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    研究人员提出声表面波气体传感器实时响应仿真模型
    2019/03/22 | 作者:超声技术中心 齐晓琳 | 【 【打印】【关闭】

      过去几十年里,气体传感器发展迅速,在许多领域中发挥了重要的作用。其中,声表面波气体传感器因其灵敏度高、几何尺寸小、装置相对简单、生产成本低等优点得到广泛应用。

      以往关于声表面波气体传感器的研究主要集中在稳态响应机理方面,即在达到长时间稳定状态后,待测气体浓度与传感器输出之间的关系。而对于传感器的实时响应,目前仍缺乏一种直观的仿真模型。

      为了描述声表面波气体传感器的实时响应机制,最近,中科院声学所超声技术中心博士生齐晓琳及其导师刘建生副研究员、何世堂研究员等人建立了仿真模型,有助于直观分析影响传感器响应的因素并优化传感器参数。相关研究成果已发表于国际学术期刊 Japanese Journal of Applied Physics

      研究人员基于微扰理论、朗缪尔方程和基本传输方程建立模型。利用微扰理论描述传感器输出与表面质量负载之间的正比关系,采用朗缪尔方程和基本传输方程描述气体在敏感膜上的吸附-解吸行为,并利用有限元软件COMSOL得到了质量负载曲线。

      研究人员将制备的氧化锌量子点作为声表面波气体传感器的敏感膜,开展了吸附和解吸附磷酸二甲酯气体的实验。实验结果表明该气体传感器具有周期性,频率响应仿真曲线与实验结果吻合良好。

      这种对气体在声表面波敏感膜上吸附-解吸的实验也适用于其他类型的声表面波气体传感器,有利于制作性能更高的声表面波气体传感器。

      在后续研究中,研究人员将利用该模型分析影响声表面波气体传感器响应的因素,并对传感器进行优化设计。

      

      图1 三维气室与二维模型的关系(图/中科院声学所)

      

      图2 声表面波气体传感器质量负载曲线与频率偏移曲线对比(图/中科院声学所)

      关键词:

      声表面波;气体传感器;实时响应机理

      参考文献:

      QI Xiaolin, LIU Jiansheng, LIANG Yong, LI Junhong, HE Shitang. The response mechanism of surface acoustic wave gas sensors in real time. Japanese Journal of Applied Physics, 2019, 58(1): 014001. DOI: 10.7567/1347-4065/aat223.

      论文链接:https://doi.org/10.7567/1347-4065/aaf223

     
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