，透明板在鏡面結露的同時也結露；透明板結露使得反射光在光通路上有更多的衰減，有利于反射光信號的變化幅度增加，提高了露點檢測儀的靈敏度和響應速度。
【權利要求】
1.基于MEMS芯片的露點檢測裝置，包括散熱片，固定在散熱片上的制冷機，貼合在制冷機上表面的鏡面，其特征在于:所述基于MEMS芯片的露點檢測裝置還包括:透明板陣列以及支撐板，所述支撐板通過微機械加工工藝制備在鏡面上，所述透明板陣列通過微機械加工工藝制備在支撐板上。
2.基于MEMS芯片的露點檢測裝置，包括散熱片，固定在散熱片上的制冷機，貼合在制冷機上表面的鏡面，其特征在于:所述基于MEMS芯片的露點檢測裝置還包括由“ π ”型透明板一體化成型的透明板陣列，所述“ η ”型透明板通過微機械加工工藝制備在鏡面上。
3.根據權利要求1或2所述的露點檢測裝置，其特征在于:透明板陣列由碳化硅或氮化鋁制成。
4.根據權利要求1所述的露點檢測裝置，其特征在于:所述支撐板由高導熱材料制成。
【文檔編號】B81B7/02GK103743783SQ201410007381
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權日:2014年1月8日
【發(fā)明者】劉清惓, 謝鐘鐳, 鄧俊, 張加宏 申請人:南京信息工程大學