基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115855815A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211561767.2(22)申请日2022.12.06(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人马向超贺伟明吴鑫李金泽张建奇(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211专利代理师汪海艳(51)Int.Cl.G01N21/01(2006.01)G01N21/552(2014.01)G01N21/31(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图2页(54)发明名称基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统(57)摘要本发明涉及一种气体传感器，尤其为一种基于LSPR效应的气体传感器、检测系统、方法及监控阵列系统。克服现有气体传感器无法同时检测不同种类气体以及响应速度慢、易受环境影响等的问题。传感器包括气室和固定在气室内部的探测基板；气室上开设通气口以及通光口；探测基板表面通过静电作用吸附有金纳米粒子。基于金纳米粒子的LSPR吸收特性，当周围的介质环境发生变化时，其吸收峰位置将会受到显著影响，建立吸收峰与周围环境介电常数之间的关系，并构建环境介电常数与环境中气体组分及组分含量数据库，利用检测获得的吸收峰位置可以直接反推出当前环境中的不同气体组分和含量，同时可以在环境变化后快速响应，实现气体成分的快速检测。CN115855815ACN115855815A权利要求书1/4页1.一种基于LSPR效应的气体传感器，其特征在于：包括气室(2)和固定在气室(2)内部的探测基板(1)；所述气室(2)上开设通气口(4)以及通光口(3)；所述通气口(4)为常开口，使得气室内气体环境和待测气体环境一致；所述通光口(3)用于激发光束通过，并入射至探测基板(1)；所述探测基板(1)为玻璃基板(11)，玻璃基板(11)表面通过静电作用吸附有金纳米粒子(12)。2.根据权利要求1所述的基于LSPR效应的气体传感器，其特征在于：所述金纳米粒子(12)的直径位于5‑30nm之间。3.根据权利要求2所述的基于LSPR效应的气体传感器，其特征在于：所述气室(2)包括平面底板及扣设在平面底板上的半椭球形壳体，所述探测基板(1)固定在平面底板的内侧；所述通气口(4)和通光口(3)均设置在半椭球形壳体上。4.一种基于LSPR效应气体传感器的气体检测系统，其特征在于：包括卤素光源(24)、权利要求1‑3任一所述基于LSPR效应的气体传感器(23)、光谱仪(22)及计算机(21)；所述卤素光源(24)用于提供LSPR激发所需要的光源；光束通过基于LSPR效应的气体传感器(23)气室的通光口(3)入射至探测基板(1)；所述基于LSPR效应的气体传感器(23)用于通过通气口(4)获得与待测环境相同的气体成分环境，在卤素光源(24)作用下，检测气室内气体组分和各组分含量；所述光谱仪(22)用于采集基于LSPR效应的气体传感器(23)的输出信号，将输出信号转化为光谱吸收数据，并将光谱吸收数据传输到计算机(21)中；所述计算机(21)用于分析光谱仪(22)获取到的光谱吸收数据，实时获取待测环境气体组分和各组分浓度。5.根据权利要求4所述的基于LSPR效应气体传感器的气体检测系统，其特征在于：还包括光纤束，光纤束的一端与卤素光源(24)连接，另一端插入基于LSPR效应的气体传感器(23)气室的通光口(3)，指向探测基板(1)。6.根据权利要求5所述的基于LSPR效应气体传感器的气体检测系统，其特征在于：所述卤素光源(24)的辐射总功率为1W，出射光线波长为200‑1800nm。7.一种基于LSPR效应气体传感器的气体检测方法，其特征在于：基于权利要求4‑6任一所述气体检测系统实现，包括以下步骤：步骤1、将基于LSPR效应的气体传感器(23)放置在空气环境中，获得在空气环境中的LSPR吸收峰位置，并与基准位置比较，进行校准；步骤2、将基于LSPR效应的气体传感器(23)置于待检环境，使得气室(2)环境与待检环境一致；步骤3、开启卤素光源(24)与光谱仪(22)，使光线可以入射到探测基板(1)上；步骤4、基于光谱仪(22)采集基于LSPR效应的气体传感器(23)的输出信号，将输出信号转化为光谱吸收数据，并将光谱吸收数据传输到计算机(21)中；步骤5、计算机(21)分析光谱仪(22)获取到的光谱吸收数据，将光谱吸收数据与预设数据库中数据进行匹配，将匹配度最高的一组数据作为待检测环境中气体组分和各组分浓度数据；并进行气体组分和各组分浓度的实时显示。8.根据权利要求7所述的基于LSPR效应气体传感器的气体检测方法，其特征在于，步骤5中所述预设数据库基于下述过程获取：2CN11585581