(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210967070.9 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 数量级 （上海） 信息技 术有限公司 地址 201103 上海市闵行区紫 秀路100号4 幢8B室 (72)发明人 王海伟　丁宇星　程爱军　刘文豪　 范树平　 (74)专利代理 机构 上海愉腾 专利代理事务所 (普通合伙) 31306 专利代理师 唐海波 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种光电共集成激光光谱传感技术及核心 模组 (57)摘要 本发明公开了一种光电共集成激光光谱气 体传感模组， 包括一电路基板， 集成有传感器电 路； 一激光发射单元， 耦接于 所述电路基板； 一光 电探测单元， 耦接于所述电路基板； 电路基板、 激 光发射单元和光电探测单元构成具有完整检测 功能的传感器模组， 所述激光发射单元所发射的 激光穿过待检测气体后直接或经反射后由光电 探测单元接收。 激光发射单元、 光电探测单元的 结构更简化， 免去复杂的人工校准， 传感器光电 电路与器件均集成在电路基板上， 集成度更高， 便于批量自动化生产， 有效降低成本； 核心模组 更简化， 降低激光 光谱气体传感器的开发难度。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 115308131 A 2022.11.08 CN 115308131 A 1.一种光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 包括一电路基板(1)， 集成有 传感器电路(11)； 一激光发射单元(2)， 耦接于所述电路基板(1)； 一光电探测单元(3)， 耦接 于所述电路基板(1)； 所述激光 发射单元(2)所发射的激光直接或经反射后由光电探测单元 (3)接收。 2.根据权利要求1所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 还包括气室 罩壳(4)； 所述电路基板(1)与气室罩壳(4)固接并形成具有中空腔体的气室； 所述气室为对 射式或反射式。 3.根据权利要求1所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 所述激光发 射单元(2)包括激光器芯片(21)、 第一热沉(22)和制冷器(23)； 所述激光器 芯片(21)共晶贴 装于热沉一侧； 所述热沉另一侧粘接于制冷器(23)一侧； 所述制冷器(23)另一侧粘接于电 路基板(1)表面。 4.根据权利要求3所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 所述激光发 射单元(2)还包括第一转接基板(24)； 所述制冷器(23)与电路基板(1)之间通过第一转接基 板(24)连接 。 5.根据权利要求1所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 所述光电探 测单元(3)包括光电探测器芯片(31)和第二热沉(32)； 所述光电探测器芯片(31)共晶贴装 于第二热沉(32)一侧； 所述第二热沉(32)另一侧粘接 于电路基板(1)表面。 6.根据权利要求5所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 所述光电探 测单元(3)还包括第二转接基板(33)； 所述第二热沉(32)与电路基板(1)之间通过第二转接 基板(33)连接。 7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在 于， 当气室为对射式时， 激光发射单元(2)与光电探测单元(3)位于气室两端并相对设置， 激 光发射单元(2)发射的激光直接由光电探测单元(3)接收； 所述激光发射单元(2)与光电探 测单元(3)表面设置有密封光窗(6)。 8.根据权利要求1至6中任意一项所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在 于， 当气室为反射式时， 激光发射单元(2)与光电探测单元(3)设置于所述气室的同一侧， 气 室另一侧设置有反射镜(5)； 激光发射单元(2)发射的激光经反射镜(5)反射后由光电探测 单元(3)接收； 所述激光发射单 元(2)与光电探测单 元(3)表面设置有密封光窗(6)。 9.根据权利要求1所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 所述传感器 电路(11)至少包括前置放大电路、 激光 驱动电路、 制冷器温控电路、 AD信号采集电路、 MCU控 制芯片、 信号处 理电路、 温度传感器、 气压传感器、 电源芯片和通信接口电路。 10.根据权利要求1所述的光电共集成激光光谱气体传感模组， 其特征在于， 所述电路 基板(1)采用FR4基板或陶瓷基板， 其与激光发射单元(2)以及光电探测单元(3)粘接处设置 露铜开窗。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115308131 A 2一种光电共集成激光 光谱传感技术及核心模组 技术领域 [0001]本发明涉及激光光谱气体传感领域， 尤其涉及一种光电共集成激光光谱气体传感 模组。 背景技术 [0002]激光光谱气体检测技术相比传统气体检测方法(例如 燃烧催化法、 电化学检测、 气 敏半导体检测)优势明显， 具有 更高性能和高可靠性优点， 且检测过程安全、 抗干扰能力强、 仅对唯一气 体敏感， 在天然气场站、 管网和天然气用户开始使用， 尤其是在恶劣环境下应用 更为广泛。 [0003]目前激光光谱型气体传感器多由TO封装的DFB激光器和PIN光电探测器分立器件 集成而成； 其中TO封装DFB激光器， 内部采取分层方式将各元件进 行贴装， 将DFB激光芯片共 晶贴装在热沉上， 再使用导热性良好的银胶将热沉粘贴在TEC表面， 最后同样使用银胶将 TEC粘贴在TO管座表面， 金丝键合将芯片和TEC与TO座引 脚连接， 带光学镜头的球帽准直后 焊接封帽； 而对于TO封装PIN光电探测器， 首先将PIN光电芯片共晶贴装在热沉上， 采用金丝 键合工艺将芯片与TO座引脚连接， 带光学镜 头的球帽准直后焊接 封帽。 [0004]现有的激光光谱型气体传感器通常由T O封装激光器、 T O封装PIN光电探测器、 准直 会聚光学、 多次反射吸收气室、 电路部 分以及机械结构共同组成； 这类基于 分立光电器件的 激光光谱气 体传感器存在总体上集 成度不高、 工序复杂、 难以实现自动化装配、 无法批量化 生产的不足之处， 导致激光光谱气体传感器成本高昂无法规模大范围推广应用， 此外基于 上述技术的激光 光谱传感器也存在体积 偏大、 功耗较高的缺陷， 技 术上存在进步空间。 [0005]基于以上考虑， 需要在系统设计方案方面进行创新， 以实现实现激光光谱型气体 传感器集成化、 小 型化和自动化装配， 提高生产效率并降低成本， 并最 终推动激光光谱气体 传感器的广泛应用， 简化激光 光谱气体 检测系统的搭建与生产。 发明内容 [0006]鉴于目前激光光谱传感技术及模组存在的上述不足， 本发明提供一种光电共集成 激光光谱气体传感模组， 能够提高激光光谱气体传感器集成度、 减小传感器体积、 降低功 耗、 降低激光 光谱气体传感器开发难度、 便 于批量化自动化 生产、 提高生产效率。 [0007]为达到上述目的， 本发明的实施例采用如下技 术方案： [0008]一种光电共集成激光光谱气体传感模组， 包括一电路基板， 集成有传感器电路； 一 激光发射单元， 耦接于所述电路基板； 一光电探测单元， 耦接于所述电路基板； 电路基板、 激 光发射单元和光电探测单元构成具有完整检测功能的传感器模组， 所述激光 发射单元所发 射的激光 穿过待检测气体后直接或经反射后由光电探测单 元接收。 [0009]实际应用中电路基板可与气室罩壳固接并形成具有中空腔体的气室； 所述气室为 对射式或反射式。 [0010]所述激光发射单元包括DFB 激光芯片、 TEC和第一热沉； 所述DFB 激光芯片通过导热说　明　书 1/5 页 3 CN 115308131 A 3