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声表面波二氧化氮传感器检测原理

文章来源:楚环传感 发布时间:2018-10-25

SAW-NO2气体传感器是通过NO2的吸附对SAW的扰动导致的参数变化进行检测的。声表面波是一种能在压电基片表面产生和传播的弹性波,具有多种型态,用于气体传感器的一般是瑞利(Rayleigh)波。瑞利波是一种椭圆偏振的声波,能量主要集中在约1个波长深的表面层内,对传播路径上的表面扰动非常敏感。当位于SAW传播路径上的感测区吸附NO2后,其质量负载、电导率、弹性模量、介电常数等参数随之发生变化,导致SAW的能量和波速发生改变,通过测量SAW的频率、相位或者差损等的变化,根据测量结果变化的趋势和大小不同,就可以实现对NO2的检测。

将延迟线镀上具有良好选择性的敏感膜,可以改善SAW气体传感器的选择性和吸附力,能够显著提高检测速度和灵敏度。在传统的SAW传感器用于化学毒剂检测时,一般采用聚合物或者有机大分子为敏感膜材料。通过膜分子与毒剂分子之间的氢键作用、溶解效应或者分子印迹作用等产生明显的吸附效果,使延迟线的质量负载发生变化,导致SAW的传播速率和频率发生改变,用来实现对毒剂的检测。

一般来说,采用SAW传感器用来检测工业有毒有害气体等无机小分子,检测原理主要是通过敏感膜电导率的变化,使SAW的传播速率、频率等发生改变来进行检测。质量负载和弹性模量的变化也会对SAW的传播速度产生一定的影响,根据传感器的结构设计和敏感膜材料的区别,不同的影响因素会占到主导地位。于海燕等采用YZ-LiNbO3为压电基片,利用旋涂的方法在SAW器件的延迟线通道上制备了酞菁铜掺杂的聚乙烯吡咯烷酮敏感薄膜,提高酞菁铜在聚合物中的比例可以明显地提高薄膜的电导率,通过对SAW传感器在未沉积薄膜、沉积PVP薄膜以及沉积酞菁铜掺杂的聚合物薄膜后引起的中心频率偏移说明,延迟线涂覆导电聚合物薄膜后电导率的变化是传感器中心频率漂移的主要因素。A.J.Ricco等在LiNbO3基底上设计了SAW双通道延迟线结构的传感器,通过真空升华的方法在其中一条延迟线上镀上酞菁铅薄膜,另一条延迟线用来对温度和压力进行补偿。酞菁铅的电导率随着NO2的浓度变化而发生改变,控制传感器的工作温度为80℃,经过实验证明,传感器在进行检测NO2时,频率的变化主要是由敏感膜酞菁铅的电导率变化引起的。

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