微型多参数水质传感器芯片的设计及应用

发布时间：2021-11-06 14:27

　　针对目前水质参数传感器测量功能单一,且受环境温度影响大等问题,提出了一种具有温度补偿功能的多参数水质传感器芯片。该传感器芯片是使用微机电系统（MEMS）技术制造的,芯片表面集成了pH传感器、DO传感器、氨氮传感器和温度传感器。为实现温度补偿,芯片还设计了一种夹心板式蛇形Pt电阻加热器。同时设计了与芯片相适应的微流控测试腔,以实现水样测量。采用有限元稳态热分析对4种加热器热传递过程进行分析,得到合理的芯片结构布局,通过MEMS工艺制作出传感器芯片。采用自制的恒电位仪测试电路,对传感器芯片性能进行了测试。实验结果表明,pH传感器具有0.288 mA/pH的高灵敏度;溶解氧（DO）传感器的灵敏度为2.22μA/(mg·L^-1);氨氮传感器的灵敏度为0.113 9 mA/(mg·L^-1);温度传感器的灵敏度为0.949Ω/℃;加热器的功率和温度变化灵敏度为0.312 6℃/mW。与单个水质参数传感器相比,该传感器芯片体积小、坚固耐用,能够同时检测水样的多种参数,且温度补偿效果较好。 

【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

恒电位仪与传感器封装图

DO传感器的电流响应

传感器结构包含3个三电极阵列(氨氮传感器、pH传感器、DO传感器)和1个Pt电阻温度传感器(图1(a))。电极阵列的三电极包括1个工作电极、1个对电极和1个参比电极。3个传感器的工作电极使用不同的敏感材料修饰,DO传感器的工作电极为Au基底,未加修饰;氨氮传感器的工作电极采用PANI/Cu修饰;pH传感器的工作电极采用PANI/CuO修饰。考虑到温度对参数测量的影响,制备了夹心式蛇形加热器,用SiO2绝缘层将它与电极层和Si基底隔离开(图1(b))。图1 传感器芯片结构示意图

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3479999