微型多参数水质传感器芯片的设计及应用

作者：王鑫; 孙立宁; 施云波^*

来源：光学精密工程, 2020, 28(10): 2215-2226.

• 微机电系统
• 多参数传感器
• 氨氮
• 溶解氧
• 温度补偿

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。

• 单位
  苏州大学; 机电工程学院; 哈尔滨理工大学