一种利用单个SnO2 气体传感器检测农药残留的新方法

研究了一种在环境气氛中快速检测和识别农药残留(敌百虫和乙酰甲胺磷)的新方法，即动态检测方法。这种方法是利用单个SnO2气体传感器在方波变化的温度下完成对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体的定性分析。实验结果表明，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特征响应。     

基于单传感器动态检测和神经网络的气体识别

介绍了气体传感器动态检测结合神经网络识别空气中有机气体的新方法.这种方法利用单个SnO2气体传感器在方波温度调制的状态下实现了对多种有机气体的定性分析.在0.02Hz的调制频率、250℃～300℃的温度调制范围内,测得了传感器对不同浓度异丙醇、乙酰丙酮及其混合气体的动态响应值,再通过小波变换对单个周期测试信号进行特征提取,最后将提取的特征值输入神经网络进行网络训练和定性识别,识别的成功率高达100%.     

温度对二氧化锡气体传感器响应信号的影响

在方波调制的条件下,研究了不同的外加电压和不同的占空比下SnO2气体传感器动态响应信号,同时测定了两种条件下的传感器表面相应的温度变化曲线;在7V的外加电压和30/(30 20)的占空比下,传感器能给出完整的动态响应信号;温度曲线的线形虽然相似,但温度梯度却不同,表明电压和占空比对动态信号的影响是通过温度这一本质因素来实现的.对温度这一本质因素进行了理论分析.     

几种神经网络在混合气体预测中的比较

气体传感器阵列的交叉敏感性严重影响气体传感器对混合气体的测量。用M atlab平台的神经网络工具箱,分别构建了BP,径向基(RBF)和模糊(FNN)神经网络,利用掺杂不同材料的4种SnO2气体传感器组成阵列,实现对甲醛、甲苯、丙酮和乙醇混合气体的体积分数预测。结果表明:FNN神经网络对混合气体体积分数预测的精度要高于其他2种网络。而且,结合PCA和ICA对数据样本进行预处理,有利于提高神经网络对体积分数预测的精度。     

Ni掺杂SnO2花状微结构的制备及其气敏特性研究

采用水热法合成了纯SnO2和4 mol%Ni掺杂SnO2花状微结构.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶相、成分进行了表征,对制备的纯的和Ni掺杂SnO2传感器性能进行了测试.实验结果表明:Ni掺杂可以显著改善SnO2微结构的气敏特性.在最佳工作温度(280℃)条件下,4 mol%Ni掺杂SnO2传感器对100×10-6甲醇的响应可达到13.0,其响应是纯SnO2气体传感器的2.4倍.同时,其具有快速的响应/恢复时间(6 s/5 s),较低的检测极限(1×10-6),以及对甲醇的良好选择性.最后,对Ni掺杂SnO2气体传感器的气敏机理进行了分析讨论.     

基于单个SnO2传感器的CO/H2混合气体定量分析

利用单个商品化SnO2传感器,对CO和H2及其混合气体进行分类识别和定量分析.对传感器进行温度调制,获得传感器在不同浓度CO、H2和CO/H2混合气体中的动态响应.对动态响应信号进行离散小波变换(DWT),选取小波系数作为特征,输入到支持向量机(SVM),实现了对CO、H2及其混合气体的识别(其中CO浓度100×10-6,H2浓度1 000×10-6),正确识别率超过96%.从动态响应曲线提取特征,利用SVM模型对CO/H2混合气体进行定量分析,准确地估计出CO的浓度.另外,采用相同样本集,对比SVM和BP算法, 结果显示SVM具有更优的泛化性能.可用的数据处理算法可移植到单片机实现,在气体传感器智能化的研究中具有潜在的应用价值.     

SnO2传感器的温度补偿特性研究

环境温度的改变和传感器工作温度的漂移严重影响了SnO2类传感器的检测精度、稳定性以及重复性.采用数字PI算法,通过控制SnO2传感器内部加热电阻的功率,使传感器工作在稳定的绝对温度下,从而抑制了温度变化对传感器的干扰,提高了该类传感器的工作稳定性.通过对含有CH4气体检测的大量实验表明:该方法完全能够抑制环境温度变化对传感器的干扰,提高传感器性能.     

表面SiO2改性高选择性MOS氢气传感器

以十甲基环五硅氧烷(D5)为硅源,采用化学气相沉积法(CVD)在SnO2气体传感器表面沉积SiO2膜作为改性层,研究了CVD处理过程中温度和处理时间对传感器的选择性和灵敏性影响.通过对乙醇、丙酮、苯和氢气的气敏性能测试,得出在500℃下CVD处理8 h后的SnO2传感器对氢气具有最好的选择性和灵敏性.同时讨论了SiO2改性层提高SnO2传感器选择性和灵敏性的机理.     

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

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0~1000 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SnO2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。     

SnO2纳米颗粒多孔薄膜气敏传感器对CO气体的敏感性

在适当的条件下分解有机金属前驱体[Sn(N(CH3)2)2]2制备了尺寸分布集中的SnO2纳米颗粒.二氧化锡纳米颗粒胶体沉积到气体传感器的硅基础结构上形成纳米颗粒多孔薄膜传感层,并对传感层进行金属Pt元素原位掺杂.在专用实验台上测定了SnO2纳米颗粒传感器对CO 气体的敏感性,结果显示此传感器对CO气体表现出较好的敏感性和稳定性.     

A real-time intelligent gas sensor system using a nonlinear dynamic response

We developed an intelligent gas sensor system for discrimination and quantification of gases by a single semiconductor gas sensor in real-time. This system is based on the information embedded in a nonlinear dynamic response. By applying a sinusoidal voltage to a heater attached to a sensing material, a characteristic time-dependent trace of the sensor resistance is obtained as a response to environmental gases. In order to evaluate the characteristic response in a quantitative manner, fast Fourier transformation (FFT) was performed for the dynamic response. Higher harmonics, obtained by performing FFT, were processed by using a discrimination method and a multiple regression. It is possible for the system to respond in the time order of several seconds. The physico-chemical meaning of the response was also discussed.     

Chemical sensing by analysing dynamics of plasma polymer film-coated sensors

A chemical sensing system that incorporates unique sensor films and uses pattern recgonition of their dynamic responses is presented. This system consists of a sensor array of quartz-crystal microbalances coated with plasma polymer films. The films, synthesized by radio-frequency sputtering, are useful because of their high density of radical sites and unsaturated bonds. When this sensor array is exposed to a gas, the adsorption and desorption of the target gas causes a dynamic frequency response in each piezoelectric sensor. The sensor response is analysed by an autoregressive model typically to estimate the parameters of dynamic systems. This model's coefficients reflect the sensor dynamics, providing pattern vectors that characterize the target gas. Based on this model, classification maps for single gases can be created with these pattern vectors. Thesse maps show that the dynamic sensor response provides useful information for gas classification. This model also confirms that our sensing system can identify the components of a gas mixture.     

基于随机共振的纳米碳管气体传感器的研究

基于气体电晕放电原理,利用纳米碳管独特的物理结构和尖端发射效应,提出了一种新型的纳米碳管离子型气体传感器.采用阳极氧化铝模板法生长的定向纳米碳管阵列所构成的传感器,纳米碳管和电极是一体的,简化了器件结构和工艺.在外加直流电压激励下,纳米碳管顶部形成很强的非均匀电场,在电压相对低的情况下能很容易地电离气体,根据气体的击穿电压和放电电流来实现对单一气体和确定性混合气体的检测.为了提高检测混合气体的灵敏度,创新地在检测回路中引入随机共振发生装置,有效地提高了混合气体浓度检测的范围.实验中还分析了温度、湿度对传感器的影响,对该传感器的性能也作了评价.实验结果表明该传感器具有选择性好、体积小、响应时间快、灵敏度高、稳定性好,室温操作等优点,而且实现方便,操作简单,有较大的实用价值.     

Y沸石改善SnO2气体传感器性能的研究

为了改善气体传感器的敏感性能,分别采用SnO2外涂Y沸石的涂覆法和Y沸石与SnO2混合法,用Y沸石对SnO2气体传感器进行改性.用X-射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)对混合法制备的Y沸石/SnO2复合材料的结构和表面进行了表征与分析.将这两类敏感元件进行了VOC气体的气敏测试.结果表明,与纯SnO2相比,Y沸石与SnO2直接混合的复合材料提高了对丙酮的响应值,而对其他气体响应值基本不变;涂覆法制备的气敏元件不仅提高对丙酮的响应值,而且减小了对乙醇的响应值,对乙醇起到一定抑制作用.初步分析了Y沸石对SnO2气敏特性改善的机理.     

四苯基卟啉薄膜/K+-交换玻璃光波导传感器的研制及其气敏性研究

利用Alder法合成了四苯基卟啉并进行了表征;用匀胶机将一定浓度的四苯基卟啉溶液做成薄膜固定在钾离子（K+）交换玻璃光波导表面,研制了高灵敏的四苯基卟啉薄膜/K+-交换玻璃光波导传感器,并对挥发性有机气体进行检测。实验结果表明,在室温下该传感器对低浓度的苯乙烯、二甲苯、甲苯等蒸气具有一定的响应,其中对二甲苯的响应最大,能检测到1×10-6（V/V0）的二甲苯蒸气。     

基于传感器动态检测和神经网络的气体识别

提出将气体传感器阵列动态检测与人工神经网络相结合的方法实现气体的识别。设计了用该方法进行气体检测识别的实验系统。该方法具有实验次数少、识别准确度高的优点。实验以4个金属氧化物半导体气体传感器组成的阵列为例,详细讨论了该方法的实验过程及识别结果。通过实验对甲烷、乙醇、丙酮3种气体及其混合气体进行识别,结果表明:该方法的正确识别率达到100%,具有很高的实用价值。     

Modification of the oxygen diffusivity in limiting current oxygen sensors

Effect of sacrificial carbon on microstructure of protective layer and sensing properties of limiting current oxygen sensors were studied. Graphite and carbon nanofiber with different concentrations were examined as sacrificial layer. Therefore, several YSZ-based electrochemical gas sensors were fabricated with dissimilarity in the diffusivity of the layer covering their measuring electrodes.Gas sensors were tested as potentiometric and amperometric devices under O₂-N₂ mixtures, and synthetic gases similar to the exhaust gas mixtures from combustion engines. Sensors with low diffusivity (low concentration of sacrificial material) exhibit more abrupt and O₂-sensitive potentiometric responses. Indeed, less O₂-linear amperometric responses and higher response times are their characteristics. Sensors with high diffusion in their layers (high concentration of sacrificial material) show a less abrupt step-drop potentiometric response but a more linear O₂ dependence for the amperometric response and, in general, lower response times.Results suggest that the configuration of the diffusive layer shall be controlled in terms of the expected performance of the sensor, as an amperometric or potentiometric device. The controlling parameters are discussed and given in this study.     

光谱吸收型光纤气体传感器的研究

研究和讨论了一种易于实现的光谱吸收型光纤气体传感器.采用LED作为光源,利用可调谐法布里-珀罗腔的选频特性进行检波,并采用谐波检测,显著提高了检测的灵敏度.同时,采用多光路设计和软件控制相结合,可在线检测多种气体,克服了以往气体传感器只能检测一种气体的缺点,大大增加了该传感器的适用性.     

基于最近邻域法的气体传感器模式识别技术研究

提出将气体传感器阵列检测与最近邻域法相结合的方法实现气体的模式识别。设计了用该方法进行气体识别的实验系统。该方法具有实验次数少,且识别准确度高的优点。实验以3只金属氧化物半导体气体传感器组成的阵列为例,详细讨论了该方法的实验过程与识别结果。通过对CH4,H,CO 3种气体进行识别实验,结果表明:该方法的正确识别率达到100%,具有很高的实用价值。