CN106018497B - 一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，涉及一种针对半导体气体传感器的低频脉冲加热温度调制检测方法，解决了现有半导体气体传感器恒定加热条件下传感器输出的非线性，选择性差，抗环境温度干扰能力弱等缺点。本发明针对半导体气体传感器采用周期性脉冲调制电压加热方法，在调制频率为0.05‑0.5Hz的周期性矩形波信号、正弦波信号和三角波信号的加热调制电压下，半导体气体传感器输出同周期变化的脉冲电阻信号，通过设定传感器输出信号波形的幅值比△Ra/△Rg（或△Rg/△Ra）作为传感器检测输出信号，在低频温度调制范围内被测气体浓度与传感器输出信号波形的幅值比呈近似线性变化规律。本发明适用于半导体气体传感器。

Description

一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法
技术领域
本发明涉及一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法。
背景技术
目前，现有半导体气体传感器及其传统的检测方法存在非线性、选择性差和抗环境温度干扰能力弱等缺点，制约了半导体气体传感器的广泛应用与发展。
发明内容
本发明为解决半导体气体传感器及其传统检测方法存在非线性、选择性差和抗环境温度干扰能力弱等缺点，提出了一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法。
本发明所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用周期性脉冲调制电压信号作为半导体气体传感器加热电压信号，调制电压信号波形可调制为矩形波、正弦波、三角波均可；
步骤二、对步骤一中三种调制电压信号波形，选择其中任一种波形信号作为加热调制电压信号，设定加热调制电压频率范围为0.05-0.5Hz（周期2-20s），加热调制电压幅值范围在为1-5V；
步骤三、在步骤二加热调制电压频率和幅值条件下，采集半导体传感器在温度调制下输出电阻信号，所输出的电阻信号为近似三角波周期信号，周期和频率与步骤二中所述的加热电压周期和频率相同；
步骤四、对步骤三中获得的传感器输出电阻信号波形，提取传感器温度调制下输出电阻信号波形峰值Rmax和谷值Rmin，计算输出电阻信号幅值变化范围△R（△R=Rmax-Rmin），获得空气中传感器输出信号波形幅值△Ra和被测气体中传感器输出信号波形幅值△Rg；
步骤五、对步骤四中获得的传感器输出信号幅值△Ra和△Rg，设定传感器温度调制输出信号的幅值比作为传感器检测输出信号，如果被测气体传感器输出幅值△Rg>△Ra，设定输出幅值比为△Rg/△Ra，如果被测气体传感器输出幅值△Rg<△Ra，设定输出幅值比为△Ra/△Rg；
步骤六、对步骤五中设定的幅值比作为检测输出信号，构建传感器输出幅值比与气体浓度关系曲线，根据曲线的线性度优化确定温度调制参数。
本发明所述一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，可广泛用于半导体气体传感器的检测技术中，对传感器的非线性问题提出良好的解决方法，并且提高了选择性和抗环境温度干扰能力。本发明所提出的检测方法具有方法简单，成本低、易实现等优点。
附图说明
图1 是本发明一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合附图1说明本实施方式，本实施方式所述一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用周期性脉冲调制电压信号作为半导体气体传感器加热电压信号，调制电压信号波形可调制为矩形波、正弦波、三角波均可；
步骤二、对步骤一中三种调制电压信号波形，选择其中任一种波形信号作为加热调制电压信号，设定加热调制电压频率范围为0.05-0.5Hz（周期2-20s），加热调制电压幅值范围在为1-5V；
步骤三、在步骤二加热调制电压频率和幅值条件下，采集半导体传感器在温度调制下输出电阻信号，所输出的电阻信号为近似三角波周期信号，周期或频率与步骤二中所述的加热电压周期或频率相同；
步骤四、对步骤三中获得的传感器输出电阻信号波形，提取传感器温度调制下输出电阻信号波形峰值Rmax和谷值Rmin，计算输出电阻信号幅值变化范围△R（△R=Rmax-Rmin），获得空气中传感器输出信号波形幅值△Ra和被测气体中传感器输出信号波形幅值△Rg；
步骤五、对步骤四中获得的传感器输出信号幅值△Ra和△Rg，设定传感器温度调制输出信号的幅值比作为传感器检测输出信号，如果被测气体传感器输出幅值△Rg>△Ra，设定输出幅值比为△Rg/△Ra，如果被测气体传感器输出幅值△Rg<△Ra，设定输出幅值比为△Ra/△Rg；
步骤六、对步骤五中设定的幅值比作为检测输出信号，构建传感器输出幅值比与气体浓度关系曲线，根据曲线的线性度优化确定温度调制参数。
本发明所述方法有效的解决了半导体气体传感器传统恒定加热方式输出信号存在非线性、选择性差及抗环境温度干扰能力弱等缺点，同时具有方法简单、成本低、易操作等优点。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法的进一步说明，步骤一所述的传感器加热调制电压信号为矩形波、正弦波、三角波，且脉宽比可调。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法的进一步说明，步骤二所述的加热调制电压信号频率范围为0.05-0.5Hz（周期2-20s），根据传感器差异，加热调制电压频率在0.05-0.5Hz内可调。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法的进一步说明，步骤二所述的加热调制电压信号幅值范围1-5V，根据传感器差异，加热调制电压信号幅值在1-5V内可调。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法的进一步说明，步骤六所述的传感器输出幅值比与气体浓度关系曲线为近似线性关系，可根据线性度优化加热调制电压参数（调制波形、脉宽比、频率、幅值），使传感器幅值比输出达到线性化要求。

Claims (7)

1.一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用周期性脉冲调制电压信号作为半导体气体传感器加热电压信号，调制电压信号波形为矩形波、正弦波或三角波；
步骤二、对步骤一中三种调制电压信号波形，选择其中任一种波形信号作为加热调制电压信号，设定加热调制电压频率范围为0.05-0.5Hz,周期为2-20s，加热调制电压幅值范围在为1-5V；
步骤三、在步骤二加热调制电压频率和幅值条件下，采集半导体传感器在温度调制下输出电阻信号；
步骤四、对步骤三中获得的传感器输出电阻信号波形，提取传感器温度调制下输出电阻信号波形峰值Rmax和谷值Rmin，计算输出电阻信号幅值变化范围△R,△R＝Rmax-Rmin，获得空气中传感器输出信号波形幅值△Ra和被测气体中传感器输出信号波形幅值△Rg；
步骤五、对步骤四中获得的传感器输出信号幅值△Ra和△Rg，设定传感器温度调制输出信号的幅值比作为传感器检测输出信号；
步骤六、对步骤五中设定的幅值比作为检测输出信号，构建传感器输出幅值比与气体浓度关系曲线，根据曲线的线性度优化确定温度调制参数。
2.根据权利要求1所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于：步骤一所述的传感器加热调制电压信号为矩形波、正弦波、三角波，且脉宽比可调。
3.根据权利要求1所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于：步骤二所述的加热调制电压信号频率范围为0.05-0.5Hz,周期为2-20s，根据传感器差异，加热调制电压频率在0.05-0.5Hz内可调。
4.根据权利要求1所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于：步骤二所述的加热调制电压信号幅值范围1-5V，根据传感器差异，加热调制电压信号幅值在1-5V内可调。
5.根据权利要求1所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于：步骤三所述的传感器输出电阻信号为近似三角波周期信号，周期和频率与步骤二中所述的加热调制电压信号周期和频率相同。
6.根据权利要求1所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于：步骤五所述的传感器输出信号幅值比的设定，如果被测气体传感器输出幅值△Rg>△Ra，设定输出幅值比为△Rg/△Ra，如果被测气体传感器输出幅值△Rg<△Ra，设定输出幅值比为△Ra/△Rg。
7.根据权利要求1所述的一种半导体气体传感器低频温度调制检测方法，其特征在于：步骤六所述的传感器输出幅值比与气体浓度关系曲线为近似线性关系，可根据线性度优化加热调制电压参数,线性度优化加热调制电压参数包括调制波形、脉宽比、频率、幅值，使传感器幅值比输出达到线性化要求。
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