超便捷高灵敏气体及湿度传感器

发布时间：2020-05-29 19:23

【摘要】：工农业生产地快速发展,往往伴随着环境污染等问题。如何在保证生产效率的前提下,快速、精准地检测各种气体是本文关注的重点。传感器前期的研究成果多是有源传感器,虽然有响应恢复时间短、灵敏等优点,但是存在需要架线和电源供电、工作温度高、使用周期短等不足,因此应用领域受到限制。鉴于以上有源传感器的局限性,本文提出了一种无源气体传感器,利用稳定性高、在常温下就可以工作,通过合理的方法制备,实现了常温下传感器的测试。论文主要研究内容如下:本文提出了一种提高灵敏度的气体及湿度传感器的设计,采用Ansys公司的HFSS软件对改进的两个模型分别进行模拟仿真,得出合理范围内的结构参数,并选取较优的改进结构。该传感器是将碳纳米管(Carbon nanotubes,CNT)和微带天线集成在同一平面上,当暴露于不同的气体或湿度环境时,通过CNT薄膜物理吸附气体分子和水分子导致导电性的变化,从而改变天线的工作频率,来实现传感器的功能。传感器灵敏度的提高是采用CNT薄膜带替换部分贴片导体的思想,被替换的贴片部分在天线辐射中占据主导地位,进而可以更好的影响频率变化,让CNT薄膜对天线的辐射产生最大的影响。后续实验搭建了测试平台,在常温、湿度恒定的密封环境中,用几种不同的气体填充传感器原型,通过对传感器的性能测试,得出在二氧化碳环境中,气体传感器的频移程度最高达到13MHz;在氧气和氨气环境中气体传感器的频移程度达到了约9MHz;在湿度环境中,频移程度约为35MHz。最后实测显示结果良好,改进后的CNT天线传感器的气敏性能有所提高,优于目前已报导的在贴片谐振器顶部集成的CNT的气体传感器。该传感器的工作频率为2.4GHz,频率应用面广、可以很好地与Wi-Fi、蓝牙等设备兼容,便于集成在传感器网络中。传感器的几何结构也可以很容易地扩展到其他频率,与应用设备共形。本文所提出的无源气体传感器在环境监测、天气预报和特殊工业生产的应用等领域具有很大的前景。
【图文】：

应用场,气体传感器

死于空气污染，污染包括有毒气体（O3，CO，SO2，NH3，H2S），挥发合物（苯，甲苯等），温室气体（CO2，CH4，NO2），颗粒物质（PM10，PM长期吸入污染物会对人体健康造成影响[1]。运输交通[2]、家庭取暖，，工生产生活都会导致气体产生。研究发现，当2NO 和元素碳（EC）浓度学生的工作记忆水平降低[2]。此外，部分学生在每立方米增加 10 微克的CO2气体浓度环境中，会加重发哮喘的风险。国内的经济发展对环境也造成了严重影响[3]，研究显示中国 161 个城市物（PM2.5）含量升高与 2015 年超过 60 万人过早死亡有关[4]。但是国质量监测的研究发展较为缓慢，市面上性能好的产品多为国外引进。进一步提高监测空气质量的水平是应对国内空气污染必备的一环，不单境的监测，工业、医疗、以及商业生产活动，同样也需要应对不同应用相应的气体传感监测，从而达到更高效、绿色、安全地进行生产活动

空气质量监测,交通空间,基站,空气质量

新疆大学专业硕士学位论文质量监测发展质量监测从基站式的系统检测[6],[7]（如图 1-2）到 1 立方米到 10 立方厘米不等。基站式主要由中检测站组成，一般来说，它们的使用密度较低，只然监测方法精确但是体积庞大，价格昂贵，承担着制定环境标准[8]，同时含有化学仪器的损坏是否对车载式监测采用定点巡检的方法，将采集的气体送数据。目前对于家庭环境的气体检测，市场多出售省了一定成本，客户接受度高[9]。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X85;TP212

【相似文献】