基于微熱板式氣體傳感器的混合氣體檢測及分析.pdf

1、微熱板式氣體傳感器具有尺寸小、功耗低、易集成等優(yōu)點，成為MEMS領域的一個重要研究成果?？上У氖悄壳捌溥x擇性差、穩(wěn)定性差的缺點，限制了該成果的實用化和產(chǎn)業(yè)化。該文主要研究微熱板式二氧化錫薄膜氣體傳感器的選擇性改善方法，從傳感器的制造工藝、性能測試出發(fā)，在氣敏機理、傳感器陣列、溫度調(diào)制等方面展開了系統(tǒng)的研究，并將其用于一氧化碳和甲烷混合氣體的檢測和分析。 該文首先設計并組建了一套氣體傳感器性能標定和測試系統(tǒng)，制作了一批微熱板式氣體

2、傳感器，并使用測試系統(tǒng)對傳感器的性能進行了全面的研究?；诹孔恿W從頭算方法，以SnO2薄膜的材料表征結果為基礎，模擬了CO、CH4和O2等在SnO2薄膜表面的物理化學吸附行為。結合半導體表面勢壘和物理化學吸附的動態(tài)平衡理論，詳細推導并建立了SnO2膜氣體傳感器對CO和CH4混合氣體的電學響應模型，在多參數(shù)優(yōu)化的基礎上通過實驗數(shù)據(jù)進行了驗證。討論了環(huán)境中O2濃度對傳感器靈敏度的影響。 以傳感器的混合氣體響應模型為基礎，研究了利用

3、氣體傳感器陣列技術提高選擇性的方法。討論了基于線性穩(wěn)態(tài)響應的混合氣體盲分離條件，應用盲信號分離(BSS)模型，結合實際測試數(shù)據(jù)，研究了非線性主成分分析法(NLPCA)和獨立成分分析法(ICA)等盲分離算法對CO和CH4混合氣體分析和量化的性能，并與常用的主成分分析(PCA)技術進行對比，甲烷和CO的平均絕對誤差分別降低了約200ppm和7ppm。將BSS技術與BP神經(jīng)網(wǎng)絡相結合，能夠有效提高混合氣體濃度量化的精度。 該文還研究了

4、在微熱板溫度按照一定規(guī)律變化條件下的傳感器動態(tài)響應特性。提出了差值預處理方法，該方法有效抑制了溫度調(diào)制模式下微熱板溫度變化引起的強信號對氣體傳感器動態(tài)信號的影響，提取了敏感薄膜表面氣體動態(tài)吸附引起的氣體響應信號。將該技術與短時傅立葉變換(STFT)相結合，利用特征頻率法研究了不同周期和溫度控制范圍內(nèi)的正弦波、矩形波、三角波和鋸齒波等方式調(diào)制下的傳感器對CO、CH4和乙醇三種氣體的識別能力。為簡化算法，同時提出了虛擬陣列法來檢測和分析混合