集成式气体传感器及其检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种集成式气体传感器及其检测装置。


背景技术：

2.气体传感器广泛应用于环境质量监测、有毒气体报警等多种场景中，不同场景下对于传感器体积和灵敏度的要求也不同，而小体积、高灵敏度、高抗干扰性的传感器往往可适应更多的场景需求。
3.现有的气体传感器体积较大，在很多应用场景下存在安装不方便的问题。同时，现有气体传感器只能检测单一气体成分，当应用场景需要实现多种气体检测时则需要同时安装多个传感器，这进一步增加了传感器的占用空间，且整体功耗较大。此外，现有气体传感器的数据输出多为模拟量，容易受到环境电磁噪声的干扰，影响数据准确性。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
5.本实用新型提供一种集成式气体传感器，包括：
6.基板，所述基板具有相背离的第一面及第二面；
7.微控制芯片，设置于所述基板的第一面；
8.气体检测芯片，设置于所述基板的第二面；以及
9.电子电路，蚀刻在基板上用于连接微控制芯片与气体检测芯片；
10.所述气体检测芯片为mems气体传感器芯片；所述气体检测芯片设置有多个，多个所述气体检测芯片分别对不同的单一气体敏感。
11.进一步地，所述气体检测芯片设置有四个；四个所述气体检测芯片分别为二氧化氮气体检测芯片、乙醇气体检测芯片、挥发性有机化合物气体检测芯片及一氧化碳气体检测芯片。
12.进一步地，所述二氧化氮气体检测芯片可测量2～500ppm的二氧化氮气体；所述乙醇气体检测芯片可测量1～500ppm的乙醇气体；所述挥发性有机化合物气体检测芯片可测量1～500ppm的挥发性有机化合物气体；所述一氧化碳气体检测芯片，可测量5～5000ppm的一氧化碳气体。
13.进一步地，所述气体检测芯片采用陶瓷封装外壳。
14.进一步地，所述基板的第二面还设置有与微控制芯片连接的板对线接口。
15.进一步地，所述基板的第一面还设置有与微控制芯片连接的低压差稳压芯片。
16.进一步地，所述基板为阻燃覆铜箔环氧e玻纤布层压板。
17.进一步地，所述气体检测芯片的尺寸在4.5mm
×
4.5mm
×
1mm～5.5mm
×
5.5mm
×
2mm之间。
18.进一步地，所述基板的尺寸在18mm
×
18mm～22mm
×
22mm之间。
19.基于此，本实用新型同时还提供一种检测装置，包括：
20.壳体；以及
21.设置于所述壳体内的气体传感器，所述气体传感器为如上任一项所述的集成式气体传感器。
22.本实用新型的有益效果是：通过于基板的第一面设置微控制芯片并于基板的第二面设置多个与微控制芯片连接的气体检测芯片，各气体检测芯片之间独立工作，各气体检测芯片的数据也是通过独立电子电路输出，避免了多个气体检测芯片之间的相互干扰，保证数据的准确性；通过采用mems气体传感器芯片，使得整个集成式气体传感器的占用空间更小，安装更方便；通过将多个对不同单一气体敏感的传感器芯片安装到基板上，满足不同场景下对于传感器的要求；通过设置所述板对线接口，将数据传输给外部模块或上位机，连接方便，数据传输稳定准确安全。
附图说明
23.图1为本实用新型的集成式气体传感器的第一面的结构示意图。
24.图2为本实用新型的集成式气体传感器的第二面的结构示意图。
25.图3为本实用新型的集成式气体传感器的的框架图。
26.附图标记：
27.10-基板；20-微控制芯片；30-气体检测芯片；31-二氧化氮气体检测芯片；32-乙醇气体检测芯片；33-挥发性有机化合物气体检测芯片；34-一氧化碳气体检测芯片；40-板对线接口；50-低压差稳压芯片。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语
在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触；而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征；第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
33.下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
34.请参考图1～3，本实用新型提供一种集成式气体传感器及其检测装置，所述集成式气体传感器包括基板10、微控制芯片20、气体检测芯片30及电子电路，所述检测装置包括壳体，以及设置于壳体内的气体传感器，所述气体传感器为本实用新型所述的集成式气体传感器。
35.所述基板10用于承载微控制芯片20及气体检测芯片30等电子器件。本实用新型实施例中，所述基板10为阻燃覆铜箔环氧e玻纤布层压板。为实现所述集成式气体传感器的整体微型化，所述基板10的尺寸设置在15mm
×
15mm～25mm
×
25mm之间。本实用新型实施例中，所述基板10的尺寸优选设置为20mm
×
20mm。
36.所述微控制芯片20设置于基板10的第一面，作为整个集成式气体传感器的控制系统及数据处理系统。
37.所述气体检测芯片30设置于基板10的第二面，所述气体检测芯片30为mems气体传感器芯片，所述气体检测芯片30的尺寸在4mm
×
4mm
×
1mm～6mm
×
6mm
×
2mm之间。本实用新型实施例中，所述气体检测芯片30的尺寸优选设置为5mm
×
5mm
×
1.5mm。
38.如图2所示，所述气体检测芯片30设置有多个，多个所述气体检测芯片30分别对不同的单一气体敏感。作为一种优选的实施例，所述气体检测芯片30设置有四个，分别为二氧化氮气体检测芯片31、乙醇气体检测芯片32、挥发性有机化合物气体检测芯片33及一氧化碳气体检测芯片34。四个不同的气体检测芯片30以矩形阵列的方式排布于基板10的第二面。
39.本实用新型实施例中，所述二氧化氮气体检测芯片31采用型号为gm-102b的mems二氧化氮气体传感器芯片，可测量2～500ppm的二氧化氮气体；所述乙醇气体检测芯片32又称酒精检测芯片，采用型号为gm-302b的mems酒精气体传感器芯片，可测量1～500ppm的乙醇气体；所述挥发性有机化合物气体检测芯片33采用型号为gm-502b型号的memsvoc气体传感器芯片，可测量1～500ppm的挥发性有机化合物气体；所述一氧化碳气体检测芯片34采用型号为gm-702b型号的一氧化碳气体传感器芯片，可测量5～5000ppm的一氧化碳气体。
40.进一步地，本实用新型实施例中，各个所述气体检测芯片30均采用陶瓷封装外壳，再使用表面贴装工艺贴在基板10的第二面上。
41.所述电子电路蚀刻在基板10上，用于连接微控制芯片20与各个气体检测芯片30。本实用新型实施例中，四个所述气体检测芯片30输出信号均为模拟量数据，所述模拟量数据通过设置在基板10上的电子电路传输给微控制芯片20后，所述微控制芯片20通过模拟量转数字量转换电路，将模拟量数据转换为可识别的数字量信号。
42.所述基板10的第二面还设置有与微控制芯片20电连接的板对线接口40，用于连接
外部模块或上位机。本实用新型实施例中，所述微控制芯片20自带的程序将数字量信号编码为串行通信协议信号，并通过所述板对线接口40传输给外部模块或上位机。所述板对线接口40优选设置为grove接口。
43.请继续参考图2，所述基板10的第一面还设置有与微控制芯片20连接的低压差稳压芯片50，本实用新型实施例中，所述低压差稳压芯片50设置有两个。
44.本实用新型的集成式传感器，通过于基板10的第一面设置微控制芯片20并于基板10的第二面设置多个与微控制芯片20连接的气体检测芯片30，各气体检测芯片30之间独立工作，各气体检测芯片30的数据也是通过独立电子电路输出，避免了多个气体检测芯片30之间的相互干扰，保证数据的准确性；通过设置采用微机电系统(mems)的气体传感器芯片，将多个对不同单一气体敏感的传感器芯片安装到基板10上，再于所述基板10上蚀刻电子电路，从而实现将气体浓度信号转化为电信号输出的目的；由于mems可以将原本庞大的气体传感器缩小到一颗集成芯片大小，每个气体检测芯片30的占用空间小，进而使得整个集成式气体传感器的占用空间更小，安装更方便；同时，由于采用mems微机电系统技术，将单个所述气体检测芯片30的体积缩小，在所述气体检测芯片30预热和工作过程中，只需要提供15～20毫安的电流就可以保证正常工作，有效降低了整体功耗；通过设置所述板对线接口40，将数据传输给外部模块或上位机，连接方便，数据传输稳定准确安全。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
46.以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。