[發(fā)明專利]一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710035117.7
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106841325B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 王海容;陳曉偉;張成;李長青;田汨龍;吳昌龍;段濱
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;上海礽芯生物科技有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，其特征在于，包括呼出氣體收集模塊、信號發(fā)生模塊、信號處理模塊和模式識別模塊；

所述呼出氣體收集模塊，采用氣體交換裝置將呼出氣體收集在氣室中，將氣體預熱至合適溫度，對氣體濕度進行檢測，已收集的呼出氣體送至所述信號發(fā)生模塊，氣體濕度檢測信號傳遞給所述模式識別模塊；

所述信號發(fā)生模塊，具有對氣體選擇性的半導體氣敏傳感器陣列，所述氣室送來的呼出氣體中的敏感氣體與所述半導體氣敏傳感器陣列的氣體敏感薄膜發(fā)生反應，將所檢測敏感氣體的濃度信息對應的半導體阻值變化轉換為電壓信號，將電壓信號傳遞給所述信號處理模塊；

所述信號處理模塊，對所述電壓信號進行放大、濾波處理后，經模數轉換為數據信號傳遞給所述模式識別模塊；

所述模式識別模塊，使用模式識別方法對所采集數據中的氣敏特性信息進行提取，將氣敏特性信息進行訓練和識別；最終識別出所述敏感氣體的種類和濃度；

所述半導體氣敏傳感器陣列包括呈陣列分布的半導體氣敏傳感器，以及設置在半導體氣敏傳感器之間的分壓電阻；分壓電阻進行電壓信號輸出，輸出的電壓信號傳遞到信號處理模塊；分壓電阻與半導體氣敏傳感器的數量對應，各分壓電阻分別與對應的電極引線盤和接線盤串聯連接，分壓電阻兩端分別連接到接線盤；

每個半導體氣敏傳感器上分別涂有不同材料形成的氣體敏感薄膜，分別是ZnO、SnO、TiO₂和In₂O₃，所述氣體敏感薄膜厚度為450～550nm；選擇貴金屬或稀土金屬對不同材料進行摻雜，所述貴金屬包括金、鉑或銀，所述稀土金屬包括鉺、鑭或鐿；摻雜量為半導體氣體敏感材料的5％－10％；

對呼出氣體中的敏感氣體檢測精度達100ppb。

2.如權利要求1所述的基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，其特征在于，所述半導體氣敏傳感器包括硅基底以及設置在硅基底上的電極、加熱元件和測溫元件，電極、加熱元件和測溫元件上分別引出有與所述接線盤相連的引線盤；所述電極和加熱元件分別通過呈螺旋線狀的電極線和加熱絲引出至引線盤。

3.如權利要求1所述的基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，其特征在于，半導體氣敏傳感器陣列可同時檢測四種以上敏感氣體，利用不同半導體氣敏材料對氣體選擇性不同的特性，其中一個傳感器檢測的目標氣體是其他三個傳感器檢測的干擾氣體，其他三個傳感器檢測的目標氣體是這一個傳感器檢測的干擾氣體，通過模式識別方法，得到準確目標氣體濃度的同時補償干擾氣體的檢測誤差。

4.如權利要求1所述的基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，其特征在于，根據所述呼出氣體中的若干VOCs成分的含量來檢測所述敏感氣體，其中作為生物標志物的VOCs成分包括苯、甲醛、乙烷、戊烷、乙醇、乙醛、乙腈、丙酮或異戊二烯；敏感氣體檢測可輔助診斷肺癌、哮喘、胃癌、幽門螺旋桿菌感染、糖尿病和神經退行性疾病。

5.如權利要求1-4任一項所述的基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，其特征在于，所述模式識別模塊采用人工神經網絡算法進行識別。

6.如權利要求5所述的基于半導體氣敏傳感器陣列檢測呼出氣體裝置，其特征在于，所述模式識別模塊對所采集數據中的半導體氣體敏感薄膜響應時間、響應靈敏度和響應曲線特征進行提取。