氣體傳感器與人們生活的各個領(lǐng)域息息相關(guān)。近年來,不斷有新的氣體傳感器被開發(fā)出來并商業(yè)化。影像技術(shù)因其直接、靈敏、快速響應(yīng)等特性,成為越來越重要的技術(shù)工具。而圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展,使得通過高靈敏的顏色（RGB）強度變化和位移改變間接檢測目標氣體成為可能,推動了影像技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用。本文僅涉及可見光影像技術(shù)在氣體傳感中的應(yīng)用,基于成像工具和應(yīng)用領(lǐng)域大致分為兩類,其一為低成本的網(wǎng)絡(luò)攝像頭,主要用于檢測室內(nèi)外污染狀況和監(jiān)控個人健康狀況等,目標為大眾消費市場;另一類則為高清晰度高靈敏度的光學顯微鏡（包含相機）,以探索成像極限為目標,通過其納米級分辨率,實現(xiàn)更低的氣體檢測水平。植物的應(yīng)激性為其傳感提供了可能,其低成本、易得、零污染（乃至負污染）使其成為了很有潛力的傳感器。本文搭建了基于影像技術(shù)和植物的氣體傳感平臺,主要分為以下兩部分:（1）開發(fā)了一種低成本的、基于普通網(wǎng)絡(luò)攝像頭和高靈敏圖像處理算法的檢測方法,用以在線追蹤測量植物的生長速率。該方法的檢測限約為0.84μm/min。使用這種簡單、靈敏的方法,我們追蹤了黃豆苗的生長情況,并研究了其生長速率對空氣中二氧化碳濃度的響應(yīng)。研究結(jié)果顯示,... 

【文章來源】：南京大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１部分典型氣體的可檢測濃度范圍

南京大學碩士學位論文?第一章??的價帶空穴數(shù)，提升傳感器響應(yīng)至原先的１１５．６倍［４３］；?（４）摻雜貴金屬也可通??過化學敏化機制提升響應(yīng)水平［４４－４７］。除此以外，為改善Ｐ型金屬半導體氧化物??傳感器的選擇性，ＫｉｍＨｙｏ－Ｊｏｏｎｇ等人向ＮｉＯ中摻雜１．１５％Ｃｒ，大大提升了其對??甲基苯系物的選擇性（圖１．２）?［４８］。??１１．６１??＿?１〇?Ｐｕｒｅ?ＮｉＯ?『議?７?８１?１．５?ａｔ％?Ｃｒ－ｄｏｐ＾ｄ?ＮｉＯ??？，＇：口?禱｜??３?２?０１?＼?Ｋ?２?５９??：§ｔ＾?？??」Ｍ??－：－冰，?ｍ??????ｘｙｌｅｎｅ?ｔｏｌｕｅｎｅ?ｂｅｎｚｅｎｅ?ＨＣＨＯ?Ｅｔｈａｎｏｌ?ｘｙｉｅｍ?ｔｏｌｕｅｎ＃?ｂｅｎｚｅｎｅ?ＨＣＨＯ?Ｅｔｈａｎｏｌ??圖１．２具備分級納米結(jié)構(gòu)的純凈ＮｉＯ?（ａ）和摻雜了?１．１５％Ｃｒ的ＮｉＯ?（ｂ）在４００°Ｃ下對５?ｐｐｍ鄰??二甲苯，甲苯，苯，甲醛和乙醇的響應(yīng)【４８］??將Ｎ型和Ｐ型結(jié)合則是未來的一種趨勢：Ｎ型傳感器的高響應(yīng)為結(jié)合帶來??高靈敏度，而Ｐ型傳感器對濕度的化學親和性為降低了傳感器的濕度依賴性。??Ｐ－Ｎ縱向連接型結(jié)構(gòu)［４９－５１］、納米復合材料連接型結(jié)構(gòu)［５２－５５］和以Ｐ型納米簇裝??飾的一維Ｎ型結(jié)構(gòu)［５６，?５７］都是結(jié)合的主要形式。??半導體金屬氧化物氣體傳感器的新發(fā)展為其帶來更為廣闊的應(yīng)用空間，但也相應(yīng)??地，它會受到高溫下工作、功率高等固有條件的限制。??１．１．４光學氣體傳感器??盡管電化學以及半導體氣體傳感器非常靈敏，能達到對ｐｐｍ甚至ｐｐｂ級別??的響應(yīng)，但是電化學氣體傳感器易受濕度干

南京大學碩士學位論文?第一章??Ｉ?＝?Ｉ〇?ｅｘｐ（—ａＬ）?（１．２）??其中，Ｉ是出射光，Ｈ）則是入射光，ａ代表樣品吸光系數(shù)，與氣樣種類及濃度??相關(guān)，Ｌ是樣品池的光學長度。為了提升傳感器的光學響應(yīng)以降低檢測限，前??人設(shè)計了?Ｈｅｒｒｉｏｔｔ池等多通道加長型樣品池［５９－６１］。??光學氣體傳感器主要可分為紅外（ＮＤＩＲ）、分光光度、可調(diào)諧二極管激光??光譜（ＴＤＬＳ）和光聲光譜四大類。??ＮＤＩＲ的檢測原理是：寬帶光源經(jīng)過兩個濾波片入射，其中，一個用作檢??測通道，包含有目標氣體吸收波帶；另一個用作參比通道，需避開其吸收波帶。??同時必須保證二者都不包含其他氣體的吸收波帶。通過目標氣體對應(yīng)波段吸收??的能量，可定量獲取其濃度信息。現(xiàn)代ＮＤＩＲ技術(shù)常常將包含濾波片的這兩個??通道都集成在一個基底上以實現(xiàn)微型化檢測，最常用的規(guī)格為己實現(xiàn)批量生產(chǎn)、??成本較低的企業(yè)標準規(guī)格——直徑２０ｍｍ，長度為１６．５ｍｍ的柱體［６２，?６３］，也??有直徑僅為９ｍｍ的更小產(chǎn)品［６４］出現(xiàn)。目前，ＮＤＩＲ技術(shù)己有相當?shù)纳虡I(yè)市場，??更有以之作為基礎(chǔ)發(fā)展而來的遙感開路氣體泄漏影像技術(shù)（圖１．３）?［６５］，這種??技術(shù)直觀可視，但前提是要保證充足的溫度對照。??圖１．３瑞典馬爾默試驗基地氣體泄漏的熱成像［６５］??分光光度法采用光柵將光源分散，不同波長的光連續(xù)照射到待測氣樣上，??９??


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