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传感技术学报 2003年第4期16卷 507-509页

作者：孙广清王磊西北工业大学自动控制系西安710072 同济大学中德学院上海200092

本文对金属氧化物气体传感器特性进行分析 ,提出传感器阵列的灵敏度矩阵与被测气体浓度矢量和传感器阵列中各传感器响应矢量间的夹角有关。

关键词：金属氧化物气体传感器阵列参数正交性灵敏度响应特性

基于金属氧化物气体传感器的气味罗盘的实验分析研究

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传感技术学报 2010年第11期23卷 1532-1535页

作者：陈立伟杨建华崔博西北工业大学自动化学院西安710072

设计一种由TGS2620金属氧化物气体传感器构建的气味罗盘系统。研制了气味罗盘的信号采样系统及辅助电路。在点气源及平流环境下对该系统进行了360°静态气源定位实验,提取传感器阻值响应比为特征量,并论证了该特征量与罗盘偏转角度α的... 详细信息

设计一种由TGS2620金属氧化物气体传感器构建的气味罗盘系统。研制了气味罗盘的信号采样系统及辅助电路。在点气源及平流环境下对该系统进行了360°静态气源定位实验,提取传感器阻值响应比为特征量,并论证了该特征量与罗盘偏转角度α的对应关系。实验表明气味罗盘对相差30°方向的气源据有较大的响应差,以响应比值为特征量进行分析能够排除同类型传感器个体差异对分析结果的影响。

关键词：气源定位气味罗盘金属氧化物气体传感器平流

一种基于自适应温度调制模式的金属氧化物气体传感器

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南京工业大学学报（自然科学版） 2013年第1期35卷 61-65页

作者：朱斌殷晨波张子立杨柳南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京210009

通过分析温度对金属氧化物气体传感器性能影响的过程,提出一种自适应温度调制模式的传感器气敏性能研究方法,着重阐述自适应温度调制模式的工作原理,设计以气敏单元电阻值为反馈信号的传感器闭环控制加热电路,借助于电路模拟方法,获取... 详细信息

通过分析温度对金属氧化物气体传感器性能影响的过程,提出一种自适应温度调制模式的传感器气敏性能研究方法,着重阐述自适应温度调制模式的工作原理,设计以气敏单元电阻值为反馈信号的传感器闭环控制加热电路,借助于电路模拟方法,获取在不同气体下传感器温度响应曲线。结果表明:在相同的计数长度k和不同气体组分下,温度响应曲线各不相同。以H2为例,传感器的温度范围为140～220℃,传感器温度变化周期为800 ms,其中上升时间长度为300ms,下降时间长度为500 ms,为定性分析气体种类和定量分析气体浓度提供了大量的传感器响应信息。

关键词：温度调制金属氧化物气体传感器热分析闭环电路电路模拟

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金属氧化物平板气体传感器的制造工艺研究

金属氧化物平板气体传感器的制造工艺研究

作者：李灿华中科技大学

学位级别：硕士

金属氧化物气体传感器以其响应恢复速度快、灵敏度高、成本低等特点在气体传感器的应用中占有举足轻重的地位。但是其选择性较差的问题对气体传感器的实用化造成限制。制作气体传感器阵列是解决这种困境的一种有效手段。而制作传感器阵... 详细信息

金属氧化物气体传感器以其响应恢复速度快、灵敏度高、成本低等特点在气体传感器的应用中占有举足轻重的地位。但是其选择性较差的问题对气体传感器的实用化造成限制。制作气体传感器阵列是解决这种困境的一种有效手段。而制作传感器阵列对于敏感膜的一致性、电极的性能以及工艺的要求都比较高,特别是目前常用的丝网印刷工艺仍存在很多问题急需解决。本文采用250,350和400目尼龙网布制作网版研究网布目数对印刷传感器电极、加热器和气敏膜的图案形状及阻值一致性的影响,优选尼龙网布网版最合适的目数。研究表明,350目网布制作的网版不论是在印刷图案的精确性上还是在印刷电阻的阻值一致性上都具有最好的性能。而采用同为400目的尼龙网布和不锈钢网布制作网版发现,不锈钢网版印刷产品在图案的精确性和电阻的一致性上明显优于尼龙网布。本文对叉指电极的结构进行了优化。首先,改变叉指电极的长度L,建立起了气敏膜电阻大小与叉指电极长度之间的关系式。然后,用这些气敏膜测试300ppm酒精气体,研究叉指电极的长度对气体传感器的敏感度的影响。最后,采用ANSYS模拟传感器气敏膜在测试中电场的分布,研究电极形状的不同对于电极尖端放电程度的影响。并以此解释了电极长度会对气敏膜敏感度造成影响的原因。为简化传感器阵列的制造工艺并挑选选择性最好的传感器阵列,本文独创了滴注式掺杂工艺。通过印刷纯ZnO厚膜烘干得到多孔骨架,然后配置0.01mol/L的AlCl, TiCl, PdCl, WCl, CuCl, SnCl溶液滴注到疏松多孔的ZnO骨架上,烧结得到测试用气敏膜的方法制作传感器阵列。扫描电镜照片显示滴注AlCl, PdCl, CuCl,SnCl溶液后在气敏膜表面形成新的纳米结构。通过对白酒挥发的混合气体的测试,采用计算敏感度的欧几里得距离(SED)的方法得到滴注0.2μLAlCl、0.1μL CuCl、0.3μLAlCl和0.2μL WCl溶液的四阵列,具有最佳的选择性。

关键词：金属氧化物气体传感器丝网印刷工艺滴注叉指电极选择性敏感性多孔骨架

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金属氧化物CO传感器智能化方法研究

金属氧化物CO传感器智能化方法研究

作者：李熙中国科学院研究生院（电子学研究所）

学位级别：硕士

传统金属氧化物CO传感器对H等还原性气体存在交叉响应，选择性差，且其性能易受环境温度和湿度影响，难以完全满足工程应用的需要。智能化是气体传感技术发展的重要方向，本文提出从检测方式和信号处理算法入手，提高传统CO传感器抗H干... 详细信息

传统金属氧化物CO传感器对H等还原性气体存在交叉响应，选择性差，且其性能易受环境温度和湿度影响，难以完全满足工程应用的需要。智能化是气体传感技术发展的重要方向，本文提出从检测方式和信号处理算法入手，提高传统CO传感器抗H干扰的能力，并尝试对环境温湿度进行补偿;通过大量实验，确定了有效的温度调制方法、机器学习算法以及环境温度补偿方案，研制了基于单片机的智能CO传感器模块。本文设计了气体传感器测试系统，利用此系统先后对SnO型CO传感器MQ307A和TGS2442进行温度调制实验。考察了温度调制方式对MQ307A性能的影响;比较了快速傅立叶变换(FFT)和离散小波变换(DWT)两种特征提取方法，发现后者能够在特征空间对传感器在不同气体中的响应进行良好的分离;先后将支持向量机(SVM)和BP神经网络用于识别单一CO、单一H和CO／H混合物，并估计混合气体中CO的浓度。结果表明，支持向量机具有更高的正确识别率和估计精度;利用脉冲电压对TGS2442进行调制加热，从原始响应曲线和小波系数中提取分类特征，训练支持向量机模型，实现了对一定浓度范围的单一CO、单一H和CO／H混合气体的定性识别，并能够估计混合气体中CO的浓度。研究了环境参数对MQ307A和TGS2442性能的影响。MQ307A受湿度影响很大，在高湿条件下工作后，其响应幅度逐渐变小;TGS2442采用了特殊的封装，它几乎不受湿度的影响，但是其基线电压随环境温度的变化而漂移。采用基于知识的温度补偿方案，利用TGS2442对20℃、40℃和60℃三种环境温度下的单一CO进行定量估计，结果表明温度补偿方法可行。选用TGS2442作为基本传感器，研制了基于高性能单片机的智能CO传感器模块，利用DWT和SVM算法处理数据，使模块能够定性识别一定浓度范围的CO、H及其混合物，并估计混合物中CO的浓度，此外，模块还具有自检和温度自补偿等智能化功能，

关键词：金属氧化物气体传感器一氧化碳智能气体传感器

基于STM32单片机的便携式室内空气质量检测仪

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传感器与微系统 2022年第11期41卷 101-104页

作者：曹伟洋王涛马宏莉曾敏杨建华杨志薄膜与微细技术教育部重点实验室上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系上海200240

为解决室内空气质量检测仪器存在的检测精度低和体积笨重等问题,本研究基于STM32单片机,利用低功耗和高精度的金属氧化物气体传感器,设计并开发了一种新型的室内空气质量检测仪器,用于甲苯和甲醛等室内常见污染气体的实时检测。研究开... 详细信息

为解决室内空气质量检测仪器存在的检测精度低和体积笨重等问题,本研究基于STM32单片机,利用低功耗和高精度的金属氧化物气体传感器,设计并开发了一种新型的室内空气质量检测仪器,用于甲苯和甲醛等室内常见污染气体的实时检测。研究开发的样机尺寸为60 mm×40 mm×8 mm,对比市面同类产品,具有体积小、轻便和易携带的特点。在模拟室内环境的密闭腔室中开展了对不同体积分数污染气体的实际检测,结果表明:该空气质量检测仪器对室内常见污染气体具有传感响应快、恢复性能好且检测稳定等优异性能。

关键词：金属氧化物气体传感器 STM32单片机甲苯检测甲醛检测

矿用低功耗MEMS微热板ZnO气体传感器研究

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矿用低功耗MEMS微热板ZnO气体传感器研究

作者：李加明中国矿业大学

学位级别：硕士

由于监测气体污染源和量化排放水平器件的需求量不断增加,关于气体传感器的相关研究已经引起了产业界和学术界的广泛关注。其中金属氧化物半导体气体传感器凭借出色的响应性能被广泛关注。氧化锌(ZnO)基气体传感器因其具有电荷迁移率高... 详细信息

由于监测气体污染源和量化排放水平器件的需求量不断增加,关于气体传感器的相关研究已经引起了产业界和学术界的广泛关注。其中金属氧化物半导体气体传感器凭借出色的响应性能被广泛关注。氧化锌(ZnO)基气体传感器因其具有电荷迁移率高、化学性质稳定、无毒、以及成本低等优点成为最有前途的气体传感器之一。然而,该类气体传感器在用于检测微量气体时,存在一定的选择性差、灵敏度低、工作温度高等问题。(1)由于传感器对气体的响应明显受温度的影响,温度分布又影响器件的机械稳定性和使用寿命。因此在四悬梁臂微热板,微热板的铂加热电阻设计了等宽和变宽的两种结构,使用COMSOL软件进行有限元分析,结果表明沿悬梁臂传导的热量比较少,高温区域主要在中心位置;在相同的加热电压下变宽的微热板臂比等宽的中心温度高一些;同时优化二氧化硅和氮化硅层厚度的配比,实现最小的机械形变,制备了机械性能稳定、温度分布均匀的基板。(2)以ZnO敏感材料制作传感器,通过形貌优化、异质结构建、贵金属修饰等方法提升了传感器的气敏性能,并初步探讨了所制备传感器的气敏机理。首先,本文通过磁控溅射、涂覆法分别制备了ZnO膜材料,对其纳米结构、形貌和传感性能进行了系统的研究,并分析了气敏机理。测试结果表明,基于磁控溅射的ZnO的气体传感器的性能与市面常见的传感器相比性能更好。磁控溅射法制备了100、200、300 nm厚度ZnO构建气体传感器,200 nm厚的ZnO薄膜对甲烷响应最好,450℃的最佳工作温度下对10000 ppm甲烷响应值高达31。此外,该气体传感器重复性、响应速度、长期稳定性等性能都表现不俗。其次,使用涂覆法制作的ZnO膜,与磁控溅射相比,在低温下的响应略有提升,使用涂覆法制作的传感器,明显提高了线性度。将两种器件的结构、形貌都进行了表征,并系统分析了两种方法制作的ZnO膜对甲烷的传感性能。另外对磁控溅射的ZnO薄膜使用了金或氧化铝掺杂,并研究了掺杂ZnO的响应性能,Au的加入改善了对CO的响应。针对其气体敏感特性进行的气敏机理分析发现,单一贵金属催化异质结构可以显著提高传感器的气敏性能。结果说明,贵金属Au颗粒是一种优秀的催化增感剂。使用协同增敏机制提高纳米材料吸附和活化性。综上所述,纳米微观结构的改进、异质结构的构筑、贵金属的有效负载作用均能有效降低ZnO基气体传感器的工作温度、提高响应值、改善选择性,论文对丰富ZnO基气体传感器的理论基础研究和推进实际产业化应用提供了依据。

关键词：金属氧化物气体传感器磁控溅射微热板氧化锌有限元分析

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医用电子鼻及传感器灵敏度研究

医用电子鼻及传感器灵敏度研究

作者：代才莉重庆大学

学位级别：硕士

电子鼻在环境、食品质量检测等方面都具有广泛的应用。目前,医用电子鼻尚不成熟,仍处于实验室研究阶段。本项目研究并构建了一个医用电子鼻系统,重点研究金属氧化物气体传感器的灵敏度和最低检测限。在此基础上,针对乳腺癌医用电子鼻系... 详细信息

电子鼻在环境、食品质量检测等方面都具有广泛的应用。目前,医用电子鼻尚不成熟,仍处于实验室研究阶段。本项目研究并构建了一个医用电子鼻系统,重点研究金属氧化物气体传感器的灵敏度和最低检测限。在此基础上,针对乳腺癌医用电子鼻系统,进行传感器选型和传感器阵列设计。论文从病理学的角度,对医用电子鼻的可行性进行了论证。阐述了医用电子鼻的发展现状,指出其发展中存在的问题,并对其工作原理做出详细介绍。以TGS822为代表,对金属氧化物传感器的性能进行测试,包括其工作电阻的特性、重复性、稳定性等,重点研究其灵敏度和最低检测限特性。研究表明,TGS822对乙醇气体具有较高的灵敏度,最低能够检测到61ppb的乙醇气体。研究了加热电压对TGS822灵敏度的影响,研究表明,随着加热电压由3.5V-5.5V变化,传感器灵敏度先升高后降低,存在一个最佳加热电压。对几种信号采样电路进行比较,分析了采样电路对传感器灵敏度的影响。采用了一种双传感器电路,与传统的分压法相比,传感器的灵敏度得到明显提高。论文以检测乳腺癌为目标,围绕着患者呼气中的挥发性生物标志物,进行了气体传感器的调查研究,最终选定了日本FIGARO公司的TGS822、TGS2620、TGS2602、TGS2600;日本根本公司的QS-01;韩国OGMA公司的Gsbt11;英国城市技术的4ETO等传感器构成传感器阵列。由于患者呼出气体中生物标志物的浓度通常较低(ppb-ppt级),则要求医用电子鼻的传感器具有很低的LoD(最低检测限)。但是,在目前的技术条件下,普通气体传感器都达不到这个要求,为此提出了预浓缩装置的必要性。在数据处理方面,由于传感器输出信号不平滑,因此采用滑动平均法对输出信号进行预处理,从而更有利于数据分析。

关键词：医用电子鼻乳腺癌金属氧化物气体传感器灵敏度最低检测限

多元曲线分辨预测流动气体浓度和传感器信号变化

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多元曲线分辨预测流动气体浓度和传感器信号变化