[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202110086136.9
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN113008944B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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

本發(fā)明公開了一種基于虛擬交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法，方法中，在第一預定范圍的虛擬測量頻率和第二預定范圍的虛擬并聯(lián)電容值下進行測量參數(shù)的組合，在每一個組合的情形下，對于9種特征量中的每一個特征量，均對已知濃度的氣體進行測量；遍歷完所有參數(shù)組合以及所有的9種特征量，就得到同一氣體濃度在每種特征量情形下、所對應的多個特征值；選擇第三范圍的虛擬測量頻率、第四范圍的虛擬并聯(lián)電容值以及所述對應的某一種或某幾種特征量，作為最終選擇的測量未知氣體濃度的測量參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體氣體傳感器測試領(lǐng)域，特別是一種基于虛擬交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法。

背景技術(shù)

半導體氣體傳感器因具有廉價、靈敏度高、體積小等優(yōu)勢備受關(guān)注，但是存在可靠性差、基線漂移嚴重和輸出非線性等問題阻礙了其廣泛應用。基于交流阻抗的測量方法有效解決了半導體氣體傳感器輸出非線性和基線漂移嚴重等問題，但是基于交流阻抗的測量方法存在硬件成本較高以及系統(tǒng)復雜的問題，這主要是因為交流測量比直流測量更復雜、成本也更高。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法存在硬件成本較高以及系統(tǒng)復雜的問題，本發(fā)明提出一種基于虛擬交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法，本發(fā)明簡單易行，在可以實現(xiàn)基于交流阻抗測量方法帶來的輸出線性度高和基線穩(wěn)定性增強等優(yōu)勢的前提下，采用直流測量代替交流測量，顯著降低了成本和系統(tǒng)復雜度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，一種基于虛擬交流阻抗的半導體氣體傳感器測量方法包括以下步驟：

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(lián)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，f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(shù)，Y₂：計算出的虛擬阻抗虛部模值的倒數(shù)，phase：計算出的虛擬相位，P：計算出的虛擬相位的倒數(shù)；

在第一預定范圍的虛擬頻率和第二預定范圍的虛擬并聯(lián)電容值下進行測量參數(shù)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(jié)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(shù)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(lián)電容值所組成的電容范圍為第四范圍的并聯(lián)電容值，其中，第四范圍的下限是相應的虛擬并聯(lián)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(lián)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(lián)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(shù)；