專利名稱：微型光離子化傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測易揮發(fā)性有機化合物的器件。具體地說，涉及一種基 于光離子化原理的微型傳感器。
背景技術(shù)：
光離子化技術(shù)就是利用光電離檢測器來電離和檢測特定的易揮發(fā)性有機化 合物。光電離檢測器可以探測那些氣體電離勢能在紫外光源輻射能量水平之下 的氣體，其高能紫外輻射可使空氣中大多數(shù)有機物和部分無機物電離，但仍保
持空氣中的基本成分如N2、 02、 C02、仏0等不被電離(這些物質(zhì)的電離電位大于 lleV)。
微型光離子化傳感器由紫外燈光源和電離室等主要部i構(gòu)成。電離室內(nèi)的 極化電極和收集電極之間形成電場，待測氣體在紫外燈的照射下，電離成帶正 電的離子和帶負電的電子，在電場作用下，分別向兩極漂移、撞擊，引起收集 電極的感應(yīng)電荷量發(fā)生變化，從而形成可被檢測到的微弱離子電流，經(jīng)放大輸 出信號。微型光離子化傳感器靈敏度高、無中毒問題、安全可靠，隨著科技的 發(fā)展，已經(jīng)成為實時檢測污染、痕量檢測和環(huán)境保護等方面的有力工具。
傳統(tǒng)的微型光離子化傳感器大多釆用獨立供電的多電源系統(tǒng)供電，系統(tǒng)體 積龐大；氣路系統(tǒng)比較復(fù)雜，電離室體積大，系統(tǒng)功耗較大，不利于系統(tǒng)的微 型化，從而限制了微型光離子化傳感器的使用范圍。
國內(nèi)外光離子化傳感器的廠商情況基本如下
1) 美國Baseline公司推出的小型VOC光離子化傳感器，2005年前后進入 我國巿場；
2) 英國離子公司也推出了自己的小型光離子化傳感器。 但以上兩種傳感器均未在我國得到廣泛應(yīng)用。美國Baseline公司推出的傳
感器響k時間較長，靈敏度低，不能滿足現(xiàn)場應(yīng)急需要；英國離子公司的傳感器體積大，功耗高，不利于安裝攜帶。而且兩種傳感器沒有分離系統(tǒng)，只能給 出模糊測試結(jié)果，其應(yīng)用具有局限性。
目前國內(nèi)光離子化傳感器的研究有了較大發(fā)展，但是針對潛在泄漏事故的 防范及處理控制技術(shù)研究較少，使用的光離子化傳感器還存在著體積大，功耗 大，成本高等缺點，缺少一種微型化的、低功耗的氣體傳感檢測設(shè)備來滿足需 要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微型光離子化傳感器，以解決目前光離子化傳感 器體積大、質(zhì)量大的問題。
本發(fā)明提供的微型光離子化傳感器包括一個紫外光源、 一個電離室和一個 驅(qū)動電路， 一起裝入一個設(shè)有進氣通道的圓柱形外殼中，其中
所述的電離室為一個由接地電極板、收集電極板和偏置電極板相互平行組 成的復(fù)合電極，且收集電極板位于接地電極板與偏置電極板之間，各電極板之 間以聚四氟乙烯板間隔，并在電離室上垂直于電極板方向貫通有若干個進氣通 道，接地電極板與驅(qū)動電路的地線連接，收集電極板連接微電流放大器，偏置
電極板接入驅(qū)動電路中；
所述紫外光源位于電離室的接地電極板一側(cè)，對正進氣通道，包括有一個 無極紫外燈和一對激發(fā)電極，激發(fā)電極緊挨無極紫外燈的側(cè)壁，通過引線與驅(qū) 動電路連接；
所述的驅(qū)動電路包含一個微型變壓器B，微型變壓器B的次級線圈Ll與無
極紫外燈的激發(fā)電極連接，次級線圈Ll上的另外一個接頭通過二極管Dl連接
偏置電極板。
進一步地，所述的接地電極板、收集電極板和偏置電極板可以直接電鍍在 聚四氟乙烯板上。
本發(fā)明中的激發(fā)電極釆用銅紙制作，形狀為矩形，在激發(fā)電極上還可以包
4裹有絕緣黃金紙，以防止高壓電泄漏。
本發(fā)明的紫外光源選用功耗低、體積小的真空無極紫外燈，燈的發(fā)光窗口
直徑與電離室直徑相同，緊貼電離室，光子能量為10.6eV,大于一般的有機氣
體電離能，小于氮氣、氧氣電離能，因此能以大氣作為載氣，不用對樣品進行 分離，真正做到了傳感器的微型化。
所述的驅(qū)動電路包括無極紫外燈驅(qū)動電路和偏置驅(qū)動電路，分別向紫外光 源提供驅(qū)動交流高壓信號和詢偏置電極板提供直流高壓偏置信號。驅(qū)動電路的
輸入電壓為iov。
本發(fā)明的微型光離子化傳感器外殼頂部及電離室進氣口均為微型孔，從而 可減少高速氣流對傳感器的影響。電離室釆用一體化封裝技術(shù)，無需打開氣路 的任何部分就能與電氣系統(tǒng)分離，易于氣路系統(tǒng)整體密封凈化處理和老化，氣 密性好，可減少由于污染引起的儀器輸出背景和噪聲。
檢測樣品進入電離室后被真空紫外燈離子化，本發(fā)明的微型光離子化傳感 器設(shè)計為將所有樣品盡可能處于真空紫外燈有效射程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，整個光窗都被 用作有效的離子化區(qū)域，有效利用了紫外光源，進一步提高了離子化效率。
傳感器外殼釆用金屬外殼，既提高了傳感器的可靠性，同時也提高了傳感 器的抗干擾能力。
本發(fā)明微型光離子化傳感器的應(yīng)用范圍非常廣泛，可以用于有機氣體濃度 的檢測，也可以用于各類使用、生產(chǎn)、存儲、運輸各類有機化合物企業(yè)的安全 衛(wèi)生檢測，同時還可用于環(huán)保行業(yè)的應(yīng)急事故、工業(yè)衛(wèi)生咨詢、公安檢査、防 化等各個領(lǐng)域。


圖l為本發(fā)明微型光離子化傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明微型光離子化傳感器的外部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明微型光離子化傳感器驅(qū)動電路部分的電路圖。
具體實施例方式
微型光離子化傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有一個紫外光源5、 一個電離室4和一個驅(qū)動電路8。
所述電離室4包含有三個電極板接地電極板3、收集電極板2和偏置電極板l,電極板選用不銹鋼或合金制作，厚度小于O. 5mm。三個電極板相互平行地采用直接電鍍在聚四氟乙烯板15上的方式嵌入聚四氟乙烯板15內(nèi)部，從上至下依次為偏置電極板l、收集電極板2和接地電極板3，組成復(fù)合電極，且接地電極板3與收集電極板2之間的距離小于3mm。在電離室4上垂直于電極板方向貫通有若干個規(guī)則的進氣通道6。電離室4釆用一體化技術(shù)封裝制作，三個電極板只保留在進氣通道6部分裸露，整個電離室具有良好的氣密性。
其中，接地電極板3與驅(qū)動電路8的地線連接，收集電極板2連接微電流放大器7的正向輸入端，微電流放大器7的反向輸入端接地。偏置電極板1接入驅(qū)動電路8中。
紫外光源5由一個無極紫外燈9和一對激發(fā)電極10組成，位于電離室4的接地電極板l一側(cè)，對正進氣通道6，激發(fā)電極IO釆用銅紙做成，緊挨無極紫外燈9的側(cè)壁，并釆用絕緣黃金紙包裹，以防止高壓電泄漏。紫外光源5的窗口采用氟化鎂材料制成。
激發(fā)電極10分別通過引線與驅(qū)動電路8連接。
驅(qū)動電路8的電路如圖3所示，包括有無極紫外燈驅(qū)動電路和偏置驅(qū)動電路，電路的輸入電壓為IOV。該電路主要包含一個微型變壓器B，微型變壓器B的次級線圈Ll與無極紫外燈9的激發(fā)電極10連接，次級線圈Ll上的另外一個
接頭通過二極管Dl連接偏置電極板1。
該電路中，電容C1和電容C2對10V輸入電壓進行退耦，電阻R3起著限流的作用，以防止微型變壓器B燒毀。微型變壓器B的匝數(shù)比為1 : 40，使10V輸入電壓放大約40倍。三極管VT1構(gòu)成反饋電路，保持輸出電壓穩(wěn)定。二極管D1和電容C4將該接頭處的輸出電壓整流濾波成直流電壓，為偏置電極板1提供偏壓，在收集電極板2和偏置電極板1之間形成使離子定向運動的電場。
圖2所示為本發(fā)明微型光離子化傳感器的外部結(jié)構(gòu)示意圖。微型光離子化
傳感器的外殼ll釆用金屬外殼，整體呈圓柱狀，提高了傳感器的可靠性。其頂
端的進氣通道16與電離室4的進氣通道6相一致，在底端設(shè)有三根接線柱12、13和14,分別作為10V外接電壓、地線和信號輸出的接線柱。本發(fā)明微型光離子化傳感器的工作過程是
經(jīng)驅(qū)動電路8放大的工作電壓通過激發(fā)電極10加在無極紫外燈9上，該髙壓交流電電離無極紫外燈9內(nèi)的稀有氣體，輝光放電，發(fā)出IO. 6eV紫外光，電離進氣通道6內(nèi)的待測氣體樣品，其電離方程為
M (molecule) +photon = M++ e—(electron)
偏置電極板1連接驅(qū)動電路8,在偏置電極板1與收集電極板2之間的電場作用下，正電荷向收集電極板2運動，在收集電極板2上形成微弱的電流，經(jīng)微電流放大器7放大后輸出。 一定濃度的氣體對應(yīng)一定大小的電流，從而可以計算出待測氣體樣品的濃度。
權(quán)利要求
1、一種微型光離子化傳感器，包括一個紫外光源(5)、一個電離室(4)和一個驅(qū)動電路(8)，其特征在于所述電離室(4)為一個由接地電極板(3)、收集電極板(2)、偏置電極板(1)相互平行組成的復(fù)合電極，且收集電極板(2)位于接地電極板(3)與偏置電極板(1)之間，各電極板之間以聚四氟乙烯板(15)間隔，并在電離室(4)上垂直于電極板方向貫通有若干個進氣通道(6)，接地電極板(3)與驅(qū)動電路(8)的地線連接，收集電極板(2)連接微電流放大器(7)，偏置電極板(1)接入驅(qū)動電路(8)中；所述紫外光源(5)位于電離室(4)的接地電極板(1)一側(cè)，對正進氣通道(6)，包括有一個無極紫外燈(9)和一對激發(fā)電極(10)，激發(fā)電極(10)緊挨無極紫外燈(9)的側(cè)壁，通過引線與驅(qū)動電路(8)連接；所述的驅(qū)動電路(8)包含一個微型變壓器B，微型變壓器B的次級線圈L1與無極紫外燈(9)的激發(fā)電極(10)連接，次級線圈L1上的另外一個接頭通過二極管D1連接偏置電極板(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型光離子化傳感器，其特征是所述的接地電極板(3)、收集電極板(2)和偏置電極板(1)直接電鍍在聚四氟乙烯板(15)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型光離子化傳感器，其特征是所述的激發(fā)電極(10)釆用銅紙制作，形狀為矩形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型光離子化傳感器，其特征是所述的激發(fā)電極(10)釆用絕緣黃金紙包裹。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型光離子化傳感器，其特征是所述的驅(qū)動電路(8)的輸入電壓為IOV。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型光離子化傳感器，其特征是所述的微型光離子化傳感器裝入一個圓柱形的外殼(11)中，且在外殼(11)上相應(yīng)設(shè)有進氣通道(16)。
全文摘要
一種微型光離子化傳感器，包括紫外光源、電離室和驅(qū)動電路，電離室為由接地電極板、收集電極板和偏置電極板相互平行組成的復(fù)合電極，各電極板之間以聚四氟乙烯板間隔，并在垂直于電極板方向貫通有若干個進氣通道。紫外光源位于電離室接地電極板一側(cè)，對正進氣通道。接地電極板與驅(qū)動電路的地線連接，收集電極板連接微電流放大器，偏置電極板接入驅(qū)動電路中。本發(fā)明的微型光離子化傳感器可以用于各個領(lǐng)域的有機氣體濃度檢測。
文檔編號G01N27/66GK101504388SQ200910073958
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者俊 劉, 孫瑞霞, 張文棟, 李珺泓, 庭 梁, 熊繼軍, 范秋生, 薛晨陽, 譚秋林 申請人:中北大學(xué)