气体传感器阵列-王磊.pptx

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,气体传感器阵列,GasSensorArray,同济大学中德学院王磊教授,目录,数学基础,2,多传感器阵列求解,3,案例分析,4,气体传感器阵列,1,引言气体传感器阵列,混合气体,阵列结构,SayNO传统的基于气体传感器，常用于单一气体成分的检测，不能对混合气体成分进行测量，进而不能进行模式识别。

由于气体传感器的交叉敏感性，气体测量不准确。

but传感器阵列利用气体传感器的“交叉敏感性”，可测量混合气体成分，进行模式识别，提高特定气体测量精度,O2,CO,2,CO,SO2,NOX,2,O2,CO,2,O2,2.1线性代数：

多元次方程求解一,y=a1*X1+a2*X2+an*Xn,y1=a11x1+a12x2+a13x3+a14x4+a15x5y2=a21x1+a22x2+a23x3+a24x4+a25x5y3=a31x1+a32x2+a33x3+a34x4+a35x5y4=a41x1+a42x2+a43x3+a44x4+a45x5y5=a51x1+a52x2+a53x3+a54x4+a55x5,2.2气体传感器阵列与多元一次方程组,假设一个由N个气体传感器构成的阵列用来分析M种气体。

阵列对M种气体响应的集合为M个随机过程的集合，矩阵形式表示为：

求解气体浓度，即为求解M元一次方程组,2.3多元一次方程组求解,当m=n时，若A非奇异，则线性方程组有唯一解，否则，有无穷多组解；当mn时，若A的秩tr（A）=n，则线性方程组有唯一解；若tr（A）n，方程不存在精确解，可以求得近似解。

线性方程组的一般形式：

3.1气体传感器阵列求解多元一次方程,M个气体敏感单元组成的气体传感器阵列测量N种气体的混合气体，即为求解系数矩阵为MN的多元一次非齐次方程：

3.1气体传感器阵列求解多元一次方程,对于超定方程组，无精确解时，求估计值：

多元一次方程求解：

3.2模式识别：

先进神经网络方法,阵列响应信号,信号预处理,特征参数,参数特征值选取特征参数优化,模式识别,3.2气体传感器阵列求解神经网络,

（1）信号预处理常用方法,3.2气体传感器阵列求解神经网络,

（2）特征参数选取（特征参数多选取导电灵敏度、一阶响应参数及二阶响应参数组成特征子集）,3.2气体传感器阵列求解神经网络,（3）特征参数优化（SnO2敏感单元薄膜为例）,4.1阵列传感器比较,德国UST公司气体传感器阵列,4.2三阵列SnO2薄膜气体传感器（AQC）SnO2敏感机理,三阵列敏感单元,图4-1产品实物图,4.2三阵列SnO2薄膜气体传感器（AQC）,其中，RH为传感器加热电阻，R1、R2、R3分别为具有交叉敏感性的三种敏感元,图4-2传感器阵列结构图传感器是根据SnO2薄膜在气体环境中的理化性质，设计出的一种三阵列气体传感器，其中三个材料配比各不相同的敏感元在气体环境中响应不同，分别对还原性气体，弱氧化性气体，易氧化性气体敏感，因此可通过三个敏感单元的交叉敏感特性可以对大多数气体敏感。

三元一次方程组：

y1=a11x1+a12x2+a13x3y2=a21x1+a22x2+a23x3y3=a31x1+a32x2+a33x3,可确定还原性气体、弱氧化性气体、强氧化性气体比例。

4.2三阵列SnO2薄膜气体传感器（AQC）,实例分析AQC分类地沟油：

图4-3测量曲线图,图4-4模式识别分类结果,4.3三阵列SnO2薄膜气体传感器（AAQC）,图4-5产品实物图,T1温度下，有三元一次方程组：

y1=a11x1+a12x2+a13x3y2=a21x1+a22x2+a23x3y3=a31x1+a32x2+a33x3,T2温度下，有三元一次方程组：

y4=a41x1+a42x2+a43x3y5=a51x1+a52x2+a53x3y6=a61x1+a62x2+a63x3,CH2O,4.4传感器阵列在电子舌的应用,图4-6电子舌实物图,图4-7电子舌实物图,三敏感气体传感器结构,传感器采用溅射工艺及混合薄膜技术制造，以纯度较高的Al2O3为基底，尺寸一般为5mm5mm0.5mm；在基底一面烧上一间隔为0.5mm、长为5mm的一对Pt500电极和引线。

然后进行溅射，以99.9%的Sn作靶，基底温度保持在60以下，溅射时的真空度为0.2Pa。

以Ar和O2的混合气体为溅射气体，两者比例为1：

1，得到SnO2薄膜约为5.510-7m，由于薄膜将Pt500电极片覆盖，只有SnO2暴露在空气中，减少了不稳定因素。

制造过程中掺杂不同的添加剂可以使传感器对不同的气体敏感性增强。

三敏阵列传感器及其敏感气体,表2GGS*000系列产品功能表,三敏气体传感器阵列信号处理电路,4.4传感器阵列在电子舌的应用,图4-8电子舌测量结果,Q1=（R1R01）k1（R2R02）Q2=（R1R01）k2（R3R03）Q3=（R2R02）k1（R3R03）图4-6电子舌阵列计算原理,ThankYou!