王凯[1]2016年在《气象传感器自动批量测试系统的设计》文中研究指明传感器在人们的日常生活中起着越来越重要的作用,如汽车领域、地质勘探、环境测试等。随着传感器网络的发展,大量的传感器被使用。涉及人工控制与人工记录的传统测试技术已不适用。传统测试技术测试时间长,人力成本高,已不能满足现代传感器测量的要求。为了解决这一问题,自动批量测试技术应运而生。自动批量测试技术已成为现代测试测量技术发展的一个重要标志。本文提出一种气象传感器的自动批量测试系统,以温度传感器和湿度传感器作为测试对象,完成传感器数据的批量采集与数据分析。在本测试系统中,测试设备由软件自动控制,系统自动记录和自动分析测试结果,测试结果与分析保存于EXCEL报表中。本论文中测试系统包括硬件和软件。硬件包含PC机、温湿度传感器、信号调理模块、数据采集模块、T型终端连线和环境模拟发生器。信号调理模块分为温度信号调理模块和湿度信号调理模块,负责处理传感器的输出并转换成数字信号。数据采集模块负责批量采集传感器数据,通过ⅡC协议轮询地址,实现数据采集模块和不同信号调理模块的连通。特殊的T型终端连线实现信号调理模块与数据采集模块之间的电气连接。环境模拟发生器负责模拟环境条件变化。软件包含计算机(上位机)软件和数据采集模块(下位机)软件,上位机软件基于LabVIEW编程语言,用于实现对环境模拟发生器的自动控制,实时显示环境模拟发生器内环境的变化并对传感器数据进行自动存储与自动分析。下位机软件基于C编程语言。本测试系统通过调试,可实现自动控制与监测环境模拟发生器,自动采集与自动分析传感器数据,并生成报表。本测试系统最多可实现128个传感器的批量测试,具有较高的测试效率。
任术波[2]2002年在《气体传感器的自动测试系统》文中研究指明本文组建了一套用于半导体气体传感器的自动测试系统。该系统由计算机、Agilent6626A程控电源、82350A GPIB接口卡、PC—6342数据采集卡、PCI—6208V D／A卡、4支UNIT公司的质量流量控制器、两台台湾生产的直流电压源、钢瓶装气源、测试瓶和半导体气体传感器测试电路等组成。 该系统通过GPIB卡程控四路输出的6626A程控直流电源对半导体气体传感器进行编程加热，计算机利用D╱A卡控制质量流量器实现低浓度下被测气体的精确配气，并通过数据采集卡实时采集气体传感器的动态响应信号；在测试系统的工作界面中，可同时实时输出对应数据采集卡不同采集通道的8条不同颜色的数据曲线，并把数据采集卡采集到的电压信号数据存入文本文件中，供使用者以后作进一步信号处理。此外，为了满足使用者处理数据上的方便，也可以把文本文件转换成EXCEL文件，充分发挥EXCEL的强大数据处理及数据画图能力。 在系统的软件设计中，采用微软公司的Visum C++6.0的多媒体定时器来控制数据采集时间间隔以及气体通入测试箱中的持续时间，来进行动态测试半导体气体传感器在不同情形下的响应信号。 该自动测试系统功能齐全，用户操作界面友善，操作简单，数据观察和分析方便，为半导体气体传感器特性的研究将提供可靠的数据。
周洪林[3]2007年在《声表面波甲醛气体传感器研究》文中指出近几年来，我国传感技术正在蓬勃发展，应用领域已渗入到国民经济的各个部门以及人们的日常生活之中，因此对传感器新理论的探讨、新技术的应用、新材料和新工艺的研究已成为传感器总的发展方向。声表面波(Surface Acoustic Waves，SAW)气体传感器具有精度高、分辨率高、体积小，易于集成化等特点，成为国际上器件研究的新热点之一。本论文的主要内容是关于声表面波甲醛气体传感器的设计及其气湿敏特性和选择性的研究，最后采用BP神经网络(Artificial Neural Networks)识别混合气体。首先基于声表面波谐振器(SAWR)，采用射频放大器和必要的LC移相网络，设计出输出频率稳定的振荡器。将未涂敷敏感膜的声表面波振荡器的输出作为混频器的本机振荡频率，和涂敷敏感膜的声表面波振荡器的输出进行混频，把频率降到可以使用单片机测量的范围。通过整形电路，使混频后的正弦信号变为方波信号。设计了基于单片机的数据采集系统对传感器输出频率进行采集和显示，并送入PC机中进行存储和作图等操作。研究敏感膜的涂敷方法，最后选用旋涂法对敏感膜进行涂敷。研究敏感材料薄膜的厚度对灵敏度及响应时间的影响，综合考虑后选择180nm厚的敏感膜。选用乙基纤维素(ethyl cellulose)、聚异丁烯(Polyisobutene)和聚环氧氯丙烷(Polyepichlorohydrin)叁种敏感材料，涂敷于声表面波传感器上对甲醛及干扰气体(乙醇、丙酮、甲苯)进行测量。使用涂敷NaCl和BaTiO_3敏感膜及未涂敷敏感膜的声表面波传感器对湿度进行测量。针对传感器对各种气体的交叉敏感特性，采用BP神经网络的方法对混合气体的成分进行分析。网络为3层网络，输入层8个节点，隐形层10个节点，输出层4个节点，输入层数据来自8个声表面波气体传感器组成的传感器阵列。BP神经网络用传感器阵列输出的数据进行学习，直至网络的样本输出误差小于期望值。使用训练过的BP网络对一些保留样本进行预测。结果表明，使用这种方法可以成功地用现有选择性较差的气敏传感器元件，分析出甲醛、乙醇、丙酮、甲苯混合气体中各气体的成分和浓度。
郭文泰[4]2005年在《适用于SOC的微气压传感器自动测试的研究》文中研究指明近年来,微机械加工技术和微机电系统(MEMS)的迅速发展,为具有广阔应用前景的适用于SOC的微气压传感器的研制奠定了坚实基础。研制一种用于测量微小气压的微加热板式微气压传感器成为国内外研究的一个热点,因此,为探求低气压与微加热结构之间的效应机理,并建立微气压传感器的设计方法及性能评估方法,开展实验测试成为这项研究的基本手段之一。 本文首先对适用于SOC的半导体微气压传感器的工作原理、设计与制造工艺做了介绍,充分考虑微气压传感器和真空技术特点,开发了一套微气压传感器自动测试系统,为深入开展适用于SOC的微传感器的研究工作提供了完整的软硬件实验平台。 该系统由计算机、仪器系统、真空获得装置和测试电路组成。计算机作为主控机通过串口程控Keithly2400直流电源对半导体微气压传感器进行恒流或恒压电桥模式的加热;并通过串口通讯实现对测试电路的控制。利用D/A卡分别控制电动调节阀和质量流量控制器,一方面,程序通过模糊控制算法对电动调节阀输出控制实现了微气压自动控制;另一方面,通过对质量流量控制器的控制实现单组分气体的气压调节。计算机通过A/D卡实时采集微气压传感器的动态响应信号;在测试系统的工作界面中,可同步实时输出对应数据采集通道的数据曲线,并把采集到的电压信号数据存入文本文件,参数计算结果存入Access数据库中,供用户查阅和处理。此外,为了方便用户处理数据,可以把文本文件转换成Excel文件,充分发挥Excel的强大数据处理及画图能力。 系统软件设计采用面向对象的设计方法,以Visual C++6.0为程序设计语言,对系统的具体功能进行模块化设计。该自动测试系统功能齐全、用户界面友好,并且数据的观察与处理方便。最后通过实验研究分析了自动化测试系统综合性能,为半导体微气压传感器特性的研究提供了可靠的测试数据。
胡海林[5]2008年在《基于虚拟仪器技术的电化学气体传感器特性测试系统的设计与研究》文中进行了进一步梳理当今气体传感器技术发展日新月异,应用日益广泛,电化学气体传感器作为其中重要的一个分支,也得到了广泛的应用,但在气体浓度精确测量中主要存在两方面的问题:交叉灵敏度问题和气体传感器的特性漂移问题。这些问题长期以来一直困扰着人们,尤其在一些需要进行长期在线监测的场合。本文以导师项目(为某电力公司开发一套完整的环境参数监测系统)中的子项目为课题,开发了一套完善的电化学气体传感器性能参数测试系统,可获得传感器的最佳工作点,为由交叉灵敏度和特性漂移引起测量误差的修正补偿提供依据。根据实际测试需求,设计了测试电化学气体传感器系统的总体方案,由增强型51单片机构成的下位机与基于虚拟仪器技术的上位机共同组成测试系统,利用定电位电解二氧化硫传感器对该系统进行了相应的实验验证。下位机分为硬件部分与软件部分,主要包括下位机芯片的选择、下位机与上位机通讯端口的选择与实现、下位机模拟端口的配置、数据采集的实现以及与上位机通讯软件的设计;上位机主要是利用虚拟仪器技术,实现了仪器界面的设计和各功能模块软件的编写,具体包括串口通信设计、通道参数配置、零点漂移测量、线性相关测量、温度漂移测量、气体选择性测量、响应/恢复时间测量、结果数据存储以及报表生成等功能模块。通过对定电位电解二氧化硫传感器各种特性参数的实际测量得出:传感器的最佳工作温度为20℃左右;零点漂移为总量程的±2.3%;在气体浓度小于72.3ppm时,线性相关系数为0.993;响应时间为15s;恢复时间为19s;气体选择性方面,分别对浓度为100ppm的一氧化碳、硫化氢、一氧化氮进行了测量,传感器的输出电压值依次为0.227V、0.233V、0.208V。从实验结果可以看出,此系统可以很好地测量气体传感器各种特性的完整参数和曲线,为气体传感器的进一步研究和应用提供可靠的依据。
魏广芬[6]2005年在《基于微热板式气体传感器的混合气体检测及分析》文中认为微热板式气体传感器具有尺寸小、功耗低、易集成等优点,成为MEMS领域的一个重要研究成果。可惜的是目前其选择性差、稳定性差的缺点,限制了该成果的实用化和产业化。本文主要研究微热板式二氧化锡薄膜气体传感器的选择性改善方法,从传感器的制造工艺、性能测试出发,在气敏机理、传感器阵列、温度调制等方面展开了系统的研究,并将其用于一氧化碳和甲烷混合气体的检测和分析。 本文首先设计并组建了一套气体传感器性能标定和测试系统,制作了一批微热板式气体传感器,并使用测试系统对传感器的性能进行了全面的研究。基于量子力学从头算方法,以SnO_2薄膜的材料表征结果为基础,模拟了CO、CH_4和O_2等在SnO_2薄膜表面的物理化学吸附行为。结合半导体表面势垒和物理化学吸附的动态平衡理论,详细推导并建立了SnO_2膜气体传感器对CO和CH_4混合气体的电学响应模型,在多参数优化的基础上通过实验数据进行了验证。讨论了环境中O_2浓度对传感器灵敏度的影响。 以传感器的混合气体响应模型为基础,研究了利用气体传感器阵列技术提高选择性的方法。讨论了基于线性稳态响应的混合气体盲分离条件,应用盲信号分离(BSS)模型,结合实际测试数据,研究了非线性主成分分析法(NLPCA)和独立成分分析法(ICA)等盲分离算法对CO和CH_4混合气体分析和量化的性能,并与常用的主成分分析(PCA)技术进行对比,甲烷和CO的平均绝对误差分别降低了约200ppm和7ppm。将BSS技术与BP神经网络相结合,能够有效提高混合气体浓度量化的精度。 本文还研究了在微热板温度按照一定规律变化条件下的传感器动态响应特性。提出了差值预处理方法,该方法有效抑制了温度调制模式下微热板温度变化引起的强信号对气体传感器动态信号的影响,提取了敏感薄膜表面气体动态吸附引起的气体响应信号。将该技术与短时傅立叶变换(STFT)相结合,利用特征频率法研究了不同周期和温度控制范围内的正弦波、矩形波、叁角波和锯齿波等方式调制下的传感器对CO、CH_4和乙醇叁种气体的识别能力。为简化算法,同时提出了虚拟阵列法来检测和分析混合气体。 本文最后以煤矿中两种主要的易燃易爆气体CO和CH_4的混合气体为检测对象,开发了以单片机为控制和信号处理中心的实时气体检(监)测仪表,为制作单片集成式电子鼻作了前瞻性的研究和铺垫。
刘年丰[7]2003年在《气体传感器测试系统》文中研究说明随着人类的进步、生活的发展，人们对周围的环境的投入了越来越多的关注，环保与安全意识得到了不断的加强。酸雨、温室效应、臭氧层破环、环境污染等，不断危害着人类，从而，气体传感器的研究与开发十分的活跃。然而，与此相对应的低效的传感器测试手段在一定程度上加长了传感器质量改进周期，延缓了产品的上市时间，制约了产量的提高。因而，研制开发出一套实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的，计算机技术的发展和应用为此问题的解决作出了大的贡献。八十年代，仪器仪表技术与计算机技术的结合，出现了虚拟仪器。虚拟仪器是对传统仪器概念的重大突破，在虚拟仪器中，由于软件是关键，这就决定了它具有高度的灵活性。可以肯定：随着微计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的仪器而成为测试仪器的主流。本文以半导体气敏元件为研究对象，讨论了基于虚拟仪器技术和单片机技术的气体传感器测试系统的研究与开发，提供了一套集气敏元件工作环境模拟、信号调理、数据采集和数据分析与管理于一体的测试系统。该系统的研究具有以下意义：(1)实现了批量传感器参数的测试，解决了批量化生产中对产品快速检测的问题，提供了一套50通道的测试系统。(2)实现了测试仪器的虚拟化，用户在一个高度交互性的虚拟软面板上进行操作即可轻松地完成气敏元件各性能参数的测量。(3)实现了数据采集与数据分析的分离，在共用采集控制软件的基础上，可以根据实际用户的需要开发对应的数据分析软件。本系统的研制，将为用户提供全面的气敏元件测试信息，解决气敏元件生产与检测过程中的实际问题。
刘峰[8]2017年在《面向气体传感器与电子鼻的测试平台设计及分析方法研究》文中指出气体传感器是一种将某种气体体积分数(浓度)转化成可测的电信号的转换器,在食品安全、空气质量、医疗卫生等诸多领域都有广泛的应用前景。但气体传感器通常难以达到只对一种气体响应,为了提高其灵敏度和选择性新型气体传感器的研制和测控方法成为该领域的研究热点,尤其是基于气体传感器阵列以及气体传感器多种温度调控方式的电子鼻系统,已被广泛研究用于多种混合气体的定性定量检测。而如何评测所研究的新型气体传感器和电子鼻系统的性能参数,建立面向特定应用环境的传感器响应数据库并寻求其相应的分析方法,成为该领域研究的一个基础条件。因此,结合实际项目开展的需求,为了适应当前多种新型气体传感器和电子鼻系统需求的特点,本文开展了面向气体传感器与电子鼻系统的测试平台设计与实现,以及相应的分析方法研究工作,意图实现一套配气快速精确、传感器工作模式可控并且结合了典型分析方法的测试平台,为气体传感器和电子鼻系统的参数评测、气体传感器阵列优化和工作模式优化提供测试依据。整个测试平台包括配气模块、传感器测控接口、采集模块和数据分析模块。配气模块基于动态配气法,选用了目前先进的质量流量控制器,可实现4种气体的混合配气,且配气浓度可调,配气种类可调,气体流量可调,气体总流量可控。传感器测控和数据采集模块可实现多种类型传感器的测试。本文以目前研究最多的金属氧化物气体传感器为例,设计传感器的测控接口电路,并选用NI公司的先进的数据采集卡,实现16路传感器的加热控制和实时数据采集。传感器工作方式包括恒温模式与温度调制模式两种,均可实现软件控制;所有传感器的响应数据通过采集模块实时显示并存储。数据分析模块对采集到的即时数据进行分析,可获得气体传感器的最大响应值、响应与恢复时间、气体选择性等参数的统计分析结果,并且该模块还增加了当前电子鼻系统领域中的主成分分析、神经网络等典型的模式识别方法。测试平台的软件系统基于NI的LabView开发环境搭建。该测试平台软硬件系统已经搭建完毕,可实现4种气体、16路传感器的稳定和动态控制及测试,采样速率可达500KS/s。通过配气结果、传感器特性参数、典型混合气体识别方法的结果对比,可实现对新型气体传感器和电子鼻系统的测试标定,为传感器检测性能的改善、测控模式研究、电子鼻新型混合气体识别量化方法的研究提供必要的参考数据。
郝赟[9]2008年在《基于TiO_2纳米管的NO_2气敏传感器研究》文中研究表明随着工业的高速发展,大气污染问题日益突出。NO_2是主要的大气污染物之一,利用气体传感器对其进行快速在位、实时检测具有重要意义。传统的金属氧化物半导体气敏元件存在工作温度高、选择性差,稳定性差等问题,针对这些问题,本文旨在采用一维有序的纳米氧化物半导体材料,制备新型气敏传感器。本文设计并组建了一套可以程序控制的气体传感器性能标定和测试系统,最大程度上减少了人为操作误差,可以准确、便捷的实现对传感器性能的测试。使用这套系统,本文考察了在相同实验条件下,不同方法制备的一维TiO_2纳米管气敏元件对NO_2的气敏特性。采用水热法合成TiO_2纳米管与纳米颗粒的混合物,制备传统硅平板微电极薄膜型气体传感器。TEM和SEM照片表明水热法制备的无序TiO_2纳米管直径约15nm,长约数微米,并且这些TiO_2纳米管经过旋转涂覆工艺可均匀的附着在硅平板微电极上;X射线衍射谱图表明经过第二步弱酸水热法使第一步水热法得到的TiO_2纳米管晶体结构由钛酸盐型转化成锐钛矿相;对这种传统方法制备的TiO_2纳米管薄膜型传感器进行NO_2气敏性能测试的结果表明,气敏元件电阻较大,在低温下,对12.5ppmNO_2灵敏度仅为0.28,此外,气敏元件的恢复性差。本文重点考察了阳极氧化法制备的有序TiO_2纳米管阵列的NO_2气敏特性。SEM照片表明TiO_2纳米管壁厚约10nm,直径约100nm,长约700nm,纳米管垂直有序的生长于Ti基底表面,真空蒸镀的金电极与TiO_2纳米管阵列层紧密结合;XRD谱图表明经过500℃焙烧TiO_2形成锐钛矿晶型;NO_2气敏实验发现,在80℃-140℃的温度范围内,TiO_2纳米管阵列对2.5ppm NO_2灵敏度随工作温度的升高而降低。80℃下,对2.5ppm的NO_2灵敏度高达130,实现了低温下对低浓度NO_2的检测,为开发常温传感器提供了实验依据。阳极氧化TiO_2纳米管阵列的气敏响应信号随着NO_2浓度的变化呈梯度变化。TiO_2纳米管阵列对于NO_2的响应、恢复迅速,随着工作温度的升高,响应时间略有上升,而恢复时间显着下降。
吕坚[10]2004年在《基于虚拟仪器的气体传感器自动测试系统研究》文中认为本论文首先讨论了当前已有气体传感器测试系统的特点和所存在的问题，提出在气体传感器测试系统中引入虚拟仪器的必要性。在介绍了虚拟仪器的概念、软硬件体系机构、性能特点以及分析比较了目前最主要的叁种虚拟仪器构建方案特点的基础上，提出一套基于程控仪器、数据采集卡和图形化编程语言LabVIEW的气体传感器测试虚拟仪器构建方案。本系统工作原理为：以计算机为控制中心，通过程控电源对气体传感器进行不同的组合加热；数据采集卡输出的模拟电压控制继电器、电磁阀和质量流量控制器，对测试系统中传感器测试腔进行抽真空清洁和高精度配气；程控数据采集系统KEITHLEY2700对气体传感器的动态响应信号进行采集；数据处理软件模块进行采集信号数据的处理、显示及存盘等。 论文详细阐述了该基于虚拟仪器的气体传感器测试系统的软硬件实现，包括软硬件体系结构的设计，主要系统硬件的组成和原理，传感器响应信号采集的实现和利用LabVIEW开发平台的系统软件实现。 采用该系统进行了O_2、H_2气体传感器在不同气体浓度及工作温度条件下的特性测试，结果表明该自动测试系统在系统功能、工作稳定性、数据采集准确性、配气精度和稳定性、气体浓度稳定速度等方面都满足科研和实际生产的测试要求。同时该系统除了可用于单一气体传感器的常规测试外，对于多传感器组合和集成阵列的测试尤其适用。 在论文的最后讨论了引起误差的几个可能因素以及减小误差的方法，提出了本测试系统进一步研究的改进措施，并就其发展前景进行了展望。
参考文献：
[1]. 气象传感器自动批量测试系统的设计[D]. 王凯. 东南大学. 2016
[2]. 气体传感器的自动测试系统[D]. 任术波. 大连理工大学. 2002
[3]. 声表面波甲醛气体传感器研究[D]. 周洪林. 大连理工大学. 2007
[4]. 适用于SOC的微气压传感器自动测试的研究[D]. 郭文泰. 大连理工大学. 2005
[5]. 基于虚拟仪器技术的电化学气体传感器特性测试系统的设计与研究[D]. 胡海林. 太原理工大学. 2008
[6]. 基于微热板式气体传感器的混合气体检测及分析[D]. 魏广芬. 大连理工大学. 2005
[7]. 气体传感器测试系统[D]. 刘年丰. 哈尔滨理工大学. 2003
[8]. 面向气体传感器与电子鼻的测试平台设计及分析方法研究[D]. 刘峰. 山东工商学院. 2017
[9]. 基于TiO_2纳米管的NO_2气敏传感器研究[D]. 郝赟. 大连理工大学. 2008
[10]. 基于虚拟仪器的气体传感器自动测试系统研究[D]. 吕坚. 电子科技大学. 2004
标签：自动化技术论文; 电子鼻论文; 纳米管论文; 气体传感器论文; 传感器技术论文; 自动化控制论文; 控制测试论文; 虚拟仪器论文;