一种烟气烟尘检测多传感器阵列

1.一种烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，包括电路板以及位于所述电路板的多只三电极传感器；各所述三电极传感器均包括阴极板(3)、引出极板(2)和收集极板(1)，所述引出极板(2)位于所述阴极板(3)与收集极板(1)之间，且阴极板(3)、引出极板(2)和收集极板(1)平行布置，所述引出极板(2)分别与阴极板(3)和收集极板(1)之间的极间距L相同，所述引出极板(2)分别与阴极板(3)和收集极板(1)之间均通过绝缘层(4)隔离绝缘；所述阴极板(3)上开设有阴极孔(7)，所述阴极板(3)的内侧设有金属薄膜(6)和硅微米柱(5)；
所述引出极板(2)上设有引出孔(8)，所述引出极板(2)的两侧均设有金属薄膜(6)，且与阴极板(3)相对的一侧设有硅微米柱(5)；所述收集极板(1)的内表面设有金属薄膜(6)和硅微米柱(5)，且内表面中心位置设有收集极槽(9)；相邻三电极传感器的阴极板(3)之间连接，相邻三电极传感器的引出极板(2)之间连接；各三电极传感器中的极间距L均不相同。
2.根据权利要求1所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述阴极板(3)、引出极板(2)和收集极板(1)均为单晶硅极板。
3.根据权利要求1或2所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述金属薄膜(6)为Cr‑Au薄膜。
4.根据权利要求3所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述Cr薄膜10nm，Au薄膜100nm。
5.根据权利要求1或2所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述绝缘层(4)为聚酯薄膜绝缘层。
6.根据权利要求1或2所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，相邻三电极传感器的阴极板(3)之间通过金线(10)连接，相邻三电极传感器的引出极板(2)之间通过金线(10)连接。
7.根据权利要求1或2所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述阴极板(3)、引出极板(2)和收集极板(1)均键合有金线(10)，作为引线与电路板上的焊点相连。
8.根据权利要求1或2所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述三电极传感器的数量为四个，对应的极间距分别为130μm、140μm、150μm和160μm。
9.根据权利要求1或2所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，所述硅微米柱(5)的单根尺寸为直径10μm、高度60μm。
10.根据权利要求9所述的烟气烟尘检测多传感器阵列，其特征在于，相邻硅微米柱(5)之间的间距为20μm。

一种烟气烟尘检测多传感器阵列
技术领域
[0001] 本实用新型主要涉及气体检测技术领域，具体涉及一种烟气烟尘检测多传感器阵列。
背景技术
[0002] 火力发电煤炭燃烧时产生的大量有毒有害气体及烟尘颗粒物是造成大气环境污染的主要因素，随着火电厂超低排放目标的实现以及人们对生活环境质量要求的提高，工业企业对各种有毒有害气体的准确检测，以及对工业排放的废气、环境污染物的检测都提出了更高的要求，这就需要加强对气态污染物和颗粒物的检测。目前用于烟气检测的传感器在不分离多个被测量的情况下，无法对烟气污染物中气体及颗粒物同时检测，在检测时也无法消除其他气体与不同粒径颗粒物带来的交叉干扰，这严重影响了检测的准确性与稳定性。
实用新型内容
[0003] 本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种结构简单、可同时检测不同气体或颗粒物的烟气烟尘检测多传感器阵列。
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
[0005] 一种烟气烟尘检测多传感器阵列，包括电路板以及位于所述电路板的多只三电极传感器；各所述三电极传感器均包括阴极板、引出极板和收集极板，所述引出极板位于所述阴极板与收集极板之间，且阴极板、引出极板和收集极板平行布置，所述引出极板分别与阴极板和收集极板之间的极间距L相同，所述引出极板分别与阴极板和收集极板之间均通过绝缘层隔离绝缘；所述阴极板上开设有阴极孔，所述阴极板的内侧设有金属薄膜和硅微米柱；所述引出极板上设有引出孔，所述引出极板的两侧均设有金属薄膜，且与阴极板相对的一侧设有硅微米柱；所述收集极板的内表面设有金属薄膜和硅微米柱，且内表面中心位置设有收集极槽；相邻三电极传感器的阴极板之间连接，相邻三电极传感器的引出极板之间连接；各三电极传感器中的极间距L均不相同。
[0006] 作为上述技术方案的进一步改进：
[0007] 所述阴极板、引出极板和收集极板均为单晶硅极板。
[0008] 所述金属薄膜为Cr‑Au薄膜。
[0009] 所述Cr薄膜10nm，Au薄膜100nm。
[0010] 所述绝缘层为聚酯薄膜绝缘层。
[0011] 相邻三电极传感器的阴极板之间通过金线连接，相邻三电极传感器的引出极板之间通过金线连接。
[0012] 所述阴极板、引出极板和收集极板均键合有金线，作为引线与电路板上的焊点相连。
[0013] 所述三电极传感器的数量为四个，对应的极间距分别为130μm、140μm、150μm和160μm。
[0014] 所述硅微米柱的单根尺寸为直径10μm、高度60μm。
[0015] 相邻硅微米柱之间的间距为20μm。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
[0017] 本实用新型利用高场强产生气体放电过程，促使气体发生电离反应，被测气体/颗粒物类型及浓度的变换会导致放电参数的变化，根据此场致特性可以实现烟气污染物的检测，以传感器极间距为特征参量，由不同极间距的传感器组成传感器阵列，在无需分离混合烟气污染物的前提下，因不同极间距的三电极电离式硅微米柱传感器对目标被测量的灵敏度不同，以及非目标被测量对目标被测量检测的交叉灵敏度的区别，传感器阵列可同时对多参量烟气污染物检测，实现了对烟气污染物中气体及颗粒物的单一及同时检测。该传感器阵列结构简单，灵敏度高，准确度好，迟滞小，量程宽，可以同时检测PM10/PM2.5/NH3/SO2，在烟气污染物检测领域具有巨大的应用潜力。
附图说明
[0018] 图1为本实用新型在实施例的结构示意图。
[0019] 图例说明：1、收集极板；2、引出极板；3、阴极板；4、绝缘层；5、硅微米柱；6、金属薄膜；7、阴极孔；8、引出孔；9、收集极槽；10、金线。
具体实施方式
[0020] 以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
[0021] 如图1所示，本实用新型实施例的烟气烟尘检测多传感器阵列，包括电路板(图中未示出)以及位于电路板的多只三电极传感器；各三电极传感器均包括阴极板3、引出极板2和收集极板1，引出极板2位于阴极板3与收集极板1之间，且阴极板3、引出极板2和收集极板
1平行布置，引出极板2分别与阴极板3和收集极板1之间的极间距L相同，引出极板2分别与阴极板3和收集极板1之间均通过绝缘层4隔离绝缘；
[0022] 其中阴极板3的内表面溅射的金属薄膜6和硅微米柱5，阴极板3上开设有阴极孔7，烟气借此扩散进入传感器内部；阴极板3与相邻传感器的阴极板3之间通过金线10连接；
[0023] 引出极板2的两面均溅射有金属薄膜6，且与阴极地相对的一侧设有硅微米柱5，引出极板2上开设有引出孔8，以便正离子进入引出极板2与收集极板1之间的空间；引出极板2与相邻传感器的引出极板2之间通过金线10连接；
[0024] 收集极板1的内表面溅射有金属薄膜6和硅微米柱5，极板中心制造有一长方形收集极槽9，以收集通过引出极板2上引出孔8的正离子；
[0025] 相邻三电极传感器的阴极板3之间连接，相邻三电极传感器的引出极板2之间连接；各三电极传感器中的极间距L均不相同。
[0026] 在具体使用时，该传感器阵列利用高场强产生气体放电过程，促使气体发生电离反应，被测气体/颗粒物类型及浓度的变换会导致放电参数的变化，根据此场致特性可以实现烟气污染物的检测，以传感器极间距为特征参量，由不同极间距的传感器组成传感器阵列，在无需分离混合烟气污染物的前提下，因不同极间距的三电极电离式硅微米柱传感器对目标被测量的灵敏度不同，以及非目标被测量对目标被测量检测的交叉灵敏度的区别，传感器阵列可同时对多参量烟气污染物检测，实现了对烟气污染物中气体及颗粒物的单一及同时检测。该传感器阵列结构简单，灵敏度高，准确度好，迟滞小，量程宽，可以同时检测PM10/PM2.5/NH3/SO2，在烟气污染物检测领域具有巨大的应用潜力。
[0027] 在一具体实施例中，各极板材料为单晶硅，硅的电子发射特性较好，并且单晶硅的物理性质非常稳定，耐腐蚀，因此十分适合制作极板以及阴极发射材料。
[0028] 在一具体实施例中，三电极传感器的数量为四个，极间距分别为130μm、140μm、150μm和160μm。当然，在其它实施例中，也可以根据实际情况选择不同数量和极间距的传感器。
具体地，相邻极板之间通过聚酯薄膜绝缘材料进行绝缘隔离控制极间距，且聚酯薄膜绝缘材料厚度一致；在各极板组装好后，用绝缘胶进行固定，得到组装好的传感器基本结构，控制聚脂薄膜绝缘材料的厚度制备不同极间距的传感器。
[0029] 在一具体实施例中，金属薄膜6为Cr‑Au薄膜，其中Cr有利于粘合Au薄膜和硅片，其中Cr薄膜10nm，Au薄膜100nm。另然硅微米柱5单根尺寸为直径10μm、高度60μm、间隔20μm，在一块10μm×10μm大小的面积上仅有一根硅微米柱5，微米级的尺寸结构具有较强的结构稳定性，制备工艺相对简单，并且有效发射面积相对较多，因此选择硅微米柱5结构的阴极发射材料。另外，使用金线10键合机在传感器的阴极板3、引出极板2和收集极板1上预留的键合位置，分别键合上金线10作为传感器的输入输出导线，相邻传感器的阴极板3和引出极板
2通过金线10相连，传感器也可通过金线10与电路板上的焊点相连，便于传感器阵列的安装与使用，阵列中两只传感器阴极板3共同接地，引出极板2接脉冲激励，收集极板1施加10V直流电压。
[0030] 工作原理：烟气烟尘颗粒物通过扩散作用进入传感器，在外加脉冲激励的作用下，硅微米柱5尖端发射高能电子，在阴极板3与引出极板2间电场的作用下向引出极板2运动，在运动过程中积蓄能量与气体分子碰撞使气体分子电离，产生大量正离子，一部分正离子与放电空间内的微纳颗粒物碰撞，使颗粒物荷电，气体及颗粒物正离子在浓度梯度差产生的扩散作用在，穿过引出孔8，运动至引出极板2和收集极板1之间，在引出极板2‑收集极板1间电场的作用下，运动至收集极板1的收集极槽9被收集形成收集电流，基于正离子和被测量的一一对应关系，通过收集电流即可检测气体和颗粒物浓度，根据具有不同极间距的传感器对不同烟气烟尘被测量的敏感特性不同的原理，四只不同极间距传感器组成的烟气烟尘检测多传感器阵列可以实现多参量同时检测。
[0031] 以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

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