微气体敏感单元实验平台

为了安全、方便、可靠地进行微气体敏感单元气敏性实验,设计了一套微气体敏感单元实验平台,包括配气系统、反应室和检测系统。利用组态软件作为软、硬件的连接桥梁,实现了在计算机中对采集到的数据进行处理和存储。制备了SnO2敏感薄膜,通过实验平台测试测得灵敏度约75,响应时间约2 s,回复时间约200 s.实验验证了该实验平台的可靠性。     

基于硅桥的新型甲醛气体传感器的研究

提出了一种基于高分子薄膜溶胀效应的新型MEMS压阻式甲醛气体传感器,其结构由嵌入惠斯通电桥的硅桥和一层改性丙烯酸酯气敏薄膜构成,敏感薄膜因吸收甲醛气体发生溶胀使硅桥上的惠斯通电桥产生输出电压,从而实现对甲醛气体的检测.基于弹性力学薄板原理构建了该气体传感器中硅桥与改性丙烯酸酯薄膜相互作用的模型,并推导出传感器的输出公式.实验结果验证了理论分析模型,实验结果表明该传感器有很好的线性,选择性.实验测得该传感器灵敏度为0.975×106ecr,分辨率为10×10-6,响应时间和恢复时间分别为50s和65s.该传感器结构简单、无须加热,工艺成熟、成本低,应用MEMS 工艺技术可实现与信号处理电路的集成.     

微双桥结构氢气传感技术研究

基于催化燃烧式气体传感原理,提出了利用MEMS技术将电化学生长的Al_2O_3膜加工成微双桥结构载体,采用平面薄膜工艺制做铂薄膜热敏电阻,涂敷Al_2O_3-ZrO-Th0-Pd和Al_2O_3-ZrO-Th0形成催化敏感桥臂和温湿度补偿桥臂,实现在微双桥上催化桥臂和补偿桥臂的单片集成,制作出氢气传感器.测试结果表明:传感器可实现体积分数0～40 000×10-6氢气检测,具有线性输出特性,温度为5～45 ℃的传感器的最大零点输出优于±1.0%.     

MoS_2/石墨烯复合材料对NO_x气敏特性影响分析

为了快速准确检测汽车尾气中的NO_x气体浓度,采用低温水热法制备了MoS_2/石墨烯复合纳米材料。利用掩膜法将制备的MoS_2/石墨烯镀膜于氧化铝基体表面形成敏感薄膜,制作了一种薄膜型NO_x传感器。采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)仪,表征了MoS_2/石墨烯的相组成、微观形貌和电化学特性,分析了MoS_2/石墨烯复合材料对NO_x的气敏机理。在气体传感器静态测试系统上,测试了NO_x传感器灵敏度、温度、响应-恢复、抗干扰和长期稳定等特性。结果表明,MoS_2/石墨烯传感器灵敏度是MoS_2传感器2.1倍,响应时间为3.6 s,恢复时间为9.9 s,具有良好的重复性、选择性和长期稳定性。表明该传感器可实现汽车尾气中NO_x准确检测。     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。     

用于光气动探测的微流量传感器

针对气体红外吸收的气动探测应用,设计了基于MEMS技术的Sandwich结构硅基微流量传感器.在1 mm2面积内制备了阻值约1.6 kΩ的蛇形Pt薄膜作为加热及测温电阻,其电阻-温度系数(TCR)约2.2×10-3/℃.Pt薄膜采用4 μm厚氮化硅悬梁作支撑,在125℃工作温度下功耗约44 mW.研究了Pt薄膜电阻对的间距以及工作温度对微流量传感器性能的影响,并将其用于CO2气体检测.在0～1 mL/min的测试范围内,该微流量传感器输出信号与气体流量成线性关系,理论检测下限约8.5 μL/min,可用于气体红外吸收的气动探测.     

Tm3+掺杂纳米In2O3的制备及其气敏性能研究

为了测试Tm3+掺杂纳米In2O3的气敏性能,以InCl3·4H2O、Tm2O3和柠檬酸为原料,通过溶胶凝胶法制备出Tm3+掺杂的In2O3纳米粉体,并通过XRD、TEM对产物进行了结构、形貌的测量和表征.结果表明:前驱体经600℃高温热处理后得到粒径约为33 nm的纳米粉体.将产物制作成气敏元件,采用静态配气法测试了材料的气敏性能,发现元件在工作温度为250℃时对50×10-6的NO2的灵敏度达到128,响应时间达4 s,而且对其他气体有较好的抗干扰性,有望开发成为对NO2检测的敏感材料.     

一种检测乙醇浓度的气敏传感器的制作

在汽车电子行业，乙醇气敏传感器可用来检测司机的酒精含量，避免事故的发生。因为二氧化锡（SnO2）具有较高的灵敏度、且最高灵敏度对应的工作温度较低、电路简单、造价低廉、使用方便等特点。基于薄膜工艺开发了硅基二氧化锡薄膜为感应薄膜的乙醇气敏传感器，介绍了乙醇气敏传感器的工作原理，在比较两种薄膜结构的基础上，深入探讨硅基二氧化锡薄膜制作工艺，并对薄膜性能进行了定量分析，为乙醇气敏传感器制作提供了一种好的思路。     

In/Sb掺杂SnO_2纳米薄膜的H_2S气敏特性

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法(Sol-Gel Dip-Coating, SGDC)制备SnO_2纳米晶薄膜气敏传感器.较系统地研究了掺杂量、镀膜层次和热处理温度等制备工艺对薄膜表面形貌、晶粒大小及气敏性能的影响.研究结果表明:铟的最佳掺杂量为4at%,最佳镀膜层数为7层,最佳热处理温度为600 ℃.气敏传感器最佳工作温度为165 ℃,在此工作温度下,薄膜的灵敏度分别为26.3(137 ppm H_2S)和2.5(2.74 ppm H_2S),薄膜的响应恢复时间较短分别为8 s和22 s,对H_2S气体有较好的选择性.     

基于MEMS叠层微结构的SO2毒气传感器

利用多孔上电极叠层微结构,以真空镀膜技术形成气敏膜,采用MEMS微加工技术研制了气体传感器.依据等效电路和工艺边界条件,通过电导公式推导出传感器的输出电导提高了103倍,解决了有机半导体的信号采集问题.通过SEM微观形貌,确认蒸发电流100～120 A、蒸发时间8～12 s为电极成膜最佳条件;气敏膜表面呈现二次化学反应融合的200 nm左右"米粒状" 活性颗粒状态,均匀一致,孔隙有序.测试结果表明:比例系数为0.15～0.35的硫酸掺杂CuPcxPANI 1-x对SO2有最佳的灵敏度;考虑到减少H2S气体干扰,选择CuPc0.35PANI0.65为气敏材料,在加热电压VH为1～2.5 V时提高了传感器的灵敏度特性和响应恢复特性,响应时间为30 s;传感器输出特性为单对数线性关系,检测范围为0～200×10-6;经6个月的稳定性考核,其输出阻抗漂移≤±5%,灵敏度漂移≤10%.     

恒温式微热板电阻真空传感器的研究

微热板(MHP)作为一种微结构广泛运用在各种微传感器中。本文通过对微热板的传热分析，从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响；设计了一种边长为93μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器，支撑桥长65μm、宽21μm，微热板与衬底之间的气隙高度为0.5μm；采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工。测试结果显示，该微热板真空传感器气压测量范围约2Pa～105Pa,且响应特性与理论计算结果相符。     

基于LabVIEW的在线低压微小泄漏检测系统设计

文中介绍了直压式气密性检测的原理,针对汽车滤清器气密性检测,设计了在线低压微小泄漏检测系统.该检测系统基于LabVIEW虚拟仪器技术,采用直压式压力检测法,利用高精度压力传感器、数据采集卡以及精密气路等组成测试装置,实现了对一定容积滤清器的在线低压微小泄漏检测,并且介绍了该检测系统的工作原理、软硬件设计和系统性能.     

气敏元件自动测试系统的设计

介绍了一套气敏元件自动测试系统的设计方案,该系统能够自动控制气敏元件的工作温度、时间及测试气体的流量和浓度,能够自动采集气敏元件的动态响应,并通过测试系统软件实现数据处理与图像分析.改善了系统在数据采集与图像处理方面的不足.     

基于红外传感器的焊接环境有害气体监测系统

针对焊接环境有害气体浓度监测的需要,以DSP为控制核心,利用红外吸收原理设计了气体浓度监测系统,同时介绍了系统设计方案,阐述了红外传感器工作原理,分析了硬件和软件系统设计.该系统实现了实时显示、声光报警、远程通信等功能,具有精度高、响应快、性能稳定、抗干扰能力强等特点,具有良好的应用前景.     

基于无线传感器网络的瓦斯监测系统

针对无线传感器网络技术和瓦斯监测的发展现状,提出了基于无线传感器网络的瓦斯监测系统的网络构建方案,对网络中的瓦斯传感器节点的硬件结构进行了设计,并对系统的软件进行了分析和设计。无线传感器网络技术在瓦斯监测方面拥有广阔的应用前景。     

具有压力和位置检测功能的气囊型触觉传感器

为了提高机器人与外界环境的安全交互性能,基于导电面电势分布理论和封闭气体压缩定律提出一种适用于机器人曲表面的触觉传感器模型,实现了接触位置与接触压力的检测。传感器采用三层结构,包括导电层、压缩气体隔离层和信号提取层。为了适应任意曲面形状,降低导电层电势非线性分布影响,采用机器学习算法对电势分布模型进行重建。采用COMSOL软件对传感器导电层进行物理建模与仿真,并制备了传感器样品。仿真和实验结果表明,提出的触觉传感器模型可以定制于机器人曲表面上,并能实现接触位置和接触压力的实时检测,可用于人机信息交互。     

银掺杂氧化锌基乙炔气体传感器的 检测特性研究

乙炔(C_2H_2)气体是运行电力变压器油中溶解的主要故障特征气体之一,能有效反映变压器的放电故障;气体检测传感器及其检测特性是实现故障气体在线分析的关键。提出一种金属银(Ag)掺杂氧化锌(ZnO)基的纳米传感器,基于实验室微量气体平台研究其对C_2H_2气体的检测特性及气敏机理。结果表明:由于Ag掺杂以后为ZnO表面引入了杂质能级,掺杂后的ZnO纳米传感器表现出比未掺杂更高的灵敏度和更快的响应特性,并保持良好的线性度和稳定性。该结果为高性能ZnO基C_2H_2气体传感器的研究提供了新思路。     

电纺氧化锌纳米纤维乙醇、丙酮气敏传感器

研究了用静电纺丝技术制造微纳气体传感器的方法。采用PVP（Polyvinyl Pyrrolidone）/Zn（Ac）₂和PEO（Polyoxyethylene ）/Zn（Ac）₂两种混合溶液作为原料,通过电纺喷射获得了复合前驱体纳米纤维;在空气中加热至500℃去除聚合物,并使Zn（Ac）₂受热分解、氧化获得ZnO纳米纤维;利用X射线衍射术（XRD）对ZnO纳米纤维进行成分表征;最后实验检测了ZnO纳米纤维气敏传感器对乙醇和丙酮气体的传感特性。结果显示：以PVP/Zn（Ac）₂、PEO/Zn（Ac）₂复合纳米纤维为前驱体制得的ZnO纳米纤维平均直径分别为308 nm、184 nm;这种纳米纤维经加热氧化可获得高纯度ZnO纳米纤维;在室温条件ZnO纳米纤维气敏传感器对目标气体传感响应时间小于1 s,其传感灵敏值随着气体浓度的增大而升高。另外,以PEO/Zn（Ac）₂为前驱体制得的ZnO纳米纤维表面粗糙、比表面积大,具有较高的传感灵敏值,对于乙醇、丙酮两种目标气体的最高灵敏值分别为215.69和118.13。得到的结果表明：静电纺丝技术的引入为半导体微纳气敏传感器的集成制造提供了有效的方法。     

基于MEMS工艺的半导体电阻式气敏元件的研究

介绍了半导体电阻式气敏元件工作原理,设计了一种基于MEMS工艺的薄膜气敏元件结构,此结构以Si3N4/SiO2/Si3N4复合薄膜作为支撑隔热层,蜿蜒状多晶硅作为加热层,梳状Ag电极作为气敏薄膜信号电极,SiO2作为加热层与Ag电极的绝缘层,并在SiO2绝缘层上刻蚀通孔形成加热层与金属互连。该结构具有通用性,对不同气敏特性的材料均适用,且易于改进为组合结构或阵列结构。最后,对其工艺进行了阐述。     

基于信号奇异性的气体泄漏快速检测方法

文中提出一种基于信号奇异性的气体泄漏快速检测方法,利用小波变换分析信号的奇异点和奇异度,提取奇异度参数与气体浓度的对应关系,进而快速检测泄漏和估计气体浓度值。对一个微热板式气体传感器对不同泄漏浓度CO气体响应的实验数据分析处理,结果表明该方法能够抑制传感器基线漂移的影响,大幅度提高气体浓度的估计速度和实时性。