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德科學(xué)家開發(fā)低成本、小尺寸的氣體感測(cè)器

發(fā)布日期：2014-06-26 瀏覽次數(shù) ：1020

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        氣體分析儀器是測(cè)量氣體成分的流程分析儀表。據(jù)了解，微電子技術(shù)研究機(jī)構(gòu)IHP-LeibnizInstitute以及德國(guó)航太研究中心(DLR)，合作開發(fā)了一種尺寸小巧、具成本小的氣體質(zhì)譜分析(gasspectroscopy)感測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)作于245GHz頻率;而該系統(tǒng)也是一套以矽鍺(SiGe)晶片制作發(fā)送與接收器的系統(tǒng)。

IHP-Leibniz表示，該機(jī)構(gòu)開發(fā)了一種具成本效益的方法來(lái)制造所需的SiGe半導(dǎo)體元件──也就是整合了天線的發(fā)送器與接收器晶片，運(yùn)作頻率再238GHz~252GHz;由于那些元件是采用標(biāo)準(zhǔn)矽制程技術(shù)，可利用現(xiàn)有半導(dǎo)體設(shè)備，因此能降低生產(chǎn)成本，并為氣體感測(cè)器建立一個(gè)迄今無(wú)法達(dá)成的格技術(shù)基礎(chǔ)。

新研發(fā)的氣體感測(cè)器具備龐大的應(yīng)用潛力，包括用以偵測(cè)有毒氣體，或是運(yùn)用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的化學(xué)制程控制;此外該類感測(cè)器也能應(yīng)用在醫(yī)療保健領(lǐng)域，例如藉由分析病患所呼出的氣體來(lái)協(xié)助偵測(cè)肺部疾病。

　　毫米波吸收光譜(Millimeterabsorptionspectroscopy)技術(shù)是已經(jīng)存在實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，應(yīng)用在分子光譜學(xué)(molecularspectroscopy)與無(wú)線天文學(xué)(radioastronomy)領(lǐng)域，判定分子的濃度

;傳統(tǒng)上該技術(shù)所使用的RF發(fā)射源──蕭特基二體與下行頻率乘法器(downstreamfrequencymultipliers)──都非常昂貴且笨重，雖然近幾年來(lái)也有一些商用毫米波頻率乘法器可做為RF發(fā)射源，體積也很小巧、但價(jià)格仍相對(duì)較高。

近一個(gè)美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)也開發(fā)出運(yùn)作頻率在210~270GHz的氣體質(zhì)譜分析系統(tǒng)，采用商用化的毫米波元件;不過(guò)這類系統(tǒng)的價(jià)格目前還是取決于高生產(chǎn)成本的毫米波元件。而理想化的解決方案是能利用以成熟的SiGe或CMOS制程生產(chǎn)的晶片，如此才能大幅降低系統(tǒng)成本。

IHP-Leibniz的研究人員所開發(fā)之SiGe接收器與發(fā)送器晶片原型，支援238~252GHz運(yùn)作頻率，范圍雖然較窄，但研究人員強(qiáng)調(diào)這只是原型晶片，接下來(lái)將會(huì)有性能更提升的版本。該機(jī)構(gòu)展示的系統(tǒng)利用一個(gè)光學(xué)試驗(yàn)臺(tái)(opticalbench)來(lái)承載發(fā)射與接收模組，有效天線增益是經(jīng)由一個(gè)透鏡來(lái)放大;進(jìn)行氣體質(zhì)譜量測(cè)時(shí)，一個(gè)尺寸約0.6m的氣體吸收單元(gasabsorptioncell)會(huì)被放置在發(fā)送器與接收器之間。接收器的IF訊號(hào)會(huì)利用一般商用實(shí)驗(yàn)室量測(cè)技術(shù)，被紀(jì)錄為發(fā)送頻率的一個(gè)函數(shù);研究人員在發(fā)送器與接收器都整合了本地振蕩器，其頻率藉由外部的PLL電路來(lái)穩(wěn)定。兩個(gè)PLL單元采用兩個(gè)具有恒定偏移的參考頻率，能在一次完整的掃描后為接收器建立一個(gè)恒定的中頻頻率，因此能根偵測(cè)到非常微小的振幅變化做為氣體吸收分析結(jié)果。

關(guān)于德國(guó)航空太空中心

德國(guó)航空太空中心（德語(yǔ)：Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., DLR）是德國(guó)的航太、能源與交通運(yùn)輸研究機(jī)構(gòu)。總部設(shè)在科隆，并有多個(gè)分支機(jī)構(gòu)在德國(guó)各地。DLR和許多或的單位合作從事廣泛的研究。德國(guó)航空太空中心同時(shí)也是德國(guó)的太空機(jī)構(gòu)。

DLR現(xiàn)有約6200人，并有29個(gè)研究機(jī)構(gòu)分散在全德國(guó)13個(gè)城市；在布魯塞爾、巴黎、華盛頓特區(qū)設(shè)有辦公室。DLR是ESA的主要資金貢獻(xiàn)者。

 DLR主要任務(wù)是地球與太陽(yáng)系探索，以及開發(fā)保護(hù)環(huán)境的科技、通訊、交通運(yùn)輸與能源。主要的研究重點(diǎn)是航空、航太、交通運(yùn)輸與能源。