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1、20世紀(jì)80年代后期以來(lái), MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。利用該技術(shù)制作的微結(jié)構(gòu)氣體傳感器由于具有體積小、功耗低、靈敏度高、重復(fù)性好、易批量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn),已逐漸在氣體傳感器行業(yè)占有重要的地位;利用MEMS工藝制作的電子鼻是一種由具有部分選擇性的微傳感器陣列和適當(dāng)?shù)哪J阶R(shí)別系統(tǒng)組成、能夠識(shí)別簡(jiǎn)單或復(fù)雜氣味和濃度的儀器。微結(jié)構(gòu)氣體傳感器和電子鼻以其在功耗、體積、選擇性等方
2、面的突出優(yōu)勢(shì)在化工領(lǐng)域、食品工業(yè)、航空航天、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面具有誘人的應(yīng)用前景,因此,這一研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和普遍重視,近年來(lái)發(fā)展迅速。 本文以微結(jié)構(gòu)氣體傳感器和氣體傳感器陣列為研究對(duì)象,結(jié)合江蘇省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究基金預(yù)研項(xiàng)目(BK2004214)“微小型化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)制造的關(guān)鍵技術(shù)研究”的子課題“微化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)的建立及其測(cè)試技術(shù)”,研究了微型氣體傳感器和電子鼻設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。涉及到的研究工作有以下幾方面: 1.首先介紹
3、了以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體氣體傳感器以及電子鼻系統(tǒng)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀,介紹了半導(dǎo)體氣體傳感器的和電子鼻結(jié)構(gòu)和工作原理; 2.在氣敏薄膜的導(dǎo)電機(jī)理和傳熱學(xué)中的有限元理論的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了封閉膜式微加熱板的傳感器,利用ANSYS對(duì)其進(jìn)行溫度場(chǎng)的有限元模擬。對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)氣敏薄膜上的溫度分布的影響、微熱板的溫度與絕緣材料的關(guān)系、加熱功率與薄區(qū)膜片邊長(zhǎng)的關(guān)系以及利用硅島結(jié)構(gòu)來(lái)改善氣敏薄膜上的溫度分布等方面進(jìn)行了研究。最后對(duì)
4、傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化; 3.對(duì)微機(jī)械的典型加工工藝進(jìn)行了介紹,并對(duì)由不同加工工藝制作出來(lái)的3種傳感器進(jìn)行了有限元分析,分析了加工工藝對(duì)傳感器功耗的影響;并為本文所分析的封閉膜式結(jié)構(gòu)的微傳感器設(shè)計(jì)了工藝制作流程; 4.對(duì)微型傳感器陣列的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析,并給出了微傳感器陣列的數(shù)學(xué)模型;并討論了集成在同一襯底上的具有獨(dú)立加熱器的2×2的傳感器陣列中,各傳感器之間的熱效應(yīng)影響; 5.采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF
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