AlN陶瓷微热板NO2气体传感器及其检测系统的研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sun_zhimin_dl
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NO2气体不仅是导致环境污染最为主要的污染源之一,而且它还是危化品安全检测中最重要的检测气体之一。它对人体的伤害极大,即使在短时间接触,也会导致一系列的病状,其安全存储和运输问题和对其有效而精准的检测就显得尤为重要。  针对上述问题,本文在现有硅基传感器和陶瓷微热板的研究基础上,研究设计一种AlN陶瓷微热板NO2气体传感器。该传感器采用磁控溅射技术、柔性机械剥离工艺和激光刻蚀工艺方法研究制备,传感器平面尺寸为3.2×2.0mm,衬底厚度为0.2mm,在加热区域四周还设计有四个热隔离孔,以实现减小加热区域的热梯度分布和提升温度效率的目的。利用ANSYS有限元热仿真工具进行热结构仿真分析和热响应测试分析,验证热隔离结构设计的合理性。  为探究所制备的微热板NO2气体传感器最佳的工作状态,在150-300mW范围内,对传感器进行不同加热功耗下的气敏测试。经对所得数据对比分析可知,传感器的加热功耗在150-200mW时工作性能最佳,且响应速率小于60s,恢复时间在100s左右,可实现5ppm-100ppm浓度的NO2气体良好检测功能。选取传感器的加热功耗为200mW,并据此研究搭建NO2气体检测系统。系统可分为硬件和软件两大部分。其核心处理器采用STM32处理器,同时利用Keil开发设计检测设备的驱动程序,系统的通信方式为ZigBee无线数据传输方式,上位机界面采用VS软件中的MFC开发平台设计,最终实现数据的实时显示、存储和报警功能。  最后,本研究课题对NO2气体检测系统进行系统测试,测试结果表明,NO2气体检测系统可以实现对5-100ppm浓度范围内的NO2气体实时检测,在危化品安全检测方面有很大的发展潜力和应用前景。
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