[發明專利]一種基于虛擬交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法

有效

• 申請號: 202110086136.9
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN113008944B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 榮命哲;王大偉;楊愛軍;王小華;潘健彬;黃賢博;褚繼峰;袁歡
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種基于虛擬交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法，所述方法包括以下步驟：

第一步驟，測量暴露于一系列已知濃度待測氣體的半導體氣體傳感器的電阻值，

第二步驟，基于所述電阻值并聯虛擬電容C, 并利用以下交流阻抗公式計算對應的虛擬阻抗特征量：， ， ， ，，，，其中， 為虛擬的交流測量頻率，R為測量的所述電阻值，所述虛擬阻抗特征量的含義如下： Y：計算出的虛擬導納模值， G：計算出的虛擬導納實部的模值， Z：計算出的虛擬阻抗模值， Z₁：計算出的虛擬阻抗實部模值，Z₂：計算出的虛擬阻抗虛部模值， Y₁：計算出的虛擬阻抗實部模值的倒數，Y₂：計算出的虛擬阻抗虛部模值的倒數，phase：計算出的虛擬相位，P：計算出的虛擬相位的倒數；

在第一預定范圍的虛擬頻率和第二預定范圍的虛擬并聯電容值下進行測量參數的組合，在每一個組合的情形下，對于上述9種虛擬阻抗特征量中的每一個虛擬阻抗特征量，均對已知濃度的某類型氣體進行測量；

每次測量結束，會得到當前選擇的9種虛擬阻抗特征量中某個虛擬阻抗特征量下，該已知濃度所對應的一個特征值；

遍歷完所有參數組合以及所有的9種虛擬阻抗特征量，就得到同一氣體濃度在每種虛擬阻抗特征量情形下、所對應的多個特征值；

兼顧所有種類虛擬阻抗特征量之下每個特征值與已知濃度的線性度和信噪比，并使得線性度大于等于第一閾值且信噪比大于等于第二閾值的情形下：

選擇相應的虛擬頻率值所組成的頻率范圍為第三范圍的測量頻率，其中，第三范圍的下限是相應的虛擬頻率值中的最小頻率，第三范圍的上限是相應的虛擬頻率值之中的最大頻率，和

選擇相應的虛擬并聯電容值所組成的電容范圍為第四范圍的并聯電容值，其中，第四范圍的下限是相應的虛擬并聯電容值中的最小電容值，第四范圍的上限是相應的虛擬并聯電容值之中的最大電容值，以及，

選擇對應的某一種或某幾種虛擬阻抗特征量，

并以選擇的所述第三范圍的虛擬測量頻率、第四范圍的虛擬并聯電容值以及所述對應的某一種或某幾種虛擬阻抗特征量，作為最終選擇的測量未知氣體濃度的測量參數；

第三步驟，基于所述測量參數，測量未知濃度的該類型氣體。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，

兼顧所有種類虛擬阻抗特征量之下每個特征值與已知濃度的線性度和信噪比，并使得線性度大于等于第一閾值且信噪比大于等于第二閾值，包括：

1）先篩選線性度大于等于第一閾值情形下的所有特征值，及其對應的每種虛擬阻抗特征量；

然后進一步從中選擇信噪比大于等于第二閾值的那些特征值及其對應的每種虛擬阻抗特征量；或者，

2）先篩選信噪比大于等于第二閾值情形下的所有特征值，及其對應的每種虛擬阻抗特征量；

然后進一步從中選擇線性度大于等于第一閾值的那些特征值及其對應的每種虛擬阻抗特征量。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，第一步驟中，所述半導體氣體傳感器包括金屬氧化物氣體傳感器，或其它基于介電聚合物、導電聚合物、納米管、金屬有機骨架、石墨烯或超分子化合物制備的半導體氣體傳感器。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，第二步驟中，第一預定范圍為大于零的實數，第二預定范圍為大于零的實數。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，第二步驟中，第一預定范圍為1Hz到10MHz，第二預定范圍為1pF至1μF。