1、金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)氣體傳感器是人們獲取氣體信息的重要工具之一，在環(huán)境監(jiān)測與保護（大氣質(zhì)量、尾氣排放檢測等）、化工過程控制（工業(yè)氣體排放、化工過程中間氣體監(jiān)測）和安防（酒駕檢測、易燃易爆氣體探測、有害氣體源監(jiān)測）等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。但是在實際使用時，也存在著對低濃度目標(biāo)氣體靈敏度過低、交叉敏感、功耗較大等問題，影響了測試結(jié)果，阻礙了其推廣和發(fā)展。針對這些問題，本文在測試

2、儀器設(shè)計、微型器件設(shè)計、識別計算方法和傳感性能增強方法這幾個方面進行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　在MOS氣體傳感器測試儀器研究中，為進行高效便捷的測試和應(yīng)用，自主開發(fā)了傳感測試分析一體機。該設(shè)備的軟硬件遵循氣體傳感器測試的表征特點與測試需求，針對性的解決了MOS氣體傳感器測試中存在的幾類問題，包括設(shè)計了全封閉測試結(jié)構(gòu)，克服人為接觸傳感器/測試板、氣體樣本瓶等環(huán)節(jié)帶來的氣流、溫濕度、抖動等不確定因素;更高自動化測試流程克服以往的人工

3、重復(fù)、繁瑣操作帶來的人員疲勞和失誤，使操作過程更簡便、可信;克服測試環(huán)境多變、氣敏響應(yīng)值跨度大、多傳感器同步測量以及儀器精度與響應(yīng)速度的問題，針對性的改善了微弱信號獲取性能，改進了換擋機制保證速度的同時，使電阻測試在103Ω～1010Ω數(shù)量級時的全局精度控制在1.7％以內(nèi)?？梢院芎弥С帧⒋龠M敏感材料、傳感器元件與測試方法的研究。
　　在氣敏材料制備方面，研究了FeCl3與尿素配比對制備Fe2O3基氣體傳感器的性能影響，對比測試表明

4、，F(xiàn)eCl3和尿素按1∶3配比生成的前驅(qū)體材料再經(jīng)過微波水熱法，制備得到納米微球狀結(jié)構(gòu)的氣敏材料，其性能優(yōu)于按1∶1配比制備的納米棒結(jié)構(gòu)的氣敏材料，更遠遠優(yōu)于普通Fe2O3材料。對比NO，SO2，NO2，CO和H2S這批有毒氣體的測試結(jié)果可知，該氣敏材料對H2S具有高靈敏度以及良好選擇性。針對測試和商用傳感器體積過大，功耗過高的缺點，設(shè)計、仿真、制作了一種微型傳感器元件，元件采用1.6mm×1.6mm的微加熱板結(jié)構(gòu)，并利用一個6pin-

5、LCC的標(biāo)準(zhǔn)貼片式陶瓷基座進行封裝。有限元模擬與實驗測試結(jié)果表明，在25mW功率下加熱即可達到350℃左右，滿足傳感器工作溫度，且傳熱速度與熱效率優(yōu)于普通陶瓷管元件。同時使傳感器體積減小，適于小型微型化應(yīng)用。
　　在溫度調(diào)制技術(shù)方面，研究了利用單傳感器來對單一氣體或混合氣體進行檢測的特點。新型傳感器具有的高靈敏度，高溫度敏感性在溫度不穩(wěn)定變化時易導(dǎo)致的輸出信號抖動，針對這一現(xiàn)象，提出采用階梯電壓加熱的溫度調(diào)制方式，來獲取傳感器在溫

6、度變化時的瞬態(tài)響應(yīng)與各個電壓臺階處的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，有助于提取較全面的特征;針對樣本特征維數(shù)多，以及特征間關(guān)聯(lián)性必然導(dǎo)致的冗余問題，提出并證明了基于覆蓋粗糙集的樣本特征約簡優(yōu)化方法，并提出一種自適應(yīng)覆蓋生成方法。對時域以及小波時頻域的特征進行了提取，并使用支持向量機進行模式識別效果對比。實驗表明，相對于按類內(nèi)、類間距離比值排序的特征提取方法，本方法具有更好的分類識別準(zhǔn)備率以及回歸預(yù)測準(zhǔn)確率。并且所提取的樣本特征集由析取式表達，使用時可按需選擇

7、和配置，具有更好的靈活性。
　　在對MOS氣體傳感器氧離子化模型分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)新型傳感器在接觸氣體后的一段時間內(nèi)，離子化氧氣消耗速度遠遠高于其生成速度，由此提出一種通過在短時間內(nèi)增加目標(biāo)氣體體積分?jǐn)?shù)參與離子化氧氣反應(yīng)，快速置換出電子，使得材料電導(dǎo)暫時增大的壓縮氣體源測試方法，由此提出了濃度響應(yīng)性的概念?；谖⒓訜岚迨皆c新型氣敏材料，設(shè)計并制作了一個可以對小氣腔內(nèi)氣體進行壓縮的改進型測試儀。測試結(jié)果表明，該方法針對極低體積分