激光散射法悬浮颗粒浓度检测的理论研究

悬浮颗粒浓度是环境污染物浓度检测中一项重要指标。针对空气中悬浮颗粒浓度自动测量的实现方法问题,研究了一种基于激光散射法测量悬浮颗粒浓度的理论方法。确定了以Mie散射原理作为激光散射法测量颗粒浓度的理论依据。在Mie散射的基础上,对悬浮颗粒物的光散射特性进行了理论分析,通过MATLAB软件仿真分析了不同特征参数下的单个悬浮颗粒的散射光强度分布曲线和消光系数曲线,分别得到了散射光强分布与入射光波长λ、折射率m(实部和虚部)、颗粒粒径α之间的关系。结合仿真分析的结果,应用遗传寻优算法对粒径分布进行反演,通过反演结果证明了本方案在理论上的可靠性。验证表明,该研究所设计方法能精确地实现悬浮颗粒物质量浓度的测量,为相关检测仪器的设计提供理论基础。     

多孔电极平板结构的PdPc/H2PtCl6杂化 有机半导体毒气传感器的研究

采用"摸扳法"以对甲基苯酚、4-硝基邻苯二晴为原材料,以N ,N二甲基甲酰胺为溶剂,在N₂保护和碳酸钾的催化作用下,合成了酞菁分子碎片,通过质谱分析确定了相对分子质量为243(理论值为243.34),验证了工艺过程的正确性。以共溶技术将分子碎片与氯化钯在正戊醇、DBU作用下合成墨绿色四取代对甲苯氧基PdPc,通过红外吸收光谱分析验证了其吸收峰的测量值与理论值基本吻合,确定了合成反应终产物,进而以一定比例将PdPc 、H₂PtCl₆共溶在甲醇溶液中,在30~50℃下48h杂化合成为有机半导体气敏材料。依据欧姆定律,并以激光微加工、半导体技术设计、制作了多孔电极平板结构,增大电极面积,降低了电极间距,比常用叉指电极结构的电阻降低了10³倍以上,使其电导率接近无机半导体数量级,利于后续电路信号采集。通过电镜观察了多孔电极的微观SEM形貌,确定其为连续、多孔的表面态,气孔在0.1~2μm,既保证了导电,又有透气的特征。以真空镀膜技术将气敏材料形成气敏膜,电镜观察其气敏膜的微观SEM形貌,基本层膜厚2μm,并有0.1~5μm微球结晶体嵌入,分布匀一,呈现继续互融生长趋势。以静态法测量其气敏特性,结果表明传感器对NO₂呈N型半导体,0.010%气体浓度下灵敏度为7.45倍;对NO呈P型半导体,0.010%气体浓度下灵敏度为0.25倍;响应时间为90s。对气体不同的变化规律说明其的气敏机理与气体性能有关。     

基于MEMS纳米孔Al2O3基板的CuCl2/CuPc传感器及机理研究

用MEMS微加工方法,以具有90～100nm孔柱的A12O3膜为基板,设计并制作了具有Φ0.2mm微孔通道的气体传感器芯片,并通过真空镀膜方法把CuCl2杂化修饰的CuPc蒸镀成气敏膜,以微壳封装方法制成微结构传感器,实现了主动吸气的检测模式,提高了响应时间和气敏性.通过SEM观察,可见良好的膜表面形貌和尺寸:Al2O3膜基板厚度为0.25mm,侧面为柱状紧密体,表面呈现90～100 nm纳米孔活性态;用做电极和加热器的Pt膜的厚度为500nm,柱状密排;敏感膜厚为150nm,连续规整;微壳深度为150～200μm.测试结果表明,传感器对液氯蒸气具有较好的气敏性,其灵敏度为0.01%Cl2浓度下的5倍以上,响应时间小于30s,并呈现N型半导体的变化规律.分析了改变通气状态和加热电压等条件时对传感器气敏性的影响,探讨了CuPc有机半导体的气敏机理.     

超声波相位比较法的风速风向传感器设计

针对自然环境中风速风向的准确识别,利用超声波原理设计了风速风向双参数传感器检测系统.系统中超声波产生以及接收采用频率为213 kHz的超声波换能器,超声波传感器利用超声波相位差法测量风速风向,详细阐述了二维相位差法的测量原理和计算方式,并通过Lissajous曲线验证了该方法的可行性.系统中运用功能相同的数字芯片替换复...     

基于激光微加工Al2O3微结构Cl2传感器的制作及性能研究

以膜厚为250 μm的Al2O3膜为微结构基板、95#Al2O3瓷板为微壳结构体,设计并采用激光微加工技术制作了具有Φ0.2 mm微孔通道的微结构传感器.阐述了CuCl杂化修饰CuPc的工艺过程,并通过真空镀膜形成气敏膜.实现了主动吸气的检测模式,提高了响应时间和气敏性.通过SEM分析得到了良好的表面形貌和膜尺寸,用做电极和加热器Pt膜厚为500nm,敏感膜厚为150 nm,微壳深度为150～200μm.测试结果表明对Cl2具有较好的敏感响应,灵敏度为0.01%浓度下0.25倍,并呈现P型半导体的变化规律.研究了通气状态和加热电压对传感器响应和气敏性的影响.     

氯气检测报警器的设计

提出了一种以LM3S1138 Cortex-M3处理器为核心的氯气检测报警器的软硬件设计.采用恒电位电解式氯气传感器对空气中的氯气浓度进行测量.设计了恒电位电路、信号调理电路、人机接口电路和报警电路,同时采用软件温湿度补偿策略,实现温湿度自动补偿.该报警器测量氯气浓度范围为0～20 ppm,(1 ppm=10-6)测量精度达到0.1 ppm,响应时间＜60 s.具有时间显示,一、二阶报警和报警锁存等功能.可广泛应用于石油化工、造纸、纺织、水处理等场合.     

气象参数采集及数据处理系统设计

针对气象部门人工采集气象参数存在的问题,文中设计了具有自动采集、发送相互独立的双处理器结构及无线传输数据的气象监测系统,实现了数据采集的连续性及上位机对下位机实时控制。分析了系统的软硬件结构,并基于Delphi平台开发了控制与采集及其数据管理软件。标定实验数据表明该系统采集数据误差小、抗干扰性高,数据采集精度控制在5%之内,能够满足实际应用要求。     

HClO4掺杂PANI/PdPc复合膜及其气体传感器研究

本文阐述了用化学合成法合成HClO4掺杂聚苯胺(PANI)和酞菁钯(PdPc),以松油醇为溶剂,将它们以不同比例相互杂化混合,再以微加工技术和溅射镀膜技术制作了平面微电极陶瓷基片,用涂膜工艺制作了7种不同混合比例的有机复合膜元件(PANI)x(PdPc)1-x.用静态配气法在气体浓度为0.01%时,对多种毒性气体逐一进行气敏特性测试.结果表明,PdPc对NO2呈N型半导体,灵敏度为0.06倍;HClO4掺杂PANI对SO2呈N型半导体,灵敏度为0.0023倍;x=1/6时,敏感膜对SO2、NO、Cl2也呈N型半导体,灵敏度分别为0.02倍,0.09倍,0.046倍.可通过选择不同的配比实现传感器的气敏选择性.     

一种AIN基热隔离MEMS阵列风速传感器设计

采用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术设计和制作了一种基于氮化铝(aluminum nitride,AIN)基热隔离四阵列热流量风速风向传感器,并同时集成了一个环境温度传感器.在厚度为0.2 mm的AlN基片上通过光刻剥离工艺和激光微加工工艺实现2D微结构风速风向传感器制备.传感器由中间加热器、4个温度探测器和1个温度传感器组成,4个温度探测器之间通过激光微加工刻蚀8个热隔离通孔以减少热传导损失,提高有效热流量交换.通过对传感器的ANSYS仿真及性能测试,验证了设计的合理性及工艺的可行性.分析得出采用热隔离通孔可有效提高4个探测器的灵敏度,降低了加热电极的热传导损失,减小了传感器设计尺寸,提高了设计的集成度.传感器测试结果表明:最大角度差为5°,速度误差小于0.5 m/s.加热功耗为120 mW,响应时间仅3 s.     

面向氯气安全监测的无线传感器网络系统

基于无线传感器网络特性,应用传感器技术、无线通信技术和计算机技术,提出了面向氯气安全监测的无线传感器网络系统设计方案.系统采用MSP430F149和CC1101芯片为核心,完成了终端节点和中心节点硬件设计、基于星型拓扑结构的通信协议设计以及PC监测中心监测报警软件设计.无线传感器网络可以快速灵活部署,并且成本较低.系统运行稳定,易于扩展,应用前景广阔.