基于指条厚度优化的冷凝式声表面波气体传感器灵敏度提升方法

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作者 邹亮桃 刘久玲 +3 位作者 游然 刘明华 任伟 何世堂 《应用声学》 CSCD 北大核心 2022年第3期412-420,共9页

该文通过对声表面波谐振器指条厚度的优化提升了冷凝式气体传感器的灵敏度。基于流固耦合理论,利用有限元商业软件建立了有液膜负载和无液膜负载下的多物理场三维周期模型,并提取了相应的耦合模参量,利用耦合模模型及P矩阵级联技术,计... 该文通过对声表面波谐振器指条厚度的优化提升了冷凝式气体传感器的灵敏度。基于流固耦合理论,利用有限元商业软件建立了有液膜负载和无液膜负载下的多物理场三维周期模型,并提取了相应的耦合模参量,利用耦合模模型及P矩阵级联技术,计算了不同指条厚度下液膜负载引起的传感器响应,获得了冷凝式声表面波气体传感器灵敏度随指条厚度的变化关系。实验中制备了6种不同电极厚度的声表面波谐振器,并利用甲基膦酸二甲酯实验样品完成了传感器的响应测试,验证了理论分析的正确性。结果表明,冷凝式声表面波气体传感器的灵敏度随指条厚度的增加先变大后减小,最优归一化电极厚度为6.4%7.6%之间。该研究结果对进一步提升传感器灵敏度具有重要意义。 展开更多

关键词 冷凝式声表面波气体传感器 流固耦合理论 指条厚度优化 灵敏度

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直接冷凝式声表面波气体传感器检测下限分析

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作者 刘久玲 李顺洲 何世堂 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第B11期236-237,243,共3页

声表面波气体传感器有采用选择性敏感膜进行气体吸附和气体直接冷凝在声表面波器件表面(与气相色谱系统结合)进行检测两种方式。文中首先从分层介质理论出发,分别对涂敷敏感膜和直接冷凝这两种方式下声表面波器件表面质量负载改变引起... 声表面波气体传感器有采用选择性敏感膜进行气体吸附和气体直接冷凝在声表面波器件表面(与气相色谱系统结合)进行检测两种方式。文中首先从分层介质理论出发,分别对涂敷敏感膜和直接冷凝这两种方式下声表面波器件表面质量负载改变引起的频率变化进行理论分析,比较了两种方式在吸附同样气体条件下的灵敏度;然后计算了在500MHz工作频率、考虑冷凝液膜轻度粘滞性时,直接冷凝方式的气体检测下限为ppb量级;最后将计算结果与实验结果进行比较并得到验证。 展开更多

关键词 声表面波 气体传感器 检测下限

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声表面波气体传感器研究进展 被引量：1

3

作者 崔柏乐 杨启明 王文 《压电与声光》 北大核心 2024年第6期827-839,共13页

声表面波(SAW)气体传感器以其独特的微纳声学传感结构和力-声-电多物理场耦合传感机制,表现出高灵敏度、快速响应、宽量程及微型轻质等特点,逐渐成为广受人们关注的新兴气体传感技术之一。该文从SAW传播及传感理论出发,详细介绍敏感膜... 声表面波(SAW)气体传感器以其独特的微纳声学传感结构和力-声-电多物理场耦合传感机制,表现出高灵敏度、快速响应、宽量程及微型轻质等特点,逐渐成为广受人们关注的新兴气体传感技术之一。该文从SAW传播及传感理论出发,详细介绍敏感膜式与非敏感膜式SAW气体传感效应及机制、传感器件设计与制备、传感信号采集与处理等相关研究进展,探讨了SAW气体传感器在新能源、航空航天、国防、工业控制及智能制造等众多领域的潜在应用,最后对其发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 声表面波 气体传感 传感机理及效应 SAW传感器件 SAW气体传感应用

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直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度分析 被引量：1

4

作者 刘久玲 李红浪 何世堂 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第4期524-527,共4页

分析了直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度。运用分层介质理论,对压电基底表面附着液膜后液膜参数变化所引起的频率变化进行分析,给出了相应的计算结果;然后计算了在500 MHz工作频率、考虑液膜轻度粘滞性时,声表面波气体传感器的检... 分析了直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度。运用分层介质理论,对压电基底表面附着液膜后液膜参数变化所引起的频率变化进行分析,给出了相应的计算结果;然后计算了在500 MHz工作频率、考虑液膜轻度粘滞性时,声表面波气体传感器的检测下限,结果为10-9量级;最后将计算结果与实验结果进行比较并得到验证。 展开更多

关键词 气体传感器 声表面波 气相色谱 灵敏度

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声表面波气体传感器研究进展 被引量：8

5

作者 何世堂 王文 +2 位作者 刘久玲 刘明华 李顺洲 《应用声学》 CSCD 北大核心 2013年第4期252-262,共11页

基于声表面波技术的气体传感器包括采用敏感膜和结合气相色谱两种方式。比较而言,采用敏感膜的声表面波气体传感器体积小、功耗低,适应小型化毒气报警器的发展要求,但可检测的气体种类少、灵敏度低、存在交叉干扰问题;声表面波与气相色... 基于声表面波技术的气体传感器包括采用敏感膜和结合气相色谱两种方式。比较而言,采用敏感膜的声表面波气体传感器体积小、功耗低,适应小型化毒气报警器的发展要求,但可检测的气体种类少、灵敏度低、存在交叉干扰问题;声表面波与气相色谱联用的气体分析仪灵敏度高、可检测气体种类多、很好地解决交叉干扰问题,特别适合于复杂大气背景条件下的气体成分分析。本文从传感器响应机理分析与物理功能结构两方面出发介绍了两类声表面波气体传感器的研究进展情况。 展开更多

关键词 声表面波 气体传感器 敏感膜 气相色谱 灵敏度

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基于多条耦合器的双声路声表面波气体传感器 被引量：5

6

作者 文常保 朱长纯 +2 位作者 刘君华 巨永锋 许宏科 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2543-2547,共5页

针对目前声表面波气体传感器在消除外界因素干扰及抑制体声波中存在的问题,提出一种基于多条耦合器的双声路声表面波气体传感器结构。由于该传感器中的双声路结构关于输入小波换能器左右对称,且具有相同的设计参数,所以该传感器可以消... 针对目前声表面波气体传感器在消除外界因素干扰及抑制体声波中存在的问题,提出一种基于多条耦合器的双声路声表面波气体传感器结构。由于该传感器中的双声路结构关于输入小波换能器左右对称,且具有相同的设计参数,所以该传感器可以消除由于外界测量条件改变而引起的扰动量。同时,由于将具有体声波抑制功能的多条耦合器应用到传感器中,所以能够对造成假响应信号的体声波进行有效地抑制。此外,该传感器中的输入换能器采用了小波函数包络进行加权,所以与传统等指长、等周期的均匀换能器相比提高了对频率响应曲线中旁瓣的抑制效果。中心频率为101.764 MHz SO2气体传感器的实现和测量结果表明,该气体传感器在测量范围内,对各种浓度的SO2气体具有好的响应特性:传感器在0.5×10-6到20×10-6浓度范围内,SO2气体浓度与输出频率参量信号之间具有比较理想的线性特性,测量的灵敏度约为6.5 kHz/10-6。 展开更多

关键词 声表面波器件 多条耦合器 气体传感器 小波 体声波

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声表面波SO_2气体传感器敏感膜的研究 被引量：7

7

作者 魏培永 朱长纯 刘君华 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第9期17-19,24,共4页

为了深入研究声表面波 (SAW )SO2 气敏传感器频移与浓度之间的关系 ,对聚苯胺敏感膜的SAWSO2 传感器进行了试验与理论研究 ,并用双能谷模型推导了有关公式 .解释了频移与浓度关系曲线中的拐点问题 ,为聚苯胺敏感膜的SAW传感器应用提供... 为了深入研究声表面波 (SAW )SO2 气敏传感器频移与浓度之间的关系 ,对聚苯胺敏感膜的SAWSO2 传感器进行了试验与理论研究 ,并用双能谷模型推导了有关公式 .解释了频移与浓度关系曲线中的拐点问题 ,为聚苯胺敏感膜的SAW传感器应用提供了理论和实践依据 .将有机物聚苯胺 (PAn)和硫化镉 (CdS)两者的气敏特性进行了对比 ,得出了SO2 气敏膜具有双峰吸收的特点 ,并从理论上进行了论证 ,这对研究其他气敏膜也有指导意义 . 展开更多

关键词 声表面波传感器 二氧化硫气体传感器 敏感膜

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声表面波CO气体传感器温度误差补偿方法研究 被引量：5

8

作者 张朋 陈明 何鹏举 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第1期3-6,22,共5页

要提高声表面波(SAW)气体传感器的测量精确度,温度补偿是主要难题。目前有许多补偿方法,但其效果不佳。采用软件方法进行温度补偿的研究在国内外已成热点,但选用神经网络对声表面波气体传感器进行温度补偿罕见报道。该文以西北工业大学... 要提高声表面波(SAW)气体传感器的测量精确度,温度补偿是主要难题。目前有许多补偿方法,但其效果不佳。采用软件方法进行温度补偿的研究在国内外已成热点,但选用神经网络对声表面波气体传感器进行温度补偿罕见报道。该文以西北工业大学研发的声表面波CO气体传感器为研究对象,通过理论分析和实验,得到了声表面波CO气体传感器的温度特性曲线。提出了一种利用BP人工神经网络对声表面波CO气体传感器温度误差进行修正的新方法。计算机仿真和试验结果表明,该法能有效改善传感器的输出特性,且速度快,精度高,鲁棒性强,便于用硬件实现,具有较高的推广应用价值。 展开更多

关键词 声表面波 CO气体传感器 温度误差 补偿方法 BP神经网络

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覆盖聚合物敏感膜的水平剪切型声表面波气体传感器机理分析 被引量：3

9

作者 谢晓 王文 +1 位作者 刘明华 何世堂 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1627-1630,共4页

采用微扰理论分析了覆盖聚合物敏感膜的水平剪切型声表面波气体传感器(SH-SAW)的响应机理。以针对有机磷毒剂具有良好选择性的含氟多羟基聚硅氧烷(FPOL)膜材料为例,分析了聚合物膜厚以及传感器工作频率在敏感膜吸附气体时对传感器响应... 采用微扰理论分析了覆盖聚合物敏感膜的水平剪切型声表面波气体传感器(SH-SAW)的响应机理。以针对有机磷毒剂具有良好选择性的含氟多羟基聚硅氧烷(FPOL)膜材料为例,分析了聚合物膜厚以及传感器工作频率在敏感膜吸附气体时对传感器响应的影响。计算结果表明,SH-SAW气体传感器对于不同浓度的甲基磷酸二甲酯(DMMP)气体响应随FPOL膜厚和传感器工作频率的改变呈现非线性变化。为了获得线性特性的传感器响应及较小的声波衰减,在一定的DMMP气体浓度检测范围内,通过理论计算提取出了优化的FPOL敏感膜膜厚和传感器工作频率等参数。 展开更多

关键词 气体传感器 响应机理 水平剪切型声表面波 聚合物敏感膜

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声表面波气体传感器的检测优化设计 被引量：2

10

作者 李淑红 赵启大 +1 位作者 廖继平 田爽 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期912-914,952,共4页

介绍了声表面波气体传感器的检测原理。设计了传感器的驱动电路,把声表面波器件作为反馈回路中的一个感抗元件,使回路产生振荡,同时检测输出频率和幅度的变化,比以往单一检测频率的变化,提高了检测精度。采用基底为ST切石英延迟线型结构... 介绍了声表面波气体传感器的检测原理。设计了传感器的驱动电路,把声表面波器件作为反馈回路中的一个感抗元件,使回路产生振荡,同时检测输出频率和幅度的变化,比以往单一检测频率的变化,提高了检测精度。采用基底为ST切石英延迟线型结构,镀上金属氧化物,测试了对二氧化氮的敏感特性。由于气体和氧化物的相互作用,输出频率和幅度均下降。当把测试箱打开放出气体,频率很快恢复到初始频率点,而幅度基本保持平稳。 展开更多

关键词 声表面波 气体传感器 延迟线 二氧化氮

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基于电活性高分子声表面波CO气体传感器研究 被引量：2

11

作者 张朋 陈明 +1 位作者 何鹏举 马戎 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第5期709-712,716,共5页

为克服现有CO气体传感器精度低,工作温度高,成本高的缺点,对基于聚苯胺敏感膜的多层结构声表面波气体传感器进行了试验与理论研究,并推导了声表面波气体传感器的敏感作用公式。传感器采用声表面波双通道带延迟线的谐振器结构,将电活性... 为克服现有CO气体传感器精度低,工作温度高,成本高的缺点,对基于聚苯胺敏感膜的多层结构声表面波气体传感器进行了试验与理论研究,并推导了声表面波气体传感器的敏感作用公式。传感器采用声表面波双通道带延迟线的谐振器结构,将电活性高分子CO气体敏感材料(掺杂有In2O3的聚苯胺)覆盖在一条延迟线路上形成敏感膜(0.5～1.2μm)。将此声表面波CO气体传感器放在CO气体中在-40～+85℃范围内进行测试实验,实验结果显示,该声表面波CO传感器的敏感性好,敏感速度和恢复速度快,精度高。 展开更多

关键词 声表面波CO气体传感器 电活性高分子 聚苯胺 多层结构声表面波器件

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ZnO薄膜声表面波型SF6气体传感器的研究 被引量：1

12

作者 朱长纯 陈文会 文常保 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期445-449,461,共6页

提出了一种基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器.将利用微乳液法制备的ZnO颗粒制作在声表面波器件上,形成了一种对SF6气体具有物理吸附和脱吸附作用的ZnO薄膜.应用小波函数加权的输入换能器和具有抑制体声波作用的多条耦合器到声表面... 提出了一种基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器.将利用微乳液法制备的ZnO颗粒制作在声表面波器件上,形成了一种对SF6气体具有物理吸附和脱吸附作用的ZnO薄膜.应用小波函数加权的输入换能器和具有抑制体声波作用的多条耦合器到声表面波器件中,传感器的频率响应特性得到了提高.声表面波器件的双声路结构消除了因外界测量条件改变引起的测量误差,进一步提高了传感器的可靠性和准确性.实验结果表明,基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器具有较好的重复性和较强的连续测量特性,在测量范围内对各种浓度的SF6气体具有好的响应特性,传感器在φ(SF6)为0.5×10-6到20×10-6范围内的线性灵敏度大约为7.3 kHz/10-6,但对CO2、N2具有一定的交叉灵敏度. 展开更多

关键词 ZNO薄膜 声表面波器件 SF6气体 气体传感器

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声表面波气体传感器振荡电路设计 被引量：1

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作者 李川 杜晓松 +1 位作者 胡佳 蒋亚东 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第1期124-126,共3页

基于反馈振荡器的工作原理,采用对振荡电路的开环增益和相位进行检测和调节的方法,设计制作了用于声表面波(SAW)气体传感器的振荡电路。根据开环测量的结果,通过改变匹配电感值来使得0°相位在增益峰值附近,以获得稳定的振荡和提高... 基于反馈振荡器的工作原理,采用对振荡电路的开环增益和相位进行检测和调节的方法,设计制作了用于声表面波(SAW)气体传感器的振荡电路。根据开环测量的结果,通过改变匹配电感值来使得0°相位在增益峰值附近,以获得稳定的振荡和提高振荡器可承受的最大传感器插损。在印制电路板(PCB)版图设计中,采用50Ω特性阻抗和保证最短RF回流电流路径等措施以实现稳定的振荡。基于上述方法,分别制作了频率为315,433.92 MHz的振荡电路。后者的噪声幅度在20 Hz以内,标准方差约为3.92。该实验结果表明:此设计方法具有快速、便捷、可靠的优点,设计的振荡电路具有较高的稳定性,可广泛用于SAW传感器设计。 展开更多

关键词 反馈振荡器 振荡电路 声表面波 气体传感器

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基于声表面波双端谐振器的气体传感器 被引量：2

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作者 戴恩光 冯冠平 +1 位作者 何振华 崔大付 《传感技术学报》 CAS CSCD 1997年第1期7-12,共6页

首先研究了双端声表面波谐振器的一些特点,然后从传感技术角度,给出了一种不用延迟线而采用谐振器(SAWR)对有机气体检测的新方法。

关键词 气体传感器 谐振器 延迟线 声表面波器件

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基于聚苯胺/In_2O_3的声表面波CO气体传感器研究 被引量：1

15

作者 张朋 陈明 何鹏举 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2009年第3期302-304,308,共4页

为克服现有CO气体传感器精度低,工作温度高,成本高的缺点,在ST切型石英晶片上成功实现了一种新型的室温下延迟线型声表面波CO气体传感器。传感器采用双通道延迟线结构,在一条延迟线路上采用光刻技术构造出一个方形敏感区,将掺杂有In2O3... 为克服现有CO气体传感器精度低,工作温度高,成本高的缺点,在ST切型石英晶片上成功实现了一种新型的室温下延迟线型声表面波CO气体传感器。传感器采用双通道延迟线结构,在一条延迟线路上采用光刻技术构造出一个方形敏感区,将掺杂有In2O3的聚苯胺CO气体敏感材料覆盖在方形敏感区形成敏感膜(0.5~1.2μm)。在-40^+85℃间的CO气体中,对此气体传感器进行测试实验,实验结果显示该声表面波CO传感器具有好的敏感性、快的敏感速度和恢复速度、高的精度。 展开更多

关键词 声表面波 质量沉积效应 双声路 聚苯胺 气体传感器 敏感特性

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声表面波谐振式力学量传感器的发展与现状 被引量：2

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作者 陈明 王玮 《传感器技术》 CSCD 2000年第5期1-3,共3页

扼要回顾了国内外在声表面波力学量传感器方面一些重要的成就 ,阐述了声表面波力学量传感器的特点、基本工作原理 ,简单推导了该传感器输入 -输出关系 ,并对声表面波其他传感器作了介绍。

关键词 声表面波 力学量传感器 谐振式

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声表面波延迟线振荡器为核心的气体传感器 被引量：1

17

作者 刘镇清 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 1992年第3期1-8,共8页

声表面波(SAW)器件的工作频率随基片表面上的负载质量变化而发生漂移,通常利用这一性质作气相分析与检测,已经有了若干用SAW延迟线器件制成的化学传感器。传感器表面涂着一层有化学选择性的薄膜,这一涂层则在化学分析时有选择地吸收待... 声表面波(SAW)器件的工作频率随基片表面上的负载质量变化而发生漂移,通常利用这一性质作气相分析与检测,已经有了若干用SAW延迟线器件制成的化学传感器。传感器表面涂着一层有化学选择性的薄膜,这一涂层则在化学分析时有选择地吸收待测气体分子,涂层在吸收了气体后发生一些物理变化,因而这种传感器的灵敏度与SAW延迟线表面上的涂层对气体的吸收量有关。许多实际使用的传感器是用双SAW延迟线组成的,它们集成在一片基体上,并在一个延迟线表面上涂上气体吸附薄膜,而另一个则不涂任何物质。 本文讨论了这种传感器的若干问题,如温度影响、响应时间以及频率变化与气体浓度间关系的非线性。最后提出了在传感器应用时的改进方法与措施。 展开更多

关键词 声表面波器 气体传感器 振荡器

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基于延迟线理论的无源声表面波气体传感器

18

作者 张昊 罗文广 +1 位作者 于滢源 曹莹 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2012年第4期505-508,共4页

针对单输入、单输出及双输入、双输出换能器构成的声表面波(SAW)气体传感器存在的缺陷,研究一种无线无源、温度可测的气体传感器。基于声表面波的延迟线理论,利用叉指换能器的转换能量原理,对叉指换能器及反射器进行合理布局,并使3个反... 针对单输入、单输出及双输入、双输出换能器构成的声表面波(SAW)气体传感器存在的缺陷,研究一种无线无源、温度可测的气体传感器。基于声表面波的延迟线理论,利用叉指换能器的转换能量原理,对叉指换能器及反射器进行合理布局,并使3个反射器之间互为参考反射器,获得一种新型的声表面波气体传感器。该设计减少了传感器中信号间及环境温度等因素对测量的干扰,提高了传感器的灵敏度和测量准确度。该传感器具有结构简单、无线无源等特点,适合在不宜接触的复杂工程环境下工作。 展开更多

关键词 声表面波 无源气体传感器 温度传感器 叉指换能器 延迟线理论

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声表面波气体传感器设计与制作

19

作者 赵以贵 李维龙 张森 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第8期80-82,86,共4页

阐述了声表面波（SAW）甲基膦酸二甲酯（DMMP）气体传感器的设计和制作过程。为提高探测灵敏度和选择性,主要考虑了SAW振荡器的频率稳定性,敏感材料巯基十一酸（MUA）采用了分子自组装成膜方式和Cu2＋化学修饰。实验结果显示：在1~100mg... 阐述了声表面波（SAW）甲基膦酸二甲酯（DMMP）气体传感器的设计和制作过程。为提高探测灵敏度和选择性,主要考虑了SAW振荡器的频率稳定性,敏感材料巯基十一酸（MUA）采用了分子自组装成膜方式和Cu2＋化学修饰。实验结果显示：在1~100mg/m3的浓度范围内具有好的线性度和21Hz/mg/cm3的灵敏度。 展开更多

关键词 声表面波 气体传感器 甲基膦酸二甲酯 巯基十一酸

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基于激光激发声表面波新型气体传感器的研究 被引量：6

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作者 姜超 刘光达 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期132-135,共4页

提出了一种利用激光激发声表面波,通过气体吸附性薄膜对被测气体进行检测的传感原理。激光在覆有选择性气体吸附膜的铝块表面激发出声表面波,后者沿铝块表面传播。在吸附性薄膜与被测气体发生反应后,声表面波的强度被改变;然后利用PMT(... 提出了一种利用激光激发声表面波,通过气体吸附性薄膜对被测气体进行检测的传感原理。激光在覆有选择性气体吸附膜的铝块表面激发出声表面波,后者沿铝块表面传播。在吸附性薄膜与被测气体发生反应后,声表面波的强度被改变;然后利用PMT(光电倍增管),通过单芯光纤耦合的反射式光束偏转法探测由半导体激光器发出的探测光束,所检测的光强的变化反映了被检测气体的浓度,从而实现被测气体的浓度测量。 展开更多

关键词 声表面波(SAW) 吸附性膜 气体传感器 光偏转法

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