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SnO_(2)气体传感器对挥发性有机物的温度调制及信号处理方法研究

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仪器仪表学报 2020年第12期41卷 85-94页

作者：孟凡利祝学斌张华高宏亮东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

周期性改变传感器加热温度的温度调制方法在气体传感器信号的选择和识别方面有着重要的地位,通常用来解决SnO_(2)气体传感器选择性差等问题。为了能够高效地提取SnO_(2)传感器在测量多种挥发性有机化合物(VOCs)时的温度调制特性,首先从... 详细信息

周期性改变传感器加热温度的温度调制方法在气体传感器信号的选择和识别方面有着重要的地位,通常用来解决SnO_(2)气体传感器选择性差等问题。为了能够高效地提取SnO_(2)传感器在测量多种挥发性有机化合物(VOCs)时的温度调制特性,首先从静态测试出发,分析了SnO_(2)传感器在100℃~350℃温度范围内对不同VOCs气体的响应灵敏度和长时间使用的稳定性。之后采用矩形波作为周期加热电压进行温度调制,获得了在不同VOCs气体,不同浓度下的动态响应数据。最后,采用变分模式分解-希尔伯特变换作为特征提取方法,采用支持向量机作为分类识别方法,对VOCs气体的种类和浓度进行识别,识别准确率高达99.583 3%。

关键词：气体传感器温度调制变分模式分解模式识别

半导体气体传感器动态温度调制系统设计及检测方法研究

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传感技术学报 2016年第9期29卷 1365-1371页

作者：于洋赵文杰王欣王暄施云波哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学黑龙江省电介质工程国家重点实验室培育基地哈尔滨150080

针对半导体气体传感器存在选择性差的问题,通过温度调制检测方法实现可燃性气体良好检测性能,提高传感器在复杂环境下的选择性。设计了一种参数可调的气体传感器温度调制系统,实现了正弦波和矩形波输出模式,输出频率0~1 000 Hz,幅值0~5 ... 详细信息

针对半导体气体传感器存在选择性差的问题,通过温度调制检测方法实现可燃性气体良好检测性能,提高传感器在复杂环境下的选择性。设计了一种参数可调的气体传感器温度调制系统,实现了正弦波和矩形波输出模式,输出频率0~1 000 Hz,幅值0~5 V可调,矩形波占空比可调,并给出了系统总体设计方案和硬件设计电路。通过自制旁热式Sn O2传感器对CO和CH4两种可燃性气体进行了矩形波温度调制检测分析,得到了优化的温度调制参数。提出以传感器在空气和被测气体响应中温度调制幅值比作为灵敏度系数。测试结果表明,CO和CH4气体在周期10 s的方波温度调制下呈良好的近似线性规律变化,且具有较好的线性度差异,表明两种气体具有选择性差异。

关键词：气体传感器选择性温度调制矩形波

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气体传感器温度调制信号的瞬时频谱分析

传感技术学报 2012年第6期25卷 782-788页

作者：安文魏广芬杨春英山东工商学院信息与电子工程学院山东烟台264005 海军航空工程学院电子工程系山东烟台264001

温度调制技术已被证明能够改善气体传感器的选择性。为了有效提取传感器对被测气体的响应特征,提出应用Hil-bert-Huang变换对温度调制下的气体传感器的动态信号进行分析,可获得传感器动态响应信号中的瞬时频谱和边际谱等有效的气体响应... 详细信息

温度调制技术已被证明能够改善气体传感器的选择性。为了有效提取传感器对被测气体的响应特征,提出应用Hil-bert-Huang变换对温度调制下的气体传感器的动态信号进行分析,可获得传感器动态响应信号中的瞬时频谱和边际谱等有效的气体响应特征。通过对一个微热板式气体传感器在矩形波调制下对三种易燃易爆气体响应的动态信号进行测试和分析,说明提取的瞬时频谱和边际谱能较好的体现被测气体信息。进一步研究了调制周期对动态响应信号的影响和该方法在正弦波、三角波等温度调制模式下的传感器对三种易燃易爆气体的响应,结果说明使用瞬时频谱能够有效提取信号中的气体信息。

关键词：气体传感器温度调制 Hilbert-Huang变换瞬时频谱

扭杆弹簧倾斜仪电容传感电路的温度调制实验研究

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传感技术学报 2008年第6期21卷 1075-1078页

作者：黄玉哈尔滨工程大学理学院哈尔滨150001

扭杆弹簧倾斜仪是应用领域广泛的小型化倾斜仪,可监测地面微小倾斜。电子元器件的参数会随环境温度波动而变化,从而引起电容传感电路的输出发生变化。本文对这种效应进行了理论分析与实验研究,结果表明温度的波动对电容传感电路的输出... 详细信息

扭杆弹簧倾斜仪是应用领域广泛的小型化倾斜仪,可监测地面微小倾斜。电子元器件的参数会随环境温度波动而变化,从而引起电容传感电路的输出发生变化。本文对这种效应进行了理论分析与实验研究,结果表明温度的波动对电容传感电路的输出影响比较大,在实际使用中要对扭杆弹簧倾斜仪中的电容传感电路采取必要的温度补偿措施等。因此,电容传感电路温度响应特性的研究对于扭杆弹簧倾斜仪精确地测量地倾斜信号具有重要意义。

关键词：扭杆弹簧倾斜仪电容传感电路温度调制

温度调制下粘弹性流体Rayleigh-B(?)nard对流的稳定性研究

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温度调制下粘弹性流体Rayleigh-B(?)nard对流的稳定性研究

作者：孙秋蕾山东大学

学位级别：硕士

对流的稳定性问题因其在自然界和生活生产上的普遍应用而受到众多研究者的关注,其中浮力驱动的热对流问题是目前受到最大重视的一个领域。流体层中的温度梯度引起流体微团密度变化,从而受到浮力作用产生对流,这是Rayleigh-Benard对流发... 详细信息

对流的稳定性问题因其在自然界和生活生产上的普遍应用而受到众多研究者的关注,其中浮力驱动的热对流问题是目前受到最大重视的一个领域。流体层中的温度梯度引起流体微团密度变化,从而受到浮力作用产生对流,这是Rayleigh-Benard对流发生的原理,而当温度梯度在流体层中分布不均时热对流的稳定性问题是本文研究的重点。文中分别对粘弹性流体饱和的多孔介质层在温度调制作用下对流稳定性和纯流体层在外部电场和温度调制双重作用下的电热对流稳定性展开分析。第一部分研究中考虑多孔层中流体的低速渗透采用Darcy-Brinkman对流模型,在上下边界施以瞬变的加热或冷却使流体层内温度梯度保持不均。通过伽辽金法将多孔层中流体的速度场和温度场转换为时变系数的常微分方程,并求解出时变系数以表示流场随时间变化情况。以无量纲量瑞利数作为确定对流发生条件和稳态对流的失稳条件的控制参数,研究对流稳定性在有无温度调制下的不同。结果表明,粘弹性流体的静止解失稳形态存在向稳定对流解的转换与振荡解过渡两种方式,由流体的粘弹性参数决定。在温度调制的影响下静止解的稳定性变化不大,对流解的稳定性降低,混沌现象出现时的瑞利数变小。在取不同瑞利数时的系统状态以时变系数之间的相平面投影得以展示,温度调制引起的变化也被具象化,如有限幅度振荡、混沌吸引子的出现等。第二部分研究则对外电场和不均温度梯度下的纯粘弹性流体对流稳定性问题采用摄动法将速度和瑞利数以温度调制幅度为小参数进行幂级数展开,从而将热瑞利数分为无调制情况下的临界瑞利数和温度调制引起的修正瑞利数两部分。文中考虑三种温度调制,分别为上下边界的同相位调制、不同相位调制和仅对下边界进行的单边温度调制。求解三种温度调制采用任意频率时引起的修正瑞利数可表征不同频率温度调制对对流稳定性的影响以及不同类型温度调制的特点。经对比发现,同相位调制对系统稳定性始终为减弱作用,而另两种温度调制在低频时可增强系统稳定性,高频时则减弱稳定性。三种温度调制在高频时对稳定性的减弱效果均随着频率的不断升高而衰减。通过控制表征外电场对对流的驱动作用的电瑞利数可发现电瑞利数对未调制系统稳定性有降低作用,相应地受到的温度调制影响也更小。同时,流体的应力松弛时间和应变延迟时间对温度调制下对流稳定性的影响也在文中给出了具体的分析。应力松弛时间可增强温度调制对稳定性的破坏作用,使系统稳定性降低,而应变延迟时间截然相反。

关键词： Rayleigh-Benard对流粘弹性流体温度调制多孔介质外电场

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温度调制模式下气体传感器的响应特征研究

温度调制模式下气体传感器的响应特征研究

作者：刘华宾河北工业大学

学位级别：硕士

电子鼻因成本低、识别速度快和易于操作等特点被广泛应用于气体和气味的检测。通常基于金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor,MOS)气体传感器阵列的电子鼻采用恒温加热的方式使传感器进行工作,近期研究表明,采用非恒温工作模式... 详细信息

电子鼻因成本低、识别速度快和易于操作等特点被广泛应用于气体和气味的检测。通常基于金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor,MOS)气体传感器阵列的电子鼻采用恒温加热的方式使传感器进行工作,近期研究表明,采用非恒温工作模式如温度调制可以提高气体传感器的性能如选择性,提取到更多的传感器响应特征。因此,本论文将温度调制技术与电子鼻相结合,研究了MOS型气体传感器分别在瞬时温度调制和稳态温度调制下的响应特征,并以甲醇含量超标的白酒为识别样本进行应用验证。本文采用湿化学法制备了MOS敏感材料,并对其进行气敏选择性增强修饰,基于印刷工艺制备了化学电阻型气体传感器及其阵列;在此基础上开发了温度调制系统,用于气体传感器的温度调制和响应特征采集,包括基于LABVIEW的上位机软件设计和以STM32H750VT6单片机为核心的下位机软硬件设计。为了验证该电子鼻识别不同气体的能力,本文在实验室环境下采用标准的甲醇、乙醇及其混合气体作为目标气体,利用BP神经网络对传感器阵列的时域特征进行了模式识别,分类准确率为100%,表明该电子鼻利用温度调制可以在实验室环境下区分不同的气体。在实际应用环境下,该研究借助气相色谱技术对真酒和假酒两组实验样本的成分进行了表征,保证了实验样本的准确性;随后通过主成分分析法重点研究了传感器阵列在两种不同温度调制模式下响应特征的空间分布,最终借助BP神经网络分别对两种不同温度调制模式提取的最优特征进行模式识别。研究显示瞬时温度调制适宜用频域法进行特征提取,稳态温度调制适宜用时域法进行特征提取;电子鼻在瞬时温度调制和稳态温度调制模式下得到的最高分类准确率分别为84.48%和91.38%。表明基于温度调制的电子鼻在实际应用方面具有可行性,其在稳态温度调制模式下利用时域法提取特征更加适合白酒识别。温度调制可以在提高MOS型气体传感器选择性的同时获取到更多的响应特征,这对提高电子鼻的识别准确率具有重要的意义。

关键词：电子鼻 MOS型气体传感器温度调制白酒识别 BP神经网络

温度调制热分析技术的参数选择及其对金属玻璃焓弛豫的研究

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温度调制热分析技术的参数选择及其对金属玻璃焓弛豫的研究

作者：黄靖华中科技大学

学位级别：硕士

非晶态材料是结构上无周期性和能量处于非平衡态的亚稳材料,因此弛豫是非晶态材料最本质的特征。通过快速冷却速率得到的高能量超淬火玻璃,经过适当温度退火一段时间后,在热流曲线上会发生一系列复杂的弛豫行为,包括放热焓弛豫和预吸热... 详细信息

非晶态材料是结构上无周期性和能量处于非平衡态的亚稳材料,因此弛豫是非晶态材料最本质的特征。通过快速冷却速率得到的高能量超淬火玻璃,经过适当温度退火一段时间后,在热流曲线上会发生一系列复杂的弛豫行为,包括放热焓弛豫和预吸热峰等弛豫现象。然而,相较于对焓弛豫现象的理论解释,对预吸热峰的研究还十分不足。预吸热峰的出现与玻璃转变过程有着紧密的联系,对预吸热峰的研究将有助于我们理解玻璃转变的本质,在玻璃转变过程和弛豫动力学机制等方向的研究中都有重要的意义。本文主要使用常规差示扫描量热法(DSC)和温度调制差示扫描量热法(TMDSC)相结合的手段,对在不同退火条件下超淬火高焓态玻璃中预吸热峰的特征变化、玻璃转变过程和弛豫的影响进行了研究。TMDSC是一种基于热流的线性热容测量方法,在实验中同时引入两种不同的时间尺度,由于参数的选择决定了能否从总调制热流曲线中准确地分离出重叠现象,所以需要对参数的选择进行探索。首先利用TMDSC给出了在不同调制参数下对非晶硒、三氧化二硼、PdNiCuP和AuAgPdCuSi四种非晶态材料中进行测量得到的调制热流曲线,得到了最优调制参数。然后,我们使用DSC和TMDSC对在不同退火温度和不同退火时间下的PdNiCuP和AuAgPdCuSi两种金属玻璃条带进行实验,得到一系列热力学参数,分析了在退火处理下热稳定性的变化,并讨论了不同退火条件下预吸热峰对动力学玻璃转变开始温度的影响,从而发现了预吸热峰从玻璃态进入到过冷液态之后推动了动力学玻璃转变开始温度的增加,最终导致金属玻璃的动力学稳定性得到了提高,同时,预吸热峰从玻璃态到过冷液态的演变过程是连续的,我们的研究结果表明预吸热峰的演变过程可能是与玻璃转变有关的局域动力学过程,揭示了预吸热峰的演化与动态玻璃转变之间的内在联系,对于理解金属玻璃的弛豫行为和老化有新的启发。

关键词：金属玻璃温度调制预吸热峰玻璃转变弛豫

用温度调制空间电荷限制电流法研究GD-a-Sic∶H膜的隙态密度

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兰州大学学报（自然科学版） 1990年第3期26卷 37-41页

作者：王印月王辉耀张仿清兰州大学物理系

本文用温度调制空间电荷限制电流法测得了 GD-a-Si_(1-x)C_x∶H 膜不同碳含量 x 时的隙态密度,得到了光处理前后隙态密度的变化情况,发现强光照后存在有光诱导缺陷态效应,文中还就该方法本身的优越性进行了讨论.

关键词：非晶硅膜隙态密度温度调制薄膜

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扭杆弹簧倾斜仪温度调制实验研究

传感器与微系统 2007年第11期26卷 51-53,56页

作者：黄玉温强哈尔滨工程大学理学院黑龙江哈尔滨150001

扭杆弹簧倾斜仪是监测地面微小倾斜的小型化倾斜装置,可广泛应用于铁路、水电、交通、建筑、市政等领域的工程建筑中,也可应用于某些科学实验的地倾斜背景测量。由于加工误差的存在,扭杆弹簧倾斜仪中的机械振子的两边电容间隙很难完全一... 详细信息

扭杆弹簧倾斜仪是监测地面微小倾斜的小型化倾斜装置,可广泛应用于铁路、水电、交通、建筑、市政等领域的工程建筑中,也可应用于某些科学实验的地倾斜背景测量。由于加工误差的存在,扭杆弹簧倾斜仪中的机械振子的两边电容间隙很难完全一样,周围环境温度及其梯度波动会引起两边电容的变化不一致,电容传感电路的输出也会发生变化。对这种效应进行了理论分析与实验研究,结果表明:温度及其梯度对扭杆倾斜仪的测量精度影响比较大。因此,扭杆弹簧倾斜仪温度及其梯度的响应特性的研究对地倾斜的精密测量具有实际意义。

关键词：扭杆弹簧倾斜仪电容传感电路温度调制