一种新型SAW气体传感器的设计

提出了将纳米线技术与声表面波(SAW)技术相结合,分别利用纳米线气体敏感材料比表面积高,声表面波传感器质量敏感性高的优点,探索研制新一代声表面波气体传感器。该传感器具有响应速度快,灵敏度高,体积小,质量注和易集成等优点。该文主要从SAW专用芯片的研制、专用纳米线研制、专用纳米线的表面修饰与改性研究、检测电路设计等4方面进行了阐述。理论计算表明,相比传统二维结构的SAW气体传感器,三维纳米线结构的SAW气体传感器的在灵敏度和响应速度上都得到提高。     

声表面波化学战剂气体传感器的研究

介绍了声表面波气体传感器的基本工作原理和设计方法,通过SAW芯片拓扑结构、敏感膜、覆膜工艺和信号处理电路等方面的优化,研制出两种SAW化学战剂气体传感器,具有灵敏度高、响应和解吸附快,抗干扰能力强的特点。     

声表面波延迟线振荡器为核心的气体传感器

声表面波(SAW)器件的工作频率随基片表面上的负载质量变化而发生漂移,通常利用这一性质作气相分析与检测,已经有了若干用SAW延迟线器件制成的化学传感器。传感器表面涂着一层有化学选择性的薄膜,这一涂层则在化学分析时有选择地吸收待测气体分子,涂层在吸收了气体后发生一些物理变化,因而这种传感器的灵敏度与SAW延迟线表面上的涂层对气体的吸收量有关。许多实际使用的传感器是用双SAW延迟线组成的,它们集成在一片基体上,并在一个延迟线表面上涂上气体吸附薄膜,而另一个则不涂任何物质。 本文讨论了这种传感器的若干问题,如温度影响、响应时间以及频率变化与气体浓度间关系的非线性。最后提出了在传感器应用时的改进方法与措施。     

基于纳米修饰导电高分子的电化学气体报警器

针对公共安全领域对甲基膦酸二甲酯(DMMP)等神经性毒剂模拟剂的高灵敏度检测的需求,该文提出了一种基于纳米修饰导电高分子电化学阻抗型气体传感方法,通过开展改性修饰导电高分子聚合物材料和平面叉指微电极研究,制备了电化学阻抗型气体传感器,并设计了传感器阵列化结构和报警器总体架构;研制出电化学阻抗型气体报警器,并开展了性能测试。实验结果表明,该电化学阻抗型气体报警器可对质量浓度低至1 μg/L的DMMP进行有效检测,响应时间低至52 s。     

碳纳米管聚苯胺薄膜SAWSO2传感器的实验研究

以128°Y-LiNbO3晶体上实现的双声路声表面波(SAW)器件为载体,在器件的测量声路上制作了对SO2气体具有敏感作用的碳纳米管聚苯胺薄膜,提出了一种基于碳纳米管聚苯胺薄膜的SAW SO2气体传感器.该传感器中的双声路结构消除了因外界测量条件改变引起的测量误差,提高了传感器的可靠性和准确性.利用原位法制备的碳纳米管聚苯胺增加了SO2气体的吸附面积,提高了传感器的灵敏度.实验结果表明,基于碳纳米管聚苯胺薄膜的SAW SO2气体传感器在测量范围内对各种浓度的SO2气体具有好的响应特性;当输入体积分数为1×10-6时,传感器的响应灵敏度约为8.3 kHz,比单一聚苯胺薄膜高1.8 kHz.此外,该传感器也具有更好的线性特性.     

气体声表面波传感器的研究进展

主要从声表面波(SAW)结构和敏感膜的角度综述了SAW气体传感器的研究现状。重点分析了国外出现的换能器新型结构,对其优点进行了初步分析,并和传统的SAW气体传感器结构做了比较,指出这些新结构尽管存在一些缺点,目前还不能取代传统的通用式结构,但是在某些特殊场合具有传统结构所不具备的优点。在敏感膜方面,主要从新材料方面入手,分析了目前主要使用的敏感膜材料,并结合SAW气体传感器的发展趋势,总结出敏感膜的发展方向。同时,对SAW气体传感器的其他组成部分如衬底材料和信号处理电路也作了简单的回顾,最后结合国内外研究成果对SAW气体传感器的发展做了展望。     

MoO3纳米线有序阵列在微流芯片中的Cd2+离子传感特性研究

采用水热合成技术生长MoO_3纳米线,利用介电泳技术在微电极上组装MoO_3纳米线阵列,研究了纳米线阵列对水中Cd~(2+)离子浓度的传感特性。结果表明,水热法所得纳米线为正交相MoO_3结构,长度可达20μm。在介电泳力作用下,纳米线可在微电极的间隙取向排列,构成沿水平方向平行排列的纳米线阵列。将所得纳米线阵列与微流控芯片相集成,可获得用于液体离子浓度探测的微型传感器件。器件在室温下,对水溶液中浓度为1～50μmol/L的Cd~(2+)离子表现出快速灵敏的线性响应特性。其中,当Cd~(2+)离子溶液浓度为50μmol/L时,传感器的电阻开关比约为4.8,响应时间约为114 s。随着Cd~(2+)离子浓度逐渐降低,传感器的电流开关比线性下降,响应时间逐渐缩短。根据傅里叶变换红外光谱结果,MoO_3纳米线阵列这种快速、灵敏的Cd~(2+)离子敏感特性主要来自水热反应后其表面携带的羟基官能团所致。     

ZnO纳米线的制备及其气敏特性北大核心

采用水热法制备了ZnO纳米线,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其物相及微观形貌进行了表征和分析。测试结果表明,ZnO纳米线的平均直径和长度分别约为250 nm和10μm。同时,研究了ZnO纳米线气体传感器对挥发性有机化合物(VOC)的气敏特性。实验结果表明,ZnO纳米线的气体传感器在最佳工作温度200℃下,对浓度5×10-7乙醇和丙酮气体的灵敏度分别可达4.58和2.63,相应的响应时间分别为9和6 s,恢复时间均为3 s。其最低检测极限为5×10-8,表明该传感器对不同环境中乙醇和丙酮气体的检测具有潜在应用前景。最后,对ZnO纳米线气体传感器的气敏机理进行了讨论。     

基于新型声表面波单端对谐振器的生物传感器

该文设计并制作了一种基于新型声表面波(SAW)单端对谐振器的金黄色葡萄球菌生物传感器,该传感器采用了叉指电极中间内置敏感区域的谐振器结构。首先基于微扰理论分析了SAW生物传感器的响应机理。然后结合耦合模理论分析,得到了该谐振器的频率响应曲线。通过网络分析仪测量,实际制作的SAW谐振器的频率响应与仿真结果一致,且具有高品质因数的优点。实验中采用该结构对金黄色葡萄球菌进行初步检测,结果表明检测结果线性度较好,为下一步实现SAW传感器特异性实时检测金黄色葡萄球菌奠定了基础。     

433.92 MHz声表面波水果气体传感器研究

为监测水果在仓储及运输等过程中的新鲜程度,研制了一种以声表面波(SAW)单端谐振器为载体的SAW水果释放气体传感器。运用原位一步聚合法制备了聚苯胺气敏材料,在器件的敏感区域上用滴涂法涂覆敏感膜。实验结果表明,该传感器在室温条件下,对水果气体具有灵敏度高,响应恢复快等特性。对敏感机理进行了理论分析。     

化学战剂检测器的研究

研究了一种基于声表面波传感器阵列、后向人工神经网络(BP-ANN)模式识别软件和信号处理硬件的声表面波化学战剂检测器.传感器阵列输出的信号首先在FPGA中进行计数,然后通过MCU进行BP-ANN模式识别分析.根据分析的结果,MCU控制检测器发出报警信号.     

Simulation and Fabrication of SAW-Based Gas Sensor with Modified Surface State of Active Layer and Electrode Orientation for Enhanced H<Subscript>2</Subscript> Gas Sensing

The design, analysis, optimization, and fabrication of layered and nanostructure-based surface acoustic wave (SAW) gas sensors are presented. A lithium niobate and zinc oxide (ZnO) nano multilayer structure is proposed to enhance the sensitivity of the SAW-based gas sensor. Different materials are considered for the intermediate layer in the design for optimization purposes. The sensitivity of the sensor could be improved due to increased active surface area obtained by varying the aspect ratio of the nanorods, the thickness of the intermediate layer, and the gap between the electrodes. The total displacement and frequency shift of the device were significantly improved. Overall, the mechanically engineered surface-based (nanorod) SAW gas sensor offered better sensing response than the layered SAW gas sensor in terms of sensitivity performance.     

基于单片机控制的酒精浓度测试仪设计

近年来,我国私家车数量日益增加,交通事故频繁发生,大部分事故造成的原因是酒后驾车,因此需要设计一款智能的测试仪器来检测驾驶员体内酒精的含量。本测试仪由AT89C51系列单片机、气敏传感器、LCD1602显示屏、按键、LED报警指示灯、开关和电源等器件构成。可以检测气体中的酒精浓度,并采用液晶屏显示出酒精浓度和醉酒阈值,醉酒阈值可通过按键来设置,同时具有报警功能。当检测值超过醉酒阈值时,相应的指示灯亮,即红灯亮,黄灯的报警值可通过模块上的电位器调节阈值,是一款实用性强、安全可靠便于携带的气体乙醇浓度检测工具。     

基于MSP430的便携式甲烷气体浓度检测仪

介绍了一种基于MSP430微处理器的便携式甲烷报警检测仪的设计与实现。仪器以催化燃烧式传感器为检测元件,可以准确地对甲烷浓度进行现场实时测量,并将测量结果及当前时间保存。当空气甲烷含量超过预设报警值时,采用声光报警。仪器具有与PC机通信的功能,通过串口可将保存的历史数据输出给PC机,通过管理软件实现历史数据的回顾与整理。仪器测量电路具有通用性,配合不同气敏元件适当调节参数就可实现对多种气体的测量。     

基于MSP430的便携式甲烷气体浓度检测仪

介绍了一种基于MSP430微处理器的便携式甲烷报警检测仪的设计与实现。仪器以催化燃烧式传感器为检测元件，可以准确地对甲烷浓度进行现场实时测量，并将测量结果及当前时间保存。当空气甲烷含量超过预设报警值时，采用声光报警。仪器具有与PC机通信的功能，通过串口可将保存的历史数据输出给PC机，通过管理软件实现历史数据的回顾与整理。仪器测量电路具有通用性，配合不同气敏元件适当调节参数就可实现对多种气体的测量。     

基于声表面波技术的飞机结冰预警系统研究

飞机结冰严重影响飞行安全,现有结冰传感器都只在飞机结冰后才进行告警。利用声表面波结冰传感器及声表面波温度传感器设计了飞机结冰预先告警系统。研究了声表面波结冰传感器的原理,并设计了传感器信号的告警逻辑关系,通过等效电路对无线声表面波冰传感器进行仿真。仿真结果表明,声表面波飞机结冰预警系统可用以降低结冰信号的虚警率。     

可燃气体数字显示探头设计

设计一种可燃气体数字显示探头,介绍了数字显示探头的工作原理及其软、硬件的设计。显示探头的探测器由TGS842半导体金属氧化物可燃气体传感器构成,配以OP07放大器对检测信号进行放大,利用高精度的数字电位器根据不同环境对零点、量程做相应的调整,并用TLC549实现A/D转换把数字信号传送给AT89C51微控器,从而实现可燃气体浓度的实时显示和声光报警。再由XTR105芯片把标准的4～20 mA电流信号传送给中央控制系统,同时用软件对信号进行滤波、报警处理。     

基才51单片机的酒精浓度检测仪的设计

为了能有效防患因驾驶员酒后驾车而造成的事故发生,设计一种以智能仪器能够监测驾驶员呼出气体酒精含量非常必要。本设计以51单片机和MQ-3气体传感器为核心,设计了系统硬件电路,阐述了各模块功能并着重研究了气体传感器的选择。该系统能提供检测、显示、报警等多种功能,具有成本低、体积小、智能化强的特点。     

基于MQ-2与GSM的CO监测报警系统的设计

开发了一款具有短信发送功能的CO监测与报警系统.系统利用STC89C52单片机与MQ-2传感器相结合的方式对多路CO信号进行监测,浓度可实时显示,当浓度超过阈值时本地声光报警,利用GSM模块TC35i向指定的手机发送报警短信.报警阈值、手机号码可通过按键进行设定.系统操作简便、精度高、灵敏度强,并且很好的控制了成本有利于推广,达到了设计要求.