本文選題：氣體傳感器　切入點：石英晶振微天平　出處：《大連交通大學》2015年碩士論文

【摘要】：石英晶振微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)氣體傳感器是以石英晶體表面敏感薄膜為敏感元件,以AT切型石英晶體為換能元件,利用石英晶體的質(zhì)量-頻率變化關系,將待測氣體的濃度信號轉(zhuǎn)換成頻率信號輸出,從而實現(xiàn)氣體濃度的檢測。本文以研制監(jiān)測水果在倉儲、運輸?shù)冗^程中新鮮程度的傳感器為目的,對石英晶振微天平氣體傳感器及其應用進行了深入研究,研制出分別對香蕉和蘋果氣具有良好敏感特性的QCM水果氣體傳感器。以基頻6MHz的石英晶體為基片,運用一步原位聚合法在其上沉積了對甲苯磺酸(TSA)摻雜聚苯胺以及SnO2摻雜度分別為10%、20%、50%的PANI/SnO2復合氣敏薄膜,制作出QCM水果氣體傳感器樣品;設計了相應的起振、整形、差頻、頻壓轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集電路,并搭建了氣敏性能測試平臺。在室溫下,分別測試了上述傳感器對放置不同天數(shù)的蘋果、香蕉釋放氣體的敏感特性并對實驗結果進行了比較與分析,從中篩選出來響應速度快、靈敏度高、重復性好的傳感器。研究結果表明:對純PANI敏感薄膜來說,在一定范圍內(nèi),TSA摻雜濃度增加會改善傳感器的氣敏性能。傳感器對放置不同天數(shù)的蘋果釋放氣體頻率變化量有較大差異,由新鮮到腐爛傳感器的頻率變化量增大。SnO2摻雜度為10%的傳感器敏感特性最好,對三個階段的蘋果氣的響應分別為:581.49Hz、730.95Hz和1098.701Hz。當傳感器的頻率變化量大于1058Hz時,可以初步判斷蘋果已經(jīng)腐爛,此時傳感器的頻率變化量趨于穩(wěn)定。而對香蕉釋放氣由新鮮到成熟的過程中傳感器的頻率變化量急劇增加,當香蕉開始腐爛時,傳感器的頻率變化量開始減小,最后趨于穩(wěn)定。PANI傳感器對香蕉氣體表現(xiàn)出最好的敏感特性,三個階段的響應分別為:1070.53Hz、2451.12Hz和1834.68Hz。此傳感器可用來判斷香蕉是否成熟,當傳感器的頻率變化量大于2309Hz時,可以初步判斷香蕉進入成熟期。用質(zhì)譜儀對三種不同程度的蘋果和香蕉釋放氣進行了分析,發(fā)現(xiàn)水果釋放氣為多種成分氣體的混合,不同成熟度時各組分氣體的濃度明顯不同,因此傳感器表現(xiàn)出對放置不同天數(shù)的蘋果和香蕉釋放氣具有不同的響應特性。實驗結果表明,本文研制的QCM水果釋放氣傳感器具有靈敏度高、線性度好、響應速度快、重復性好等優(yōu)點,有望在水果倉儲運輸方面得以應用。
[Abstract]:Quartz crystal microbalance Quartz Crystal microbalance (QCM) gas sensor is based on quartz crystal surface sensitive film as sensitive element, AT cut quartz crystal as energy transfer element, using quartz crystal mass-frequency change relationship. The concentration signal of the gas to be measured is converted into a frequency signal output to realize the detection of the gas concentration. The purpose of this paper is to develop a sensor to monitor the freshness of fruits during storage and transportation. The quartz crystal microbalance gas sensor and its application are studied in this paper. A QCM fruit gas sensor with good sensitivity to banana and apple gas is developed. The quartz crystal of 6MHz is used as substrate. The samples of QCM fruit gas sensor were prepared by one-step in situ polymerization on which the polyaniline doped with p-toluenesulfonic acid and the PANI/SnO2 composite gas sensing film with SnO2 doping degree of 10 ~ 20% and 50% respectively were prepared, and the corresponding starting vibration, shaping and differential frequency were designed. The frequency voltage conversion and data acquisition circuit were used to test the gas sensing performance. At room temperature, the sensitivity of the sensors to the gas released from apples and bananas for different days was tested, and the experimental results were compared and analyzed. The sensors with high response speed, high sensitivity and good reproducibility were screened out. The results show that: for pure PANI sensitive films, The increase of TSA doping concentration in a certain range will improve the gas sensing performance of the sensor. The sensor with 10% SnO2 doping degree has the best sensitivity when the frequency change of the sensor is increased from fresh to decaying. The response to apple gas in the three stages is: 1: 581.49 Hz, 730.95Hz and 1098.701Hz, respectively. When the frequency change of the sensor is larger than that of 1058Hz, It can be preliminarily judged that the apple has rotted, and the frequency change of the sensor tends to be stable. However, the frequency change of the sensor increases sharply during the process of releasing gas from fresh to mature. When the banana begins to rot, The frequency change of the sensor began to decrease, and finally tended to stabilize. Pani sensor showed the best sensitivity to banana gas. The response of the three stages was 1070.53Hzn 2451.12Hz and 1834.68Hz. the sensor could be used to judge whether the banana was mature or not. When the frequency change of the sensor is greater than that of 2309Hz, it can be preliminarily judged that banana has entered into mature stage. Three kinds of gas released from apple and banana are analyzed by mass spectrometer, and it is found that the gas released from fruit is a mixture of many components. The gas concentration of each component is obviously different at different maturity, so the sensor has different response characteristics to apple and banana release gas placed in different days. The experimental results show that, The QCM fruit release gas sensor developed in this paper has the advantages of high sensitivity, good linearity, fast response speed and good repeatability. It is expected to be applied in fruit storage and transportation.
【學位授予單位】：大連交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ317;TB33;TP212

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 黃楠韜;;幾種重要的氣體傳感器的特性分析[J];華北科技學院學報;2009年03期

2 丁寶桐;;日松下電氣改進氣體傳感器的靈敏度[J];無機鹽工業(yè);1983年03期

3 胡奇?zhèn)?日本氣體傳感器研究新進展及對我國發(fā)展該領域的建議[J];鄭州輕工業(yè)學院學報;1994年S1期

4 李幸俊，張偉東，邵良彬;論礦用氣體傳感器[J];鄭州輕工業(yè)學院學報;1994年S1期

5 董先明;張淑婷;羅穎;陳開平;;聚吡咯在氣體傳感器中的應用[J];材料導報;2007年01期

6 ;美國加州安裝溫室氣體傳感器塔[J];環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟;2007年06期

7 李佳言;張金龍;林秋豐;曾全佑;傅龍明;;使用三氧化鎢薄膜之苯氣體傳感器[J];功能材料與器件學報;2008年02期

8 張洪憲;;光纖氣體傳感器系統(tǒng)的設計[J];重慶科技學院學報(自然科學版);2008年03期

9 王紅勤;楊修春;蔣丹宇;;電阻型半導體氣體傳感器的概況[J];陶瓷學報;2011年04期

10 ;我國在納米結構氣體傳感器研究方面取得新進展[J];功能材料信息;2012年01期

相關會議論文 前10條

1 黨恒耀;趙進宣;郭興敏;;氣體傳感器在工業(yè)中的應用[A];2010年全國冶金物理化學學術會議專輯（下冊）[C];2010年

2 萬吉高;黎鼎鑫;王錦芬;黎淑萍;秦國義;莊滇湘;;貴金屬在氣體傳感器中的應用[A];中國有色金屬學會第三屆學術會議論文集——科學技術論文部分[C];1997年

3 孟麗娜;邱成軍;左霞;;硅基微結構酞菁鋅薄膜氣體傳感器[A];中國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨東北MEMS研發(fā)聯(lián)合體研討會論文集[C];2004年

4 魏廣芬;唐禎安;陳正豪;余雋;王立鼎;;微氣體傳感器的穩(wěn)定性測試研究[A];中國微米、納米技術第七屆學術會年會論文集（二）[C];2005年

5 曹廷炳;薛面起;;無溶液聚合法制備聚噻吩膜及其在氣體傳感器方面的應用[A];2007年全國高分子學術論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2007年

6 劉志軍;;礦用氣體傳感器校驗裝置[A];中國計量協(xié)會冶金分會2009年年會論文集[C];2009年

7 王天榮;張洪泉;;α-Fe_2O_3氣體傳感器的可靠性分配[A];第六屆全國氣濕敏傳感器技術學術交流會論文集[C];2000年

8 張立春;徐開來;呂弋;侯賢燈;;基于微納米材料的催化發(fā)光氣體傳感器[A];第十六屆全國分子光譜學學術會議論文集[C];2010年

9 羅蘭;呂弋;;測定揮發(fā)性有機污染物的化學發(fā)光氣體傳感器研究[A];四川省第十一次環(huán)境監(jiān)測學術交流會論文集[C];2010年

10 漆奇;王憲輝;;新型氣體傳感器與分析設備[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

相關重要報紙文章 前6條

1 于柏林邋張兆軍;氣體傳感器技術研究獲突破[N];科技日報;2007年

2 記者 常麗君;智能氣體傳感器探測化學藥品更靈敏[N];科技日報;2012年

3 柏林;我掌握電化學氣體傳感器核心技術[N];中國化工報;2007年

4 高辰;物聯(lián)天下 傳感先行[N];人民郵電;2013年

5 本報記者 諸玲珍;物聯(lián)天下 傳感先行[N];中國電子報;2010年

6 何彪;美研制人形船用滅火機器人[N];中國國防報;2012年

相關博士學位論文 前10條

1 朱存光;TDLAS譜線畸變產(chǎn)生機理與校正技術研究[D];山東大學;2015年

2 劉麗;硅基微結構氣體傳感器的研制[D];吉林大學;2008年

3 魏廣芬;基于微熱板式氣體傳感器的混合氣體檢測及分析[D];大連理工大學;2006年

4 劉艷麗;低維半導體氧化物的合成及氣體傳感器的研制[D];湖南大學;2005年

5 孟凡利;基于一維納米材料的氣體傳感器及其應用研究[D];中國科學技術大學;2009年

6 鄧積微;金屬氧化物半導體氣體傳感器制作及測試分析方法研究[D];湖南大學;2015年

7 張巖;基于金屬氧化物氣體傳感器的礦井氣體檢測技術研究[D];中國礦業(yè)大學(北京);2012年

8 鐘鐵鋼;系列毒害氣體傳感器的研制及其特性研究[D];吉林大學;2010年

9 宋凱;金屬氧化物半導體氣體傳感器氣體檢測關鍵問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

10 孫鑒波;紫外光激發(fā)型半導體氧化物氣體傳感器的研究[D];吉林大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 于婧怡;基于聚苯胺及其復合材料的QCM氣體傳感器研究[D];大連交通大學;2015年

2 申國鑫;鎳基介孔金屬氧化物的制備及其在氣體傳感器中的應用[D];寧夏大學;2015年

3 孫霞;NO_x氣體傳感器的研制[D];上海應用技術學院;2015年

4 張清錦;離散半球體電阻式氣體傳感器的研究[D];西南交通大學;2010年

5 劉志軍;新型礦用氣體傳感器檢測系統(tǒng)的研究[D];西安科技大學;2010年

6 王然;基于有機電致發(fā)光器件氣體傳感器的基礎研究[D];電子科技大學;2011年

7 王聰;微型薄膜氣體傳感器研究[D];華中科技大學;2005年

8 劉鑫;集成薄膜型氣體傳感器的研究[D];黑龍江大學;2006年

9 袁青;新型氣體傳感器的研究[D];浙江大學;2008年

10 杜玉帥;新型三維敏感電阻式半導體氣體傳感器的研究[D];西南交通大學;2011年

，

本文編號：1680150