在全面進入信息電子化時代的社會中,人們需要獲取的信息種類、信息數(shù)據(jù)越來越多,傳感器是獲取電子信息的重要媒介,它能將自然界的非電量信息轉(zhuǎn)化成人們可測量可認識的電量信息。其中氣體傳感器作為現(xiàn)如今常用的傳感器之一,已經(jīng)深入到了生活中的方方面面,如在環(huán)境監(jiān)測、家庭安全、工業(yè)安全和航空航天領(lǐng)域等等,MEMS氣體傳感器則作為氣體傳感器中的佼佼者更是得到了廣泛的應用。MEMS氣體傳感器的檢測原理是對其阻值的測量,其阻值隨著氣體濃度變化而變化,傳統(tǒng)常用的MEMS氣體傳感器檢測電路為電阻分壓法、惠斯通電橋法等,這些都是基于ADC進行采樣檢測。隨著MEMS氣體傳感器的性能不斷地提高,傳感器的動態(tài)變化范圍增大,此時基于ADC的檢測電路就需要高精度的ADC,但是對于高精度ADC來說,設計難度大,集成化成本高。由此采用了一種新穎的檢測電路技術(shù),將傳感器的電阻轉(zhuǎn)換成頻率(resistance to frequency,簡稱RTF)技術(shù),相比較于常用的檢測電路,RTF技術(shù)兼?zhèn)涓鞣矫娴膬?yōu)勢,動態(tài)測量范圍廣,結(jié)構(gòu)簡單,設計難度小等優(yōu)勢。本文針對RTF技術(shù)進行了研究,探討了高動態(tài)范圍測量的實現(xiàn)方法。采用了基于RC振蕩電路... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＭＥＭＳ氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖??

隔離層將怕微加熱器與叉指電極以及Ｓｎ０２納米薄膜分離；傳感器有４個電極，??其中兩個用于檢測響應信號，將Ｓｎ〇２納米薄膜的電阻連接到外圍電路上進行測??量，另外兩個電極用于連接加熱器［１＿３］。ＭＥＭＳ氣體傳感器的等效電路如圖１．２??所示，整體來說氣體傳感器由一個加熱器和一個傳感器表面敏感材料組成，加??熱器被建模為一個小電阻（Ｒｈ），它通過流過的大量電流和耗散必要的功率來??提高溫度。一旦加熱器電阻（ＲＨ）通過加熱電壓提供到一定的高溫工作環(huán)境，??氣體通過敏感材料的吸附和解吸原理改變傳感器自身阻值（Ｒｓ）?當環(huán)境中??氣體濃度發(fā)生變化時，傳感器的電阻值也隨之產(chǎn)生變化，根據(jù)阻值就可以檢測??出此時的氣體濃度。??論??圖１．１?ＭＥＭＳ氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖??２－Ｌ￣—１??１?傳感器?｜??＜Ｒｓ?＼??｜?Ｉ??４－ｆｊｚ?ＺＺＴ３??圖１．２?ＭＥＭＳ氣體傳感器等效電路圖??隨著ＭＥＭＳ氣體傳感器技術(shù)不斷地成熟，不斷地發(fā)展，也使得氣體識別技??術(shù)的研宄成為人工智能領(lǐng)域的一種趨勢＞８］。目前Ｓｎ０２和Ｗ０３半導體氣體傳感??器己成功商業(yè)化［９－１０］，如?Ｆｉｇａｒｏ?ＴＧＳ８１００、ＡＭＳ?ＣＣＳ８０１、Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ?ＳＧＰ３０、??２??

Ｓｈｕｒｍｅｒ和Ｇａｒｄｎｅｒ等人１９９２年對于關(guān)于電子鼻氣味識別（未使用ＣＭＯＳ??工藝）的研宄［２８］，算是最為早期的完整氣體傳感器檢測系統(tǒng)，它采用的就是電??阻分壓法。如圖１．３所示，電阻分壓法是一個簡單方便搭建的檢測電路，但是??在檢測氣體時，隨著氣體濃度的增加，氣體傳感器的時間響應和穩(wěn)態(tài)電壓下降??的速度很快，當氣體濃度增加至一定時，就看不出輸出電壓的變化，而且對于??傳感器電阻的微小變化不太敏感，所以在進行ＡＳＩＣ設計時需要在芯片上集成??各種阻值的電阻，以適應傳感材料電阻各種的變化然而集成大電阻或者多??種電阻進行匹配時，則電阻需要占用的芯片面積也非常的大。而且氣體濃度與??輸出電壓之間存在著非線性關(guān)系，這給氣體識別算法和數(shù)據(jù)處理上增加了復雜??性［２２］。??—ＶＤＤ??ｙｖ?Ｌｘｒｎ??／?＼Ｖｓ＿?＿?—?ＡＤＣ??圖１．４惠斯通電橋法??而對于惠斯通電橋法，該方法可以使得輸出電壓信號呈線性關(guān)系，但是其??輸出電壓幅值小

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于FPGA的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）技術(shù)的研究[D]. 魏煜秦.西北師范大學 2018



本文編號：2897171