二氧化锡传感器对挥发性有机物的动态测试方法研究

温度调制的动态测试是解决金属氧化物传感器选择性差的一种常用方法,但至今尚未有明确的方法控制动态响应信号的波形以达到预期期望.本文首先从静态测试的角度出发,描述了静态性能指标与动态响应信号的对应关系,提出了适合于动态测试的半导体传感器的选择方法.然后以矩形波为例,通过对其周期、占空比、工作温度范围的调整,在不降低动态响应...     

低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点.通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较.结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声.以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率.     

氧化锡气敏传感器动态响应特性用于农药残留检测的研究

本文介绍了氧化锡气敏传感器参杂金属(Sb,Ca,Sr)的制备及检测农药残留检测装置的原理,通过对氧化锡气敏传感器,在动态与静态条件下,检测农药残留的响应特征及影响因素进行了研究,如采用电压、占空比、电压波形(矩形波、正弦波、锯齿波、脉冲波)的变化,比较研究了农药残留检测的动态与静态响应特征,结果表明动态的测量方法比静态方法可以得到更多的信息,用这种动态测量方法检测对硫磷等有机磷类农药残留具有良好效果。     

基于脉冲占空比调节灵敏度的光电开关传感器

调整光电开关传感器的检测距离可通过调节其灵敏度来实现。该研究讨论了脉冲占空比对红外光电开关传感器灵敏度的影响,提出了基于脉冲占空比调节红外光电开关传感器灵敏度的技术方法。以连续周期矩形脉冲信号为例进行了傅里叶级数展开,得到了直流电压分量和倍频信号电压幅值与占空比的正弦函数关系,并仿真分析了占空比与基频信号电压幅值的相关性,实验测量了占空比对传感器相对灵敏度影响的关系曲线。结果证明,在不改变矩形脉冲电压幅度和频率的情况下,通过调节占空比δ可以改变传感器的灵敏度。即当0<δ<50％时,灵敏度随δ增大而增大;当δ＝50％时,灵敏度最大;当50％<δ<100％时,灵敏度随δ增大而减小。在红外光电开关传感器上应用该技术方法,实现了利用软件控制占空比来调节传感器的检测距离。     

低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点。通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较。结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声。以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率。     

最小二乘法在电子鼻动态信息融合中的应用

基于集成气敏传感器阵列和多传感器信息融合技术的电子鼻系统,可用于气体/气味的定性定量识别.电子鼻走出实验室的关键是高效的识别算法和简化的实验装置.本文提出最小二乘法在简化的电子鼻系统中的应用模型.利用线性最小二乘法拟合传感器阵列的动态响应曲线,建立电子鼻系统的知识库并进行智能识别.利用该方法并结合气体传感器阵列在不同温度条件下的动态响应信号,对雪碧、酷儿和绿茶三种饮料样本进行定性识别,仿真验证结果表明该方法的识别准确率达到100%.     

气体传感器温度调制信号的瞬时频谱分析

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。     

PPB级锆基安培型NO气体传感器性能的研究

采用丝网印刷技术制备了以In2O3为敏感电极的锆基安培型三电极NO传感器用以探测10-9级NO气体。用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对该传感器进行了理化分析;通过测量其在不同温度和不同NO浓度的气氛中的伏安特性曲线和时间响应曲线,研究了传感器的电流输出信号和NO浓度的关系以及时间响应特性。实验表明：在350℃~500℃测试温度范围内,极化电压为-60 mV,NO浓度变化为0~900×10-9时传感器响应电流的变化值Δcurrent和NO浓度之间存在较好的线性关系并且传感器在400℃时响应值最大。在被测气体总流量为100 cm3/min时,传感器信号90%的响应和恢复时间分别为18 s和12 s。传感器信号不受CO2浓度变化的影响,传感器的响应信号在测试时间里具有较好短期稳定性,但长期稳定性有待进一步提高。本文还采用阻抗谱分析方法对传感器的响应机理进行了初步的探索。     

基于脉宽调制的传感器读取电路设计与实现

设计了一种新型的传感器信号读取电路,该电路将传统的脉宽调制PWM(PulseWidthModulation)电路进行改进,对PWM信号采用占空比和频率同时调制而不是单一的占空比调制,在信号传输过程中,该电路可将两路电压输入信号调制到一路PWM信号上,通过对输出PWM信号进行解调可还原两路输入信号的电压值.实验结果表明,该电路输出PWM信号占空比和频率分别与两路输入电压信号呈良好的线性关系,电压转换精度分别达到0.34%、0.26%.此外,该电路具有抗干扰能力强、转换精度高和成本低的优点,非常适合传感器信号的调理和读取.     

基于小波特征提取的气体传感器温度调制模式研究

为了有效提取传感器对被测气体的响应特征,通过对单个微热板式气体传感器在不同温度调制模式下,对3种可燃性气体的动态响应信号结合主成分分析(PCA)和概率神经网络(PNN)进行分析和测试,利用小波变换对温度调制下传感器的动态响应信号进行小波特征提取。结果表明:提取的小波特征系数能较好地反映被测气体的信息。     

多层薄膜结构气敏效应研究

在SnO2气敏薄膜层上覆盖一层或多层钝化材料（SiO2,Al2O3) 薄膜，制成的多层膜气敏元件，可很好地排除大分子气体如乙醇等对小分子H2检测的干扰，使其具有单独检测H2的功能。本文还通过测量元件的升温曲线，推导出敏感体表面的氧吸附活化能；找出活化能与灵敏度、选择性的关系。根据实验现象和物性分析结果，试着探讨了元件的敏感机理。     

基于模糊PID的UEGO传感器控制方法研究

宽域废气氧传感器具有较宽的空燃比测量范围,广泛地应用于稀燃发动机空燃比控制系统;UEGO传感器需要配套控制器才能正常工作,通过控制传感器的温度和泵电流,实现空燃比的测量;然而,UEGO传感器温度具有非线性,泵电流参数存在摄动,给其控制带来了困难;为了缩短冷启动时间,采用斜坡加热与模糊PI相结合的分段温度控制策略,以克服温度的非线性和冷启动的加热限制;采用基于OE模型的系统辨识法,建立不同工况下的泵电流模型,据此采用模糊PID的控制方法提高泵电流的控制精度与响应速度,克服泵电流参数不确定性的影响,从而提高传感器的动态性能;在空气环境和混合气配气平台上进行实验,结果表明:UEGO传感器冷启动时间少于20 s,温度控制精度较高,泵电流调节时间为191 ms,动态响应速度快、抗干扰能力强。     

水热腐蚀铁钝化多孔硅的湿敏特性研究

采用水热腐蚀铁钝化法在单晶硅片上生长铁钝化多孔硅(IPS)薄膜,以IPS为感湿介质制成湿敏元件。在不同湿度环境以及测试频率下,测出其电容值,得到了IPS的湿敏特性曲线。研究发现,当相对湿度从11%RH逐渐增加到95%RH的过程中,在测试频率为100Hz时,IPS湿敏元件的电容值增大幅度达1500%,电容响应时间在升湿过程和脱湿过程分别为15s和5s,并且IPS湿敏元件的温度系数在15℃到35℃的范围内较小。结果表明:IPS湿敏元件的特性包括灵敏度、响应时间以及温度系数等均优于多孔硅(PS)湿敏元件的特性。     

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器敏感机理分析

为实现高灵敏度、低温漂的高性能电流传感器,提出将声表面波技术与磁致伸缩效应相结合的电流检测方法,分析了其敏感机理并改善其温度特性.这种声表面波电流传感器采用128°YX-LiNbO3作为压电基片,表面覆盖SiO2薄膜来改善器件温度稳定性,并溅射超磁致伸缩TbDyFe薄膜以响应电流.在电流作用下,TbDyFe薄膜会发生磁致伸缩效应和ΔE效应,引起声表面波相速度的改变.结合层状介质中声传播理论,分析了给定电流下层状结构中声表面波的传播特性,特别分析了TbDyFe和SiO2膜厚对传感器响应的影响.计算结果表明,TbDyFe和SiO2薄膜厚度分别为0.5μm、2μm时,该声表面波电流传感器具有最大检测灵敏度58.2 kHz/A,有良好温度稳定性和较高的灵敏度,从而为高性能声表面波电流传感器的研制奠定理论基础.     

镀有SiO2-WO3纳米复合薄膜LPFG气体传感特性研究

以钨粉和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺和浸渍提拉镀膜方法,在玻璃衬底上制备出了具有气敏传感特性的SiO2-WO3纳米复合薄膜.采用原子力显微镜和X射线衍射仪表征了薄膜样品的表面形貌和物相结构.实验结果表明:掺杂SiO2使WO3薄膜中的颗粒尺寸减小,空隙率提高,比表面积增大.将SiO2-WO3复合薄膜镀于长周期光纤光栅上(LPFG),在室温条件下,将LPFG置于体积分数为2%的NO气体中,LPFG谐振峰红移了4.77 nm,损耗由-9.93 dB变为-8.53 dB,相应的气体传感灵敏度达到3%,元件响应时间10 s,恢复时间20 s.     

Effects of vegetation canopy structure on remotely sensed canopy temperatures

Remote sensing of vegetation temperatures is a promising technique for inferring plant water stress and yield on a large spatial scale. The effects of vegetation canopy structure on thermal infrared sensor response need to be understood before vegetation surface temperatures of canopies with low percentages of ground cover can be accurately inferred. The response of a sensor is a function of vegetation geometric structure, the vertical surface temperature distribution of the canopy components, and sensor view angle. Large deviations between the nadir sensor effective radiant temperature (ERT) and vegetation ERT for a soybean canopy were observed throughout the growing season. The nadir sensor ERT of a soybean canopy with 35% ground cover deviated from the vegetation ERT by as much as 11°C during the mid-day. These deviations were quantitatively explained as a function of canopy structure and soil temperature. Remote sensing techniques which uniquely determine the vegetation canopy temperature(s) from the sensor response need to be studied.     

片上加热电容式湿度传感器研究

提出了一种集成加热结构的电容式湿度传感器结构。对传感器的稳态加热特性进行了分析,并利用红外线热成像技术对传感器加热过程以及稳态温度响应进行了研究。在5 V电压信号的加热下,传感器温度上升约30℃,且温度分布均匀,传感器敏感区域温差<4℃。在加热与不加热条件下,分别对传感器的湿度敏感特性与响应时间特性进行了测试。不加热时,传感器的灵敏度为0.00913 pF/%rH,回滞≈0.12 pF,响应时间约120.8 s;以5 V脉冲信号加热后,传感器灵敏度为0.00903 pF/%rH,最大回滞≈0.025 pF,响应时间约75.2 s。加热后传感器性能有了显著提高。     

基于SnO2气体传感器检测农药残留的表面动态响应特性

利用单个SnO2气体传感器在方波变化的温度条件下实现对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体的快速检测和识别.实验结果表面,SnO2气体传感器在温度范围为250～300℃、温度变化频率为20MHz的工作条件下对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体表现出高的灵敏度和清晰的动态响应特征.通过快速傅立叶变换(FFT)实现对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体的定量分析.