MEMS甲烷传感器特性表征系统的设计与实现

发布时间：2021-01-17 05:12

　　甲烷传感器作为矿山物联网一种重要的“感觉器官”,是煤矿生产的安全保障。随着MEMS技术的高速发展,出现了微型甲烷传感元件。MEMS甲烷传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、易于批量生产、易于集成化等优点,可以很好的满足新时代物联网对甲烷传感器的需求。准确表征MEMS甲烷传感器的电流-电压和功耗特性、响应时间等特性,明确传感器各项参数,是展现MEMS甲烷传感器的性能、发挥其优点的前提和基础。传统的MEMS甲烷传感器特性表征主要是通过数字源表、示波器等仪器进行测量与数据分析,此类方法具有价格昂贵、不便于携带、使用复杂等缺点。为此,提出了便于现场使用的MEMS甲烷传感器特性表征系统的设计研究,主要研究工作如下:首先,MEMS甲烷传感器特性表征系统的硬件电路设计。根据MEMS甲烷传感器的特性表征需求,以STM32单片机为控制核心,设计传感器驱动电路、A/D数据采集电路、时钟模块电路、存储模块电路以及电源管理电路等外围电路,并完成PCB制板。系统能够为MEMS甲烷传感器提供恒定电流和不同步长、时间的阶梯电流等多种电流激励以及采集该电流激励下传感器的响应电压值。其次,硬件系统功能的实现,数据异常检测... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

016-2021年全球MEMS市场规模及预测

工程硕士专业学位论文4图1-22016-2021年中国MEMS市场规模及预测Figure1-22016-2021ChinaMEMSMarketScaleandForecast进入21世纪以来，随着物联网技术的高速发展，对价格低廉、性能优良的传感器的需求大大增加，MEMS传感器的特点完美契合了社会的需求，其广泛应用与实际效益将会不断凸显出来。但是我国MEMS技术的研究还有很长的路要走，主要问题体现在复杂环境下的灵敏度与可靠性方面，有待进一步提高和完善。1.2.2瓦斯气体传感器检测原理及研究现状气体传感器的种类繁多，运用也非常广泛，根据工作原理分类，目前国内外主要用于甲烷气体检测的传感器有：载体催化燃烧型瓦斯气体传感器、氧化物半导体型瓦斯气体传感器、红外吸收型瓦斯气体传感器、热导型瓦斯气体传感器。(1)载体催化燃烧型瓦斯传感器载体催化燃烧型瓦斯传感器是由催化燃烧元件(俗称黑元件，又称pellistor[34])和补偿元件(俗称白元件)构成，如图1-3所示。黑元件是由高性能螺旋状的铂金丝和附着在多孔氧化铝载体上的贵金属催化剂组成。而补偿元件与催化燃烧元件的区别在于不添加贵金属催化剂，两者物理结构相同从而保证了相同环境下输出特性相同。一对黑白元件封装在防爆隔离罩中。图1-3MCJ4/2.8型瓦斯传感器Figure1-3MCJ4/2.8methanegassensor催化燃烧型瓦斯传感器目前还是延用上世纪五十年代英国的载体催化法的

工程硕士专业学位论文4图1-22016-2021年中国MEMS市场规模及预测Figure1-22016-2021ChinaMEMSMarketScaleandForecast进入21世纪以来，随着物联网技术的高速发展，对价格低廉、性能优良的传感器的需求大大增加，MEMS传感器的特点完美契合了社会的需求，其广泛应用与实际效益将会不断凸显出来。但是我国MEMS技术的研究还有很长的路要走，主要问题体现在复杂环境下的灵敏度与可靠性方面，有待进一步提高和完善。1.2.2瓦斯气体传感器检测原理及研究现状气体传感器的种类繁多，运用也非常广泛，根据工作原理分类，目前国内外主要用于甲烷气体检测的传感器有：载体催化燃烧型瓦斯气体传感器、氧化物半导体型瓦斯气体传感器、红外吸收型瓦斯气体传感器、热导型瓦斯气体传感器。(1)载体催化燃烧型瓦斯传感器载体催化燃烧型瓦斯传感器是由催化燃烧元件(俗称黑元件，又称pellistor[34])和补偿元件(俗称白元件)构成，如图1-3所示。黑元件是由高性能螺旋状的铂金丝和附着在多孔氧化铝载体上的贵金属催化剂组成。而补偿元件与催化燃烧元件的区别在于不添加贵金属催化剂，两者物理结构相同从而保证了相同环境下输出特性相同。一对黑白元件封装在防爆隔离罩中。图1-3MCJ4/2.8型瓦斯传感器Figure1-3MCJ4/2.8methanegassensor催化燃烧型瓦斯传感器目前还是延用上世纪五十年代英国的载体催化法的


本文编号：2982269