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。     

基于曲面拟合理论CO_2传感器数据融合研究

针对CO2气体传感器在实际应用中,由于环境因素干扰而导致检测精度下降这一问题,提出了采用曲面拟合理论的数据融合方法来消除环境温度对传感器输出的干扰。实验是在气体和温度的二维标定系统中进行,实验温度为0~50℃,CO2气体体积分数为(0~2000)×10-6,标定点取36个。通过数据融合,有效地降低了温度变化对CO2气体传感器输出的干扰,提高了气体传感器和温度传感器的测量准确度。     

基于温度调制的气体传感器动态信号识别研究

利用4只掺杂Pt的SnO2微热板气体传感器组成传感器阵列来识别三种不同的工业气体（ CO, CH4和C2 H5 OH）,传感器加热分别采用了三角波、正弦波、锯齿波和脉冲波四种温度调制模式。然后将得到的传感器动态响应信号进行短时傅里叶变换（ STFT）提取特征信息,并结合主成分分析（ PCA）方法将特征信息进行降维处理,发现调制周期对气体种类影响较小。最后利用决策树识别三种不同的气体,识别准确率较高。实验结果证明了该算法的正确性和可行性。     

基于单一传感器的可燃混合气体RBF网络分析

催化传感器对不同可燃气体或在不同的工作温度下有不同的输出灵敏度,根据这一特点控制单一催化传感器工作在不同的温度,检测可燃混合气体时可以得到不同的输出信号,采用RBF神经网络和动态学习算法,建立了多种可燃气体分析的数学模型。通过对CH4,CO,H23种气体混合的样本进行实验,结果表明:所研究的方法可以较好地实现单一催化传感器对多种可燃混合气体的分析。     

基于STM32的多功能函数信号发生器设计

本文设计了一种0～10MHz多功能函数信号发生器,该信号发生器以STM32F103C8T6单片机为控制核心,通过控制直接频率合成芯片AD9833产生正弦波,三角波和方波三种波形,通过按键设置实现对输出波形种类,频率和幅值的控制和调整。STM32F103C8T6输出波形的频率、幅度等参数在OLED上实时显示。本设计实现了对正弦波,三角波和方波三种波形的输出,输出频率0～10MHz连续可调,输出幅值0～5V连续可调。经测试表明,装置达到要求指标,且成本低廉、操作简单、功能齐全,能输出多种波形,节省了硬件成本且具有很高的应用价值。     

用于细胞培养的便携式电刺激器设计与实现

设计了一种以STC89C51单片机为核心的数字化多功能电刺激器,可根据用户需要产生直流、方波、正弦波、三角波和锯齿波共5种类型的电刺激信号,同时可实现各个波形的幅值和频率可调,其幅值输出范围为0～5V,频率范围为0～10 kHz,实现相同温度、湿度及培养基环境条件下,细胞培养过程中的电信号刺激以及高通量筛选.     

基于TDLAS-WMS的近红外痕量CH_4气体传感器

为了对煤矿CH4气体进行实时监测,基于混合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术,采用中心波长为1.65μm的分布反馈(DFB)激光器,设计并研制出痕量CH4气体传感器。利用自主设计的DFB激光器温度控制器,通过调节激光器工作温度,进而使其发光光谱扫描CH4气体的吸收跃迁谱线。同时利用WMS检测技术将待测信号频率移至高频区,减小1/f噪声。利用该痕量CH4气体传感器,在被测气体体积分数为(0~106)×10-6的范围内,对二次谐波信号进行了提取。测试结果显示:在(0~106)×10-6范围内相对测量误差小于7%,检测下限为11×10-6。同时,研究人员可以通过更换其他波长的激光器,实现对其他气体的检测。     

一种矿井可燃性气体检测装置的设计

本文介绍了一种便携式煤矿可燃性气体检测装置的设计,以超低功耗单片机MSP430F135作为主控制器,以TGS2611传感器作为可燃性气体的传感单元,并且设有声光报警、LCD液晶显示、串口通信等电路,实现了对煤矿矿井内部可燃性气体(主要指CH4)的实时和动态监测,具有较强的实用性和应用前景。     

激光器电压调制驱动与锁相放大电路的研究

为解决光频漂移对气体浓度检测的影响,根据分布反馈式半导体激光器的波长可调制特性,设计了一种激光器电压调制驱动与锁相放大电路。该电路的电压调制驱动电路输出波形是2 Hz的锯齿波和2 kHz的方波的叠加,其中:2 Hz的锯齿波使激光器的中心波长缓慢扫过气体吸收中心线,确保气体吸收光强;2 kHz的方波一方面对激光器的波长进行二次微量调节,另一方面作为谐波检测的同步信号。锁相放大电路则对不受激光器波长漂移的激光调制信号3次谐波进行锁相放大。Matlab仿真结果表明,该电路的输出与模拟气体浓度吸收光强函数的幅值成比例,同时证实了检测3次谐波的可行性。     

基于差分吸收检测技术的非色散红外SF6传感器

基于非色散红外吸收原理,以电调制红外光源、采样气室和双元红外探测器组成的红外传感模块为核心,利用差分吸收检测技术设计了一种小型化高性能的SF6气体传感器.利用标准气体进行浓度标定,拟合了SF6气体浓度与电压关系曲线,实现了对SF6气体浓度的准确检测.根据传感器检测误差随环境温度变化的规律,系统研究了温度补偿方法,有效提高了传感器在不同温度下的检测精度.实验结果表明,该传感器系统在环境温度10℃~40℃、气体浓度0~2500×10-6范围内的检测精度小于±50×10-6,分辨率为1×10-6,系统响应时间小于5 s,具有良好的重复性和稳定性.     

氧化锌气体传感器的制备及甲烷检测特性研究

甲烷(CH4)是电力变压器油纸绝缘中溶解的主要故障特征气体,能有效反映运行变压器油纸绝缘故障.气体传感检测是油中气体在线监测、分析的关键.基于水热法,制备了氧化锌(ZnO)纳米片和纳米球气敏材料及传感元件,基于实验室搭建的微量气体检测平台测试了其对CH4的检测特性.研究表明:基于ZnO纳米片制作的气体传感器比纳米球传感器对CH4表现出更好的气敏性能,对50μL/L CH4的最佳工作温度降低了约60℃,同时对低浓度(1μL/L～20μL/L)CH4表现出较高的线性度和长期稳定性.本研究对研制高性能的ZnO基CH4气体传感器奠定了基础.     

芯片自恒温集成FET气敏传感器简介

本文简介了Pd栅MOS气敏传感器的敏感机理.以N阱双极/MOS兼容工艺,将传感器的CO或H_2气敏单元、气敏补偿单元、加热电阻、温敏单元单片集成,制作了可调高温的具有高稳定输出的芯片自恒温系统.测试结果表明,该气敏传感器具有良好的选择性、稳定性和校高的灵敏度.     

电子鼻在气体检测中的应用研究

优选对甲烷、丙烷及氢气交叉敏感的5只半导体传感器组成气体传感器阵列,建立实时数据采集系统,结合特征提取和模式识别算法,研制出了一种对3种可燃性气体进行实时检测的电子鼻系统。提出了双重神经网络定量分析多种未知气体的方法,即先利用第一重网络对气体进行定性识别,再应用第二重网络对识别出的气体进行定量分析。通过BP神经网络分析表明:该系统对3种气体的识别率达到了100%,定量分析的最大相对误差不超过9.4%。     

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。     

基于CAN总线井下安全监控系统的设计与实现

井下原煤开采过程中产生的H2S,CH4,CO等有害气体对矿工生命和矿井生产带来巨大的安全隐患。矿井瓦斯爆炸、中毒、透水事故时有发生,准确地监测与提前预警可以有效避免事故的发生。设计了一种以CAN总线为通信网络并在其节点上挂接H2S气体传感器、双气体(CH4,CO)传感器、温湿度传感器等,实时监测井下工业现场有毒气体体积分数、温湿度等环境参量。实现井下工业现场安全监控和预报警。本监控系统在实验室模拟环境实验应用中效果良好,灵活度高,迁移性好,可直接应用于井下生产现场的监控。     

Development of wireless sensor network for combustible gas monitoring

This paper describes the development and the characterization of a wireless gas sensor network (WGSN) for the detection of combustible or explosive gases. The WGSN consists of a sensor node, a relay node, a network coordinator, and a wireless actuator. The sensor node attains early gas detection using an on board 2D semiconductor sensor. Because the sensor consumes a substantial amount of power, which negatively affects the node lifetime, we employ a pulse heating profile to achieve significant energy savings. The relay node receives and forwards traffic from sensor nodes towards the network coordinator and vice versa. When an emergency is detected, the network coordinator alarms an operator through the GSM/GPRS or Ethernet network, and may autonomously control the source of gas emission through the wireless actuator. Our experimental results demonstrate how to determine the optimal temperature of the sensor's sensitive layer for methane detection, show the response time of the sensor to various gases, and evaluate the power consumption of the sensor node. The demonstrated WGSN could be used for a wide range of gas monitoring applications.     

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。