面向气体传感器与电子鼻的测试平台设计及分析方法研究

发布时间：2020-02-26 22:09

【摘要】：气体传感器是一种将某种气体体积分数(浓度)转化成可测的电信号的转换器,在食品安全、空气质量、医疗卫生等诸多领域都有广泛的应用前景。但气体传感器通常难以达到只对一种气体响应,为了提高其灵敏度和选择性新型气体传感器的研制和测控方法成为该领域的研究热点,尤其是基于气体传感器阵列以及气体传感器多种温度调控方式的电子鼻系统,已被广泛研究用于多种混合气体的定性定量检测。而如何评测所研究的新型气体传感器和电子鼻系统的性能参数,建立面向特定应用环境的传感器响应数据库并寻求其相应的分析方法,成为该领域研究的一个基础条件。因此,结合实际项目开展的需求,为了适应当前多种新型气体传感器和电子鼻系统需求的特点,本文开展了面向气体传感器与电子鼻系统的测试平台设计与实现,以及相应的分析方法研究工作,意图实现一套配气快速精确、传感器工作模式可控并且结合了典型分析方法的测试平台,为气体传感器和电子鼻系统的参数评测、气体传感器阵列优化和工作模式优化提供测试依据。整个测试平台包括配气模块、传感器测控接口、采集模块和数据分析模块。配气模块基于动态配气法,选用了目前先进的质量流量控制器,可实现4种气体的混合配气,且配气浓度可调,配气种类可调,气体流量可调,气体总流量可控。传感器测控和数据采集模块可实现多种类型传感器的测试。本文以目前研究最多的金属氧化物气体传感器为例,设计传感器的测控接口电路,并选用NI公司的先进的数据采集卡,实现16路传感器的加热控制和实时数据采集。传感器工作方式包括恒温模式与温度调制模式两种,均可实现软件控制;所有传感器的响应数据通过采集模块实时显示并存储。数据分析模块对采集到的即时数据进行分析,可获得气体传感器的最大响应值、响应与恢复时间、气体选择性等参数的统计分析结果,并且该模块还增加了当前电子鼻系统领域中的主成分分析、神经网络等典型的模式识别方法。测试平台的软件系统基于NI的LabView开发环境搭建。该测试平台软硬件系统已经搭建完毕,可实现4种气体、16路传感器的稳定和动态控制及测试,采样速率可达500KS/s。通过配气结果、传感器特性参数、典型混合气体识别方法的结果对比,可实现对新型气体传感器和电子鼻系统的测试标定,为传感器检测性能的改善、测控模式研究、电子鼻新型混合气体识别量化方法的研究提供必要的参考数据。
【学位授予单位】：山东工商学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212;TP274

【参考文献】