聲表面波氣體傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、聲表面波(Surfaee Acoustic Wave，SAW)氣體傳感器是基于新原理、新材料、新工藝而制作的新型傳感器。它具有高精度、高可靠性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，并且能廣泛用于環(huán)保、安全檢測領(lǐng)域，因而具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。 本文主要圍繞國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，新型多通道聲表面波氣體傳感器研究(60572018)和市科技發(fā)展計(jì)劃．科技攻關(guān)項(xiàng)目，多通道聲表面波化學(xué)傳感器的研制(05YFGPGX04900)等項(xiàng)目展開研究。主要內(nèi)

2、容包括： 1．主要闡述了聲表面波氣體傳感器的發(fā)展歷史，簡要介紹了聲表面波氣體傳感器的基本形式、優(yōu)勢及前景。 2．對聲表面波特性的基本理論，主要是瑞利波在各向同性非壓電基體和各向異性壓電基體中的傳播特性進(jìn)行分析，并且闡述了聲表面波氣體傳感器的工作原理。 3．我們分析了不同基底(各向同性非壓電基體和各向異性壓電基體)的物理性質(zhì)，比如機(jī)電耦合系數(shù)、溫度系數(shù)、傳播損耗等，最終確定了采用Y切Z方向傳播的鋰酸鈮晶體作為基底材

3、料。我們分析了不同的薄膜(各向同性絕緣材料、金屬導(dǎo)電薄膜和金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜)吸附氣體后對頻移的影響機(jī)理，采用酞菁銅半導(dǎo)體薄膜作為檢測二氧化氮?dú)怏w的敏感薄膜，并且分析了半導(dǎo)體薄膜厚度對檢測性能的影響。我們采用數(shù)字合成信號發(fā)生器TFG2150VA和數(shù)字示波器DL9140進(jìn)行了初步的氣敏性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過20s后頻差穩(wěn)定在1.4KHz，充入空氣后，經(jīng)過一段時(shí)間，頻差基本上回復(fù)為未充入二氧化氮?dú)怏w前的值，這表現(xiàn)出酞菁銅薄膜具備高的靈敏度、良好

4、的選擇性、可重復(fù)性和快速的響應(yīng)及恢復(fù)。 4．研究了聲表面波氣體傳感器電路方面的相關(guān)理論，并且設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)源電路，使其產(chǎn)生的中心振蕩頻率與聲表面波器件需要的頻率一致，為99.56MHz。研制出檢測電路部分，其主要包括混頻模塊、濾波模塊和整形模塊，分別由模擬乘法器MC1496、七階契比雪夫電路和LM306實(shí)現(xiàn)，這可為檢測提供便攜設(shè)備。我們采用該驅(qū)動(dòng)源電路和混頻電路對二氧化氮?dú)怏w重新進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)頻率變化很快，15s后頻差穩(wěn)定