專利名稱：碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器及其濃度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體傳感領(lǐng)域，特別是一種基于碳納米管薄膜及氣體放電原理的三電 極一氧化氮傳感器及其檢測一氧化氮濃度的方法。
背景技術(shù)：
隨著各行各業(yè)氣體檢測的迫切需要以及納米技術(shù)的發(fā)展，納米傳感器已獲得長足 的進(jìn)展。尤其是隨著20世紀(jì)末期碳納米管的發(fā)現(xiàn)，碳納米管在氣體、溫度、濕度檢測領(lǐng)域展 現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景。碳納米管氣敏、溫敏、濕敏傳感器中的碳納米管薄膜兩電極傳感器， 以其檢測靈敏度高、檢測氣體范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，成為氣體、溫度、濕度檢測領(lǐng)域的研究 熱點(diǎn)。碳納米管薄膜兩電極氣敏傳感器基于氣體放電原理，克服了其它類型的碳納米管氣 敏傳感器在被測氣體中飽和中毒的缺點(diǎn)，氣體濃度測量范圍及被測氣體種類范圍更寬。用 碳納米管作為敏感材料構(gòu)成的氣敏、溫敏、濕敏傳感器，具有常規(guī)傳感器不可替代的優(yōu)點(diǎn) 一是碳納米管的比表面積大，在傳感器整體尺寸較小的情況下，可大大提高電極的面積；二 是基于碳納米管納米級(jí)的尖端曲率半徑，使傳感器工作電壓極大降低，并在碳納米管尖端 附近獲得極強(qiáng)的電場強(qiáng)度，在低電壓下使被測氣體電離；三是大大縮小了傳感器的尺寸，動(dòng) 態(tài)響應(yīng)快。因此，它在生物、化學(xué)、機(jī)械、航空、軍事、反恐等方面具有廣泛的發(fā)展前途?，F(xiàn)有的碳納米管薄膜兩電極傳感器包括由西安交通大學(xué)的劉君華、張勇、李昕、朱 長純教授等人在2001年的第14屆IVMC國際真空微電子學(xué)國際會(huì)議公開的碳納米管薄膜 兩電極氣體傳感器(圖1所示)。該傳感器工作之后由于極間放電后空間電荷難以擴(kuò)散，傳 感器難以恢復(fù)到初始狀態(tài)，并且傳感器擊穿電壓、擊穿電流與氣體濃度之間呈現(xiàn)多值關(guān)系 (圖2，圖3)，無法對(duì)氣體濃度進(jìn)行測量。美國倫斯勒工業(yè)學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)的Nikhil Koratkar與Pulickel M Ajayan教授等人研制了碳納米管薄膜陽極 兩電極氣體傳感器。該傳感器擊穿電壓與氣體濃度之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，擊穿放電電流與 氣體濃度之間線性誤差較大；放電電壓和放電電流較大；無法實(shí)現(xiàn)碳納米管薄膜陽極對(duì)單 一氣體的測量。浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院的惠國華、陳裕泉教授在120微米 極間距的條件下對(duì)碳納米管薄膜陰極兩電極氣體傳感器進(jìn)行了研制，研究了傳感器在三種 單一氣體中的放電特性，由于靈敏度較低，沒有構(gòu)成測量濃度的氣體傳感器。因此，目前對(duì)敏感各類單一氣體包括一氧化氮的碳納米管薄膜電極傳感器及其檢 測一氧化氮?dú)怏w濃度的方法的研究，成為亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，是提供一種碳納米管薄膜三電極一氧化氮NO傳感器，將傳統(tǒng) 碳納米管薄膜兩電極傳感器的輸出電流分為電子流與離子流，建立本發(fā)明三電極一氧化氮 傳感器收集極收集的離子流與一氧化氮濃度、溫度和濕度的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，克服碳納米管 薄膜兩電極傳感器氣敏特性及濕敏特性的多值非線性問題。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，檢 測氣體靈敏度高。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種基于碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一 氧化氮濃度的方法；由不同極間距碳納米管薄膜三電極傳感器組成傳感器陣列分別測量待 測一氧化氮濃度、溫度與濕度；該濃度測量方法要求的硬件結(jié)構(gòu)簡單，采用數(shù)據(jù)融合算法， 檢測氣體準(zhǔn)確度高。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器，其特征在于包括三個(gè)自上而下依次分布 的第一電極、第二電極和第三電極，所述第一電極由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的 基底以及設(shè)有透氣孔的電極構(gòu)成；第二電極由中心設(shè)有引出孔的引出極極板構(gòu)成；第三電 極由板面設(shè)有盲孔的收集極構(gòu)成；該三個(gè)電極分別通過絕緣支柱相互隔離。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征還在于所述三個(gè)電極中相鄰兩個(gè)電極的極間距為30 250 μ m ；所述第一電極與第二電極極板正對(duì)面積為0. 01 17mm2，第二電極與第三電極極 板正對(duì)面積為0. 01 190mm2。所述第一電極的電極表面的透氣孔為1 4個(gè)，在電極內(nèi)側(cè)表面粘接的基底上附 著有碳納米管薄膜；所述第二電極引出極中心設(shè)有1 4個(gè)引出孔；所述第三電極收集極盲孔與第二電極的引出孔相對(duì)應(yīng)，盲孔的數(shù)量為1 4個(gè)。本發(fā)明還給出了一種基于碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一氧化氮濃 度的方法，該方法包括下述步驟(1)選擇三個(gè)電極中相鄰兩個(gè)電極的極間距設(shè)定為30 250 μ m的碳納米管薄膜 三電極傳感器；(2)分別將設(shè)定的三個(gè)不同極間距的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器、碳納 米管薄膜三電極溫度傳感器和碳納米管薄膜三電極濕度傳感器放置在含有待測一氧化氮 氣體的氣氛中；(3)分別對(duì)三個(gè)三電極結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜一氧化氮傳感器、溫度傳感器和濕度 傳感器的第一電極加載電壓為0V，第二電極加載電壓2 200V，第三電極加載電壓1 180V ；(4)在待測一氧化氮濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)不同的濃度、溫度和濕度 標(biāo)定值，分別測量步驟(2)中所有傳感器輸出的氣體放電離子流值；(5)將步驟(4)中在濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)測得的所有傳感器輸出離子流 值，與相應(yīng)的一氧化氮濃度、溫度和濕度標(biāo)定值，組成不同的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定樣本，然后采用分段 插值技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定樣本進(jìn)行插值，獲得插值數(shù)據(jù)，得到插值樣本，并根據(jù)包含了實(shí)驗(yàn)標(biāo)定 樣本及插值樣本的所有樣本組建一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫；(6)采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)融合儀，建立一氧化氮傳感器、溫度傳感器及濕 度傳感器的測量模型；以一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)融合儀的輸入樣本和 期望輸出樣本，并以量程范圍內(nèi)不同的數(shù)據(jù)分別作為數(shù)據(jù)融合儀的訓(xùn)練樣本和檢驗(yàn)樣本進(jìn) 行訓(xùn)練和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果滿足實(shí)測誤差要求時(shí)，數(shù)據(jù)融合儀輸出一氧化氮傳感器的濃度準(zhǔn) 確測量模型；(7)將碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器實(shí)測時(shí)輸出的離子流值輸入步驟(6)獲得的一氧化氮濃度準(zhǔn)確測量模型，該模型輸出一氧化氮濃度 的準(zhǔn)確測量值。本發(fā)明方法特征還在于所述三電極結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜傳感器中，第二電極電位高于第一電極電位，第 三電極電位低于第二電極電位且高于第一電極電位。所述建立一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫，是將實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)與插值數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)庫， 將各傳感器輸出離子流值及其插值數(shù)據(jù)作為輸入樣本，將一氧化氮濃度、溫度和濕度標(biāo)定 值及其插值數(shù)據(jù)作為期望輸出樣本?；谔技{米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一氧化氮濃度的方法，由不同極間 距碳納米管薄膜三電極傳感器組成傳感器陣列分別測量待測一氧化氮濃度、溫度與濕度； 由傳感器電壓源供電；由PA級(jí)電流測量系統(tǒng)檢測傳感器輸出；調(diào)整電極間距，調(diào)整電極電 壓，在待測一氧化氮中，在溫度、濕度環(huán)境中進(jìn)行傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；基于分段插值技術(shù)對(duì) 實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，獲得插值數(shù)據(jù)；將包含了實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)及插值數(shù)據(jù)的所有數(shù)據(jù)組 成一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫，獲得一氧化氮的單值氣敏特性、單值溫度敏感特性、單值濕度 敏感特性；根據(jù)一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)，消除溫度、濕度的 影響，建立一氧化氮傳感器的濃度準(zhǔn)確測量模型；將實(shí)測時(shí)傳感器陣列的輸出實(shí)時(shí)地輸入 一氧化氮濃度測量模型，就可以得到一氧化氮濃度的實(shí)測結(jié)果。該一氧化氮濃度測量方法 克服了碳納米管薄膜兩電極傳感器氣敏特性及濕敏特性的多值非線性問題，要求的硬件結(jié) 構(gòu)簡單，并且成本低，檢測一氧化氮?dú)怏w靈敏度高、準(zhǔn)確度高，適合于推廣使用。本發(fā)明所述的一氧化氮濃度檢測方法，可實(shí)現(xiàn)一氧化氮的濃度測量，準(zhǔn)確度為 1%。該新型一氧化氮濃度檢測方法與已有的離子化探測器色譜儀中使用的傳統(tǒng)三電極探 測器的濃度檢測方法相比，由于采用碳納米管薄膜做電極，傳感器對(duì)一氧化氮具有高靈敏 度以及的濃度測量準(zhǔn)確度。并且碳納米管薄膜三電極傳感器以碳納米管納米級(jí)的尖端 曲率半徑可實(shí)現(xiàn)將傳感器工作電壓，從離子化探測器的600伏高壓降至200伏以下的安全 實(shí)用范圍。本發(fā)明的新型一氧化氮濃度測量方法將不同極間距的傳感器陣列技術(shù)、PA級(jí)電 流測量技術(shù)、分段插值技術(shù)以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)集成在一起，可消除溫度、濕度的影響，可實(shí) 現(xiàn)一氧化氮濃度的準(zhǔn)確測量。


圖1是碳納米管薄膜陰極兩電極傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)碳納米管薄膜兩電極氣體傳感器的擊穿電壓與氣體濃度的多值 非線性氣敏特性。圖3是現(xiàn)有技術(shù)碳納米管薄膜兩電極氣體傳感器的擊穿電流與氣體濃度的非線 性多值氣敏特性。圖4是本發(fā)明碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器立體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖6是本發(fā)明碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器在一氧化氮中輸出的氣體放 電離子流與氣體濃度的單值關(guān)系。圖中1、第一電極；2、第二電極；3、第三電極；4、設(shè)有透氣孔的電極；5、碳納米管薄膜基底；6、碳納米管薄膜；7、絕緣支柱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1如圖4、圖5所示，該碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器，包括由三個(gè)依次自上 而下相互疊加的電極構(gòu)成，該三個(gè)相互疊加電極分別設(shè)有第一電極1、第二電極2和第三電 極3，所述第一電極1由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜6的基底5以及設(shè)有透氣孔的電 極4構(gòu)成；第二電極2由中心設(shè)有引出孔的引出極極板構(gòu)成；第三電極3由電極板面設(shè)有盲 孔的收集極構(gòu)成；該三個(gè)電極分別通過絕緣支柱7相互隔離。圖4所示的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器實(shí)施例中，第一電極1的電極表 面的透氣孔有2個(gè)，透氣孔為圓形；在該透氣孔的一側(cè)表面粘接有碳納米管薄膜基底5，其 上分布有碳納米管薄膜6，且該碳納米管管口向下。第二電極2中心設(shè)有1個(gè)引出孔、且引 出孔為圓形。第三電極3收集極盲孔與第二電極的引出孔相對(duì)應(yīng)，圖4、圖5中給出了設(shè)置 一個(gè)盲孔、且盲孔為圓柱體結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。絕緣支柱7分別設(shè)置在碳納米管薄膜基底5與 第二電極2之間、第二電極2與第三電極3之間，即絕緣支柱7分布于第二電極2正對(duì)第一 電極1的碳納米管薄膜基底兩端的表面兩側(cè)及第三電極3的內(nèi)側(cè)表面的兩側(cè)。本發(fā)明設(shè)有透氣孔的電極4板面與碳納米管薄膜基底5均采用硅片材料制作；所 述碳納米管薄膜6，可采用酞菁鐵做為催化劑，并采用碳源，在碳納米管薄膜基底5上生長 制作碳納米管薄膜6，或者絲網(wǎng)印刷碳納米管薄膜6。第二電極2和第三電極3均采用硅片 制作。設(shè)有透氣孔的電極4和第三電極3內(nèi)側(cè)面、第二電極2的兩側(cè)面均設(shè)有金屬膜。本發(fā)明第一電極1中的電極上有2個(gè)透氣孔，便于待檢測氣體進(jìn)入電極間隙；碳納 米管薄膜的硅片基底具有導(dǎo)電能力，并牢固粘接在第一電極內(nèi)側(cè)表面；經(jīng)第二電極2的引 出孔，第三電極3收集極可收集氣體電離產(chǎn)生的正離子流。第一電極1與第二電極2之間、 第二電極2與第三電極3之間通過絕緣支柱7相互隔離；被測氣體通過傳感器周邊電極間 的間隙進(jìn)入傳感器相鄰兩個(gè)電極的間隙中。本發(fā)明采取上述結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器在測量一氧化氮濃 度時(shí)，第二電極電位高于第一電極電位，第三電極電位低于第二電極電位并高于第一電極 電位。第二電極與第一電極形成電子流回路，第三電極與第一電極形成離子流回路，實(shí)現(xiàn) 將電子流與離子流分離。碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器輸出的離子流與一氧化氮濃 度、溫度和濕度之間，在第二電極施加一定電壓的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)單值關(guān)系(圖6)。通過分段 插值及數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)了一氧化氮濃度的測量準(zhǔn)確度。不同極間距的碳納米管薄膜三電 極傳感器陣列技術(shù)、PA級(jí)電流測量技術(shù)、分段插值技術(shù)以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)是本發(fā)明濃度測 量方法的特征。下面通過一個(gè)具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一氧 化氮濃度的方法做進(jìn)一步說明。采用極間距固定的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器，實(shí)驗(yàn)獲得了單一氣體一 氧化氮的單值氣敏特性(圖6所示)，傳感器輸出的離子流數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)融合建立的一氧化 氮濃度測量模型，獲得了準(zhǔn)確度小于的單一氣體一氧化氮濃度測量值。
圖6所示的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測單一氣體一氧化氮濃度的 實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件為溫度24. 5°C、相對(duì)濕度24. 5% RH、大氣壓力93. 4KPa。傳感器第 一電極1與第二電極2極間距為200 μ m,第二電極2與第三電極3極間距為100 μ m ；監(jiān)測 溫度用的碳納米管薄膜三電極傳感器相鄰電極的極間距均為170μπι ；監(jiān)測濕度用的碳納 米管薄膜三電極傳感器相鄰電極的極間距分別為200μπι、100μπι。上述三個(gè)碳納米管薄膜 三電極傳感器的第一電極1與第二電極2極板正對(duì)面積為17mm2，第二電極2與第三電極3 極板正對(duì)面積為190mm2。單一氣體傳感器第一電極1陰極電壓為0V，第二電極2引出極加 載電壓130V，第三電極3收集極加載電壓IOV ；溫度傳感器第一、第二、第三電極電壓分別 為0V、70V、10V ；濕度傳感器第一、第二、第三電極電壓分別為0V、90V、10V。隨著一氧化氮濃 度的增加，收集極收集到的離子流減小，離子流與一氧化氮濃度之間呈現(xiàn)單值下降關(guān)系；溫 度、濕度傳感器敏感特性與一氧化氮傳感器類似。在0 1208. 998ppm 一氧化氮濃度范圍 內(nèi)，獲得了 12組實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)。三個(gè)傳感器離子流值作為輸入樣本，一氧化氮濃度標(biāo)定值 作為期望輸出樣本數(shù)據(jù)。采用線性插值對(duì)12組實(shí)驗(yàn)標(biāo)定樣本數(shù)據(jù)插值，在0 1208. 998ppm 濃度范圍內(nèi)，其中489. 570ppm 828. 778ppm濃度范圍內(nèi)以5ppm為間距，其他區(qū)間以15ppm 為間距進(jìn)行等間距插值，獲得127組插值數(shù)據(jù)，并與12組實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)庫；選用 118組插值數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，12組實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)樣本，輸入數(shù)據(jù)融合儀，通過訓(xùn) 練檢驗(yàn)，獲得單一氣體一氧化氮濃度測量模型。濃度測量模型的線性度為0. 1%，12組檢驗(yàn) 樣本的檢驗(yàn)結(jié)果引用誤差最大值為0. 46%，達(dá)到了 的濃度測量準(zhǔn)確度。實(shí)施例2本實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，所不同的是碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感 器三個(gè)電極中相鄰兩個(gè)電極間的極間距分別為250μπι、30μπι，第一電極1與第二電極2極 板正對(duì)面積為0. 01mm2，第二電極2與第三電極3極板正對(duì)面積為0. 01mm2。第一電極1的電極表面的透氣孔有1個(gè)，透氣孔為四邊形、五邊形或六邊形；第二 電極2中心引出孔為4個(gè)，引出孔為四邊形、五邊形或六邊形；第三電極3盲孔的數(shù)量為4 個(gè)，盲孔為3 6棱柱或棱錐體。本實(shí)施例的檢測方法與實(shí)施例1基本相同，所不同的是傳感器的第一電極陰極電壓為0V，第二電極引出極加載電壓2V，第三電極收集極 加載電壓IV。實(shí)施例3本實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，所不同的是碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感 器三個(gè)電極中相鄰兩個(gè)電極間的極間距分別為250μπι、30μπι，第一電極1與第二電極2極 板正對(duì)面積為10mm2，第二電極2與第三電極3極板正對(duì)面積為100mm2。第一電極1的電極表面的透氣孔有4個(gè)，透氣孔為四邊形、五邊形或六邊形；第二 電極2中心引出孔為2個(gè)，引出孔為四邊形、五邊形或六邊形；第三電極3盲孔的數(shù)量為2 個(gè)，盲孔為3 6棱柱或棱錐體。本實(shí)施例的檢測方法與實(shí)施例1基本相同，所不同的是傳感器的第一電極陰極電壓為0V，第二電極引出極加載電壓200V，第三電極收集 極加載電壓180V。本發(fā)明通過不同極間距碳納米管薄膜三電極傳感器組成傳感器陣列、pA級(jí)電流測量系統(tǒng)檢測傳感器輸出、分段插值及數(shù)據(jù)融合方法，形成一種新型、可以測量一氧化氮?dú)?體、抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的一氧化氮濃度測量方法。傳感器陣列里不同極間距的傳感 器，實(shí)時(shí)檢測溫度、濕度的干擾影響，直接檢測一氧化氮濃度；PA級(jí)電流測量系統(tǒng)可同時(shí)檢 測對(duì)應(yīng)各組份氣體濃度、溫度、濕度的各傳感器輸出的PA級(jí)電流；分段插值及數(shù)據(jù)融合方 法，可消除溫度、濕度干擾，輸出準(zhǔn)確度高的一氧化氮濃度測量值。 雖然本發(fā)明以上述較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳細(xì)的描述，但上述實(shí)施例并不 用于限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案所給出的技術(shù)特征和結(jié)構(gòu)范圍的情況下，對(duì)技 術(shù)特征所作的增加、變形或以本領(lǐng)域同樣內(nèi)容的替換，均應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器，其特征在于包括三個(gè)自上而下依次分布的 第一電極、第二電極和第三電極，所述第一電極由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的基 底以及設(shè)有透氣孔的電極構(gòu)成；第二電極由中心設(shè)有引出孔的引出極極板構(gòu)成；第三電極 由板面設(shè)有盲孔的收集極構(gòu)成；該三個(gè)電極分別通過絕緣支柱相互隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器，其特征在于所述三 個(gè)電極中相鄰兩個(gè)電極的極間距為30 250 μ m ；所述第一電極與第二電極極板正對(duì)面積 為0. 01 17mm2，第二電極與第三電極極板正對(duì)面積為0. 01 190mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器，其特征在于所述第 一電極的電極表面的透氣孔為1 4個(gè)，在電極內(nèi)側(cè)表面粘接的基底上附著有碳納米管薄 膜；所述第二電極引出極中心設(shè)有1 4個(gè)引出孔；所述第三電極收集極盲孔與第二電極的引出孔相對(duì)應(yīng)，盲孔的數(shù)量為1 4個(gè)。
4.基于碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一氧化氮濃度的方法，其特征在于， 該方法包括下述步驟(1)選擇三個(gè)電極中相鄰兩個(gè)電極的極間距設(shè)定為30 250μ m的碳納米管薄膜三電 極傳感器；(2)分別將設(shè)定的三個(gè)不同極間距的碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器、碳納米管 薄膜三電極溫度傳感器、碳納米管薄膜三電極濕度傳感器放置在含有待測一氧化氮?dú)怏w的 氣氛中；(3)分別對(duì)三個(gè)三電極結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜一氧化氮傳感器、溫度傳感器和濕度傳感 器的第一電極加載電壓為0V，第二電極加載電壓2 200V，第三電極加載電壓1 180V ；(4)在待測一氧化氮濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)不同的濃度、溫度和濕度標(biāo)定 值，分別測量步驟O)中所有傳感器輸出的氣體放電離子流值；(5)將步驟(4)中在濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)測得的所有傳感器輸出離子流值，與 相應(yīng)的一氧化氮濃度、溫度和濕度標(biāo)定值，組成不同的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定樣本，然后采用分段插值技 術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定樣本進(jìn)行插值，獲得插值數(shù)據(jù)，得到插值樣本，并根據(jù)包含了實(shí)驗(yàn)標(biāo)定樣本及 插值樣本的所有樣本組建一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫；(6)采用多子數(shù)據(jù)網(wǎng)融合技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)融合儀，建立一氧化氮傳感器、溫度傳感器及 濕度傳感器的測量模型；以一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)融合儀的輸入樣本 和期望輸出樣本，并以量程范圍內(nèi)不同的數(shù)據(jù)分別作為數(shù)據(jù)融合儀的訓(xùn)練樣本和檢驗(yàn)樣本 進(jìn)行訓(xùn)練和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果滿足實(shí)測誤差要求時(shí)，數(shù)據(jù)融合儀輸出一氧化氮傳感器的濃度 準(zhǔn)確測量模型；(7)將碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器實(shí)測時(shí)輸出的 離子流值輸入步驟(6)獲得的一氧化氮濃度準(zhǔn)確測量模型，該模型輸出一氧化氮濃度的準(zhǔn) 確測量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一氧化氮濃 度的方法，其特征在于所述三電極結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜傳感器中，第二電極電位高于第一 電極電位，第三電極電位低于第二電極電位且高于第一電極電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器檢測一氧化氮濃度的方法，其特征在于所述建立一氧化氮濃度測量數(shù)據(jù)庫，是將實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)組與插值數(shù) 據(jù)成數(shù)據(jù)庫，將各傳感器輸出離子流值及其插值數(shù)據(jù)作為輸入樣本，將一氧化氮濃度、溫度 和濕度標(biāo)定值及其插值數(shù)據(jù)作為期望輸出樣本。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管薄膜三電極一氧化氮傳感器及其濃度測量方法，傳感器包括三個(gè)依次分布的第一、第二和第三電極，第一電極設(shè)有透氣孔，其內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的基底；第二電極中心設(shè)有引出孔；第三電極板面設(shè)有盲孔；三個(gè)電極相互隔離。方法包括1)將不同極間距的NO傳感器、溫度傳感器以濕度傳感器置于待測NO氣體中；2)在電極上施加電壓；3)測量各傳感器離子流值；4)測得值與NO濃度、溫度、濕度標(biāo)定值組成樣本，并與插值樣本，構(gòu)建NO濃度測量數(shù)據(jù)庫；5)構(gòu)建數(shù)據(jù)融合儀，建立NO濃度測量模型；6)傳感器實(shí)測值輸入NO濃度測量模型，獲得NO濃度準(zhǔn)確測量值。該傳感器檢測NO靈敏度高，線性度好，準(zhǔn)確度高。
文檔編號(hào)G01N27/64GK102095785SQ20111003922
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者劉君華, 唐建文, 姜為華, 宋曉慧, 張勇, 張建業(yè), 張晶園, 方靜, 李昕, 牛國平, 王影花, 王曉冰, 王進(jìn) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)