電子鼻傳感器原理與技術簡介

2020-11-25 OFweek維科網

　　聲表面波(SAW)傳感器與QCM傳感器的主要區別為：

　　(1)瑞利波是經SAW的表面運行，不是像QCM一樣通過其體內;

　　(2)SAW傳感器工作頻率更高，因此可產生更大的頻率變化。

　　(3)QCM的典型工作頻率僅是10MHz，而SAW器件則在幾百MHz;

　　(4)由於SAW是平面器件，所以可用微電子工業普遍採用的光刻技術來製造，而不像QCM那樣需要微電子機械系統(MEMS)進行三維處理，因此批量生產的成本更低。

　　但是，SAW傳感器的信噪比遜於QCM傳感器，因此在許多情況下，前者的靈敏度要低於後者。

　　電子鼻傳感器的第三大類是金屬氧化矽場效應管傳感器(MOSFET)。其工作原理是：VOC與催化金屬材料相接觸所生成的反應產物(如氫)會擴散通過MOSFET的控制極來改變器件的導電物性。如圖3所示，典型的MOSFET結構有一個P型襯底和在襯底上擴散的兩個摻雜濃度很高的N型區，兩個N區的金屬觸點分別稱為源極和漏極。器件的靈敏度和選擇性可通過改變金屬接觸劑的類型和厚度以及改變工作溫度來改變。

　　MOSFET的優點之一是可依託IC製造工藝，批量生產、質量穩定，主要問題是接觸反應產物(如氫)必須滲入催化金屬塗層來影響溝道中的電荷，這就對晶片的密閉封裝方式提出了更苛刻的要求。MOSFET與導電性傳感器一樣，也存在基準值漂移問題。

　　第四類實用的氣味傳感器是光纖傳感器。它對氣體化合物的響應形式是光譜色彩發生變化。如圖4所示，這種傳感器的主幹部分是玻璃纖維，在玻璃纖維的各面敷有很薄的化學活性材料塗層。化學活性材料塗層是固定在有機聚合物矩陣中的螢光染料，當與VOC接觸時，來自外部光源的單頻或窄頻帶光脈衝沿光纖傳播並激勵活性材料，使其與VOC相互作用反應。這種反應改變了染料的極性，從而改變了螢光發射光譜。

　　只要對許多敷有不同染料混合物的光纖器件構成的傳感器陣列產生的光譜變化進行檢測分析，就可以確定對應的氣體化合物成分。光纖傳感器有很強的抗噪能力和極高的靈敏度，其靈敏度單位以ppb(十億分率)計，這是其它電子鼻傳感器類型所遠不及的。目前光纖傳感器的主要缺點是：(1)其設備控制系統較複雜，成本較高，(2)螢光染料受白光化作用影響，使用壽命有限。

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