面向氣體傳感器與電子鼻的測試平臺設計及分析方法研究.pdf

1、氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)（濃度）轉(zhuǎn)化成可測的電信號的轉(zhuǎn)換器，在食品安全、空氣質(zhì)量、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領域都有廣泛的應用前景。但氣體傳感器通常難以達到只對一種氣體響應，為了提高其靈敏度和選擇性新型氣體傳感器的研制和測控方法成為該領域的研究熱點，尤其是基于氣體傳感器陣列以及氣體傳感器多種溫度調(diào)控方式的電子鼻系統(tǒng)，已被廣泛研究用于多種混合氣體的定性定量檢測。而如何評測所研究的新型氣體傳感器和電子鼻系統(tǒng)的性能參數(shù)，建立面向特定應用環(huán)境的傳

2、感器響應數(shù)據(jù)庫并尋求其相應的分析方法，成為該領域研究的一個基礎條件。因此，結(jié)合實際項目開展的需求，為了適應當前多種新型氣體傳感器和電子鼻系統(tǒng)需求的特點，本文開展了面向氣體傳感器與電子鼻系統(tǒng)的測試平臺設計與實現(xiàn)，以及相應的分析方法研究工作，意圖實現(xiàn)一套配氣快速精確、傳感器工作模式可控并且結(jié)合了典型分析方法的測試平臺，為氣體傳感器和電子鼻系統(tǒng)的參數(shù)評測、氣體傳感器陣列優(yōu)化和工作模式優(yōu)化提供測試依據(jù)。
　　整個測試平臺包括配氣模塊、傳感

3、器測控接口、采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。配氣模塊基于動態(tài)配氣法，選用了目前先進的質(zhì)量流量控制器，可實現(xiàn)4種氣體的混合配氣，且配氣濃度可調(diào)，配氣種類可調(diào)，氣體流量可調(diào)，氣體總流量可控。傳感器測控和數(shù)據(jù)采集模塊可實現(xiàn)多種類型傳感器的測試。本文以目前研究最多的金屬氧化物氣體傳感器為例，設計傳感器的測控接口電路，并選用NI公司的先進的數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)16路傳感器的加熱控制和實時數(shù)據(jù)采集。傳感器工作方式包括恒溫模式與溫度調(diào)制模式兩種，均可實現(xiàn)軟件控制

4、；所有傳感器的響應數(shù)據(jù)通過采集模塊實時顯示并存儲。數(shù)據(jù)分析模塊對采集到的即時數(shù)據(jù)進行分析，可獲得氣體傳感器的最大響應值、響應與恢復時間、氣體選擇性等參數(shù)的統(tǒng)計分析結(jié)果，并且該模塊還增加了當前電子鼻系統(tǒng)領域中的主成分分析、神經(jīng)網(wǎng)絡等典型的模式識別方法。測試平臺的軟件系統(tǒng)基于NI的LabView開發(fā)環(huán)境搭建。
　　該測試平臺軟硬件系統(tǒng)已經(jīng)搭建完畢，可實現(xiàn)4種氣體、16路傳感器的穩(wěn)定和動態(tài)控制及測試，采樣速率可達500KS/s。通過配氣