气相色谱、富集器和声表面波传感器的集成技术研究

发布时间：2017-09-07 06:30

  本文关键词：气相色谱、富集器和声表面波传感器的集成技术研究

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【摘要】：随着社会的发展,公共环境和工业生产的安全问题越来越引起人们的关注,在诸多检测对象中,对环境中混合气体的分析检测是重要的一环。对于现有的混合气体分析检测仪器,多数由于检测器工作条件苛刻而笨重,或因为仪器无法自动采样、进样而难以普及。SAW气体传感器以其灵敏度高、体积小的特点成为小型化气体检测仪器中检测器的备选方案,气相色谱技术可以对混合气体准确高效分离,气体富集技术可用于对环境气氛的采样,本文主要研究混合气体分析检测仪器中富集器、气相色谱和SAW气体传感器的集成技术。本课题中研究的富集器、气相色谱和SAW气体传感器还没有标准化的器件,因此本文在查询文献、论证方案的基础上,采用试验、分析、优化循环推进的研究方式,在多次的实验中得到优化、合理的集成方案和控制参数。在研究富集器集成控制的过程中,对富集器的发展做了恰当的总结和分析,基于富集器工作特点和测试条件,提出了富集器性能的测试方案;通过分析富集器工作流程,提出基于单稳态触发器的快速加热脉冲产生电路,测试了不同供电电压下的加热效果,以及富集器的性能,管式富集器的富集率提高到56;设计了低温吸附的富集器装置,测试发现低温富集可以显著提高富集器的富集率,相同富集时间下,制冷的富集器可以加快富集器冷却的速度,提升吸附材料的吸附性能,解吸附峰峰高为常温富集时解吸附峰峰高的2倍。本文介绍了气相色谱法和气相色谱仪,提出并为气相色谱实现了基于富集器的自动采样、进样的功能。采用二次富集的方法使色谱柱进样时间缩短为单次富集进样时间的一半。对于声表面波气体传感器,介绍了声表面波器件的结构、原理和敏感机理,介绍了声表面波气体传感器的原理、敏感机理;设计了基于双端谐振型SAW器件的驱动电路和计数模块,设计了SAW气体传感器的封装气室,实现了气室的完全密封,提出了SAW气体传感器作为气相色谱检测器的气室方案;本文提出了基于相似程度来识别SAW气体传感器响应峰和计算响应峰位置的算法程序,给出了源程序和识别计算结果。
【关键词】：富集器 气相色谱 SAW传感器 集成
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH83
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 基于富集器、气相色谱及声表面波传感器的气体分析检测系统11-16
• 1.2.1 以声表面波传感器阵列与模式识别算法为核心的检测系统12-14
• 1.2.2 以气相色谱柱与气体检测器为核心的检测系统14-16
• 1.3 关键集成技术分析16-18
• 1.3.1 富集器16-17
• 1.3.2 气相色谱17
• 1.3.3 声表面波传感器17-18
• 1.3.4 系统集成18
• 1.4 论文内容介绍18-20
• 第二章 富集器的集成控制及测试20-41
• 2.1 富集器概述20-29
• 2.1.1 以降低热容为目标的MEMS富集器的发展20-25
• 2.1.2 以提高吸附能力为目标的低温制冷富集器的发展25-28
• 2.1.3 基于质量敏感型检测器的富集器测试方案28-29
• 2.2 富集器的快速加热技术29-37
• 2.2.1 脉冲产生电路及快速加热效果30-33
• 2.2.2 富集器制备及性能测试33-37
• 2.3 富集器的低温富集技术37-40
• 2.3.1 低温富集技术的实现37-39
• 2.3.2 富集器性能测试对比39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 气相色谱气路的集成控制41-50
• 3.1 气相色谱概述41-44
• 3.1.1 气相色谱法41-42
• 3.1.2 气相色谱仪42-44
• 3.2 气相色谱技术的发展44-46
• 3.2.1 基于毛细管色谱柱的快速气相色谱技术44-45
• 3.2.2 MEMS微型气相色谱柱45-46
• 3.3 基于富集器的采样、进样功能实现与测试46-49
• 3.3.1 采样与进样46-48
• 3.3.2 进样气流的测试48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 声表面波气体传感器的集成及数据处理50-62
• 4.1 声表面波气体传感器概述50-54
• 4.1.1 声表面波器件50-52
• 4.1.2 声表面波气体传感器52-54
• 4.2 声表面波气体传感器的集成54-57
• 4.2.1 基于双端谐振型器件的传感器电路54-56
• 4.2.2 声表面波气体传感器的气室设计56-57
• 4.3 声表面波气体传感器响应数据的处理方法57-61
• 4.3.1 峰形识别与峰位计算方法57-59
• 4.3.2 算法的实现与优化59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 全文总结62
• 5.2 工作展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 附录 170-71
• 攻读硕士学位期间的研究成果71-72

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本文编号：807948