【摘要】：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地快速發(fā)展,往往伴隨著環(huán)境污染等問題。如何在保證生產(chǎn)效率的前提下,快速、精準(zhǔn)地檢測各種氣體是本文關(guān)注的重點(diǎn)。傳感器前期的研究成果多是有源傳感器,雖然有響應(yīng)恢復(fù)時間短、靈敏等優(yōu)點(diǎn),但是存在需要架線和電源供電、工作溫度高、使用周期短等不足,因此應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。鑒于以上有源傳感器的局限性,本文提出了一種無源氣體傳感器,利用穩(wěn)定性高、在常溫下就可以工作,通過合理的方法制備,實現(xiàn)了常溫下傳感器的測試。論文主要研究內(nèi)容如下:本文提出了一種提高靈敏度的氣體及濕度傳感器的設(shè)計,采用Ansys公司的HFSS軟件對改進(jìn)的兩個模型分別進(jìn)行模擬仿真,得出合理范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)參數(shù),并選取較優(yōu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。該傳感器是將碳納米管(Carbon nanotubes,CNT)和微帶天線集成在同一平面上,當(dāng)暴露于不同的氣體或濕度環(huán)境時,通過CNT薄膜物理吸附氣體分子和水分子導(dǎo)致導(dǎo)電性的變化,從而改變天線的工作頻率,來實現(xiàn)傳感器的功能。傳感器靈敏度的提高是采用CNT薄膜帶替換部分貼片導(dǎo)體的思想,被替換的貼片部分在天線輻射中占據(jù)主導(dǎo)地位,進(jìn)而可以更好的影響頻率變化,讓CNT薄膜對天線的輻射產(chǎn)生最大的影響。后續(xù)實驗搭建了測試平臺,在常溫、濕度恒定的密封環(huán)境中,用幾種不同的氣體填充傳感器原型,通過對傳感器的性能測試,得出在二氧化碳環(huán)境中,氣體傳感器的頻移程度最高達(dá)到13MHz;在氧氣和氨氣環(huán)境中氣體傳感器的頻移程度達(dá)到了約9MHz;在濕度環(huán)境中,頻移程度約為35MHz。最后實測顯示結(jié)果良好,改進(jìn)后的CNT天線傳感器的氣敏性能有所提高,優(yōu)于目前已報導(dǎo)的在貼片諧振器頂部集成的CNT的氣體傳感器。該傳感器的工作頻率為2.4GHz,頻率應(yīng)用面廣、可以很好地與Wi-Fi、藍(lán)牙等設(shè)備兼容,便于集成在傳感器網(wǎng)絡(luò)中。傳感器的幾何結(jié)構(gòu)也可以很容易地擴(kuò)展到其他頻率,與應(yīng)用設(shè)備共形。本文所提出的無源氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測、天氣預(yù)報和特殊工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用等領(lǐng)域具有很大的前景。
【圖文】：

死于空氣污染，污染包括有毒氣體（O3，CO，SO2，NH3，H2S），揮發(fā)合物（苯，甲苯等），溫室氣體（CO2，CH4，NO2），顆粒物質(zhì)（PM10，PM長期吸入污染物會對人體健康造成影響[1]。運(yùn)輸交通[2]、家庭取暖，，工生產(chǎn)生活都會導(dǎo)致氣體產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)2NO 和元素碳（EC）濃度學(xué)生的工作記憶水平降低[2]。此外，部分學(xué)生在每立方米增加 10 微克的CO2氣體濃度環(huán)境中，會加重發(fā)哮喘的風(fēng)險。國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對環(huán)境也造成了嚴(yán)重影響[3]，研究顯示中國 161 個城市物（PM2.5）含量升高與 2015 年超過 60 萬人過早死亡有關(guān)[4]。但是國質(zhì)量監(jiān)測的研究發(fā)展較為緩慢，市面上性能好的產(chǎn)品多為國外引進(jìn)。進(jìn)一步提高監(jiān)測空氣質(zhì)量的水平是應(yīng)對國內(nèi)空氣污染必備的一環(huán)，不單境的監(jiān)測，工業(yè)、醫(yī)療、以及商業(yè)生產(chǎn)活動，同樣也需要應(yīng)對不同應(yīng)用相應(yīng)的氣體傳感監(jiān)測，從而達(dá)到更高效、綠色、安全地進(jìn)行生產(chǎn)活動

新疆大學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文質(zhì)量監(jiān)測發(fā)展質(zhì)量監(jiān)測從基站式的系統(tǒng)檢測[6],[7]（如圖 1-2）到 1 立方米到 10 立方厘米不等�；臼街饕芍袡z測站組成，一般來說，它們的使用密度較低，只然監(jiān)測方法精確但是體積龐大，價格昂貴，承擔(dān)著制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[8]，同時含有化學(xué)儀器的損壞是否對車載式監(jiān)測采用定點(diǎn)巡檢的方法，將采集的氣體送數(shù)據(jù)。目前對于家庭環(huán)境的氣體檢測，市場多出售省了一定成本，客戶接受度高[9]。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X85;TP212

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本文編號：2687375