專利名稱：碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器及其濃度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體傳感領(lǐng)域，特別是一種基于碳納米管薄膜及氣體放電原理的三電 極氧氣傳感器及其測量氧氣濃度的方法。
背景技術(shù)：
隨著各行各業(yè)氣體檢測的迫切需要以及納米技術(shù)的發(fā)展，納米傳感器已獲得長足 的進(jìn)展。尤其是隨著20世紀(jì)末期碳納米管的發(fā)現(xiàn)，碳納米管在氣體、溫度、濕度檢測領(lǐng)域展 現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景。碳納米管氣敏、溫敏、濕敏傳感器中的碳納米管薄膜兩電極傳感器， 以其檢測靈敏度高、檢測氣體范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，成為氣體、溫度、濕度檢測領(lǐng)域的研究 熱點(diǎn)。碳納米管薄膜兩電極氣敏傳感器基于氣體放電原理，克服了其它類型的碳納米管氣 敏傳感器在被測氣體中飽和中毒的缺點(diǎn)，氣體濃度測量范圍及被測氣體種類范圍更寬。用 碳納米管作為敏感材料構(gòu)成的氣敏、溫敏、濕敏傳感器，具有常規(guī)傳感器不可替代的優(yōu)點(diǎn) 一是碳納米管的比表面積大，在傳感器整體尺寸較小的情況下，可大大提高電極的面積；二 是基于碳納米管納米級的尖端曲率半徑，使傳感器工作電壓極大降低，并在碳納米管尖端 附近獲得極強(qiáng)的電場強(qiáng)度，在低電壓下使被測氣體電離；三是大大縮小了傳感器的尺寸，動 態(tài)響應(yīng)快。因此，它在生物、化學(xué)、機(jī)械、航空、軍事、反恐等方面具有廣泛的發(fā)展前途?，F(xiàn)有的碳納米管薄膜兩電極傳感器包括由西安交通大學(xué)的劉君華、張勇、李昕、朱 長純教授等人在2001年的第14屆IVMC國際真空微電子學(xué)國際會議公開的碳納米管薄膜 兩電極氣體傳感器(圖1所示)。該傳感器工作之后由于極間放電后空間電荷難以擴(kuò)散，傳 感器難以恢復(fù)到初始狀態(tài)，并且傳感器擊穿電壓、擊穿電流與氣體濃度之間呈現(xiàn)多值關(guān)系 (圖2，圖3)，無法對氣體濃度進(jìn)行測量。美國倫斯勒工業(yè)學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)的Nikhil Koratkar與Pulickel M Ajayan教授等人研制了碳納米管薄膜陽極 兩電極氣體傳感器。該傳感器擊穿電壓與氣體濃度之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，擊穿放電電流與 氣體濃度之間線性誤差較大；放電電壓和放電電流較大；無法實現(xiàn)碳納米管薄膜陽極對單 一氣體的測量。浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院的惠國華、陳裕泉教授在120微米 極間距的條件下對碳納米管薄膜陰極兩電極氣體傳感器進(jìn)行了研制，研究了傳感器在三種 單一氣體中的放電特性，由于靈敏度較低，沒有構(gòu)成測量濃度的氣體傳感器。因此，目前對敏感各類單一氣體包括氧氣的碳納米管薄膜電極傳感器及其檢測氧 氣濃度的方法的研究，成為亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，是提供一種碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，將傳統(tǒng)碳納米 管薄膜兩電極傳感器的輸出電流分為電子流與離子流，建立本發(fā)明三電極氧氣傳感器收集 極收集的離子流與氧氣濃度、溫度和濕度的單值對應(yīng)關(guān)系，克服碳納米管薄膜兩電極傳感 器氣敏特性及濕敏特性的多值非線性問題。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，檢測氣體靈敏度
尚ο
3
本發(fā)明的另一目的，是提供一種基于碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃 度的方法，由不同極間距碳納米管薄膜三電極傳感器組成傳感器陣列分別測量待測氧氣濃 度、溫度與濕度；該濃度測量方法要求的硬件結(jié)構(gòu)簡單，采用數(shù)據(jù)融合算法，檢測氣體準(zhǔn)確
度尚。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，其特征在于包括三個自上而下依次分布的第 一電極、第二電極和第三電極，所述第一電極由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的基底 以及設(shè)有透氣孔的電極構(gòu)成；第二電極由中心設(shè)有引出孔的引出極極板構(gòu)成；第三電極由 板面設(shè)有盲孔的收集極構(gòu)成；該三個電極分別通過絕緣支柱相互隔離。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征還在于所述三電極間的極間距為30 250 μ m ；所述第一電極與第二電極極板正對面積為0. 01 17mm2，第二電極與第三電極極 板正對面積為0. 01 190mm2。所述第一電極的電極表面的透氣孔為1 4個，在電極內(nèi)側(cè)表面粘接的基底上附 著有碳納米管薄膜；所述第二電極引出極中心設(shè)有1 4個透氣孔；所述第三電極收集極盲孔與第二電極的引出孔相對應(yīng)，盲孔的數(shù)量為1 4個。本發(fā)明還給出了一種基于碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度的方法， 該方法包括下述步驟(1)選擇三個電極中相鄰兩個電極的極間距設(shè)定為30 250 μ m的碳納米管薄膜
三電極氧氣傳感器；(2)分別將設(shè)定的三個不同極間距的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器、碳納米 管薄膜三電極溫度傳感器和碳納米管薄膜三電極濕度傳感器放置在含有待測氧氣的氣氛 中；(3)分別對三個碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的第 一電極加載電壓為0V，第二電極加載電壓2 200V，第三電極加載電壓1 180V ；(4)在待測氧氣濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)，對應(yīng)不同的濃度、溫度和濕度標(biāo)定 值，分別測量步驟(2)中所有傳感器輸出的氣體放電離子流值；(5)將步驟(4)中在濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)測得的所有傳感器輸出離子流 值，與相應(yīng)的氧氣濃度、溫度和濕度標(biāo)定值，組成不同的實驗標(biāo)定樣本，然后采用分段插值 技術(shù)對實驗標(biāo)定樣本進(jìn)行插值，獲得插值數(shù)據(jù)，得到插值樣本，并根據(jù)包含了實驗標(biāo)定樣本 及插值樣本的所有樣本組建氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫；(6)采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)融合儀，建立氧氣傳感器、溫度傳感器及濕度傳 感器的測量模型；以氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)融合儀的輸入樣本和期望輸出 樣本，并以量程范圍內(nèi)不同的數(shù)據(jù)分別作為數(shù)據(jù)融合儀的訓(xùn)練樣本和檢驗樣本進(jìn)行訓(xùn)練和 檢驗，檢驗結(jié)果滿足實測誤差要求時，數(shù)據(jù)融合儀輸出氧氣傳感器的濃度準(zhǔn)確測量模型；(7)將碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器實測時輸出的 離子流值輸入步驟(6)獲得的氧氣濃度準(zhǔn)確測量模型，該模型輸出氧氣濃度的準(zhǔn)確測量 值。
本發(fā)明 方法特征還在于所述碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器中，第二電極電位高于第一電極電位，第三 電極電位低于第二電極電位且高于第一電極電位。所述建立氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫，是將實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)與插值數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)庫，將各 傳感器輸出離子流值及其插值數(shù)據(jù)作為輸入樣本，將氧氣濃度、溫度和濕度標(biāo)定值及其插 值數(shù)據(jù)作為期望輸出樣本。基于碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度的測量方法，由不同極間距碳 納米管薄膜三電極傳感器組成傳感器陣列分別測量待測氧氣濃度、溫度與濕度；由傳感器 電壓源供電；由PA級電流測量系統(tǒng)檢測傳感器輸出；調(diào)整電極間距，調(diào)整電極電壓，在待測 氧氣中，在溫度、濕度環(huán)境中進(jìn)行傳感器的標(biāo)定實驗；基于分段插值技術(shù)對實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn) 行插值，獲得插值數(shù)據(jù)；將包含了實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)及插值數(shù)據(jù)的所有數(shù)據(jù)組成氧氣濃度測量 數(shù)據(jù)庫，獲得待測氧氣的單值氣敏特性、單值溫度敏感特性、單值濕度敏感特性；根據(jù)氧氣 濃度測量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)，消除溫度、濕度的影響，建立氧氣傳感器的 濃度準(zhǔn)確測量模型；將實測時傳感器陣列的輸出實時地輸入氧氣濃度測量模型，就可以得 到氧氣濃度的實測結(jié)果。該氧氣濃度測量方法克服了碳納米管薄膜兩電極傳感器氣敏特性 及濕敏特性的多值非線性問題，要求的硬件結(jié)構(gòu)簡單，并且成本低，測量氧氣靈敏度高、準(zhǔn) 確度高，適合于推廣使用。本發(fā)明所述的氧氣濃度測量方法，可實現(xiàn)氧氣的濃度測量，準(zhǔn)確度為1%。該新型 氧氣濃度測量方法與已有的離子化探測器色譜儀中使用的傳統(tǒng)三電極探測器的濃度測量 方法相比，由于采用碳納米管薄膜做電極，傳感器對氧氣具有高靈敏度以及的濃度測量 準(zhǔn)確度。并且碳納米管三電極傳感器以碳納米管納米級的尖端曲率半徑可實現(xiàn)將傳感器工 作電壓，從離子化探測器的600伏高壓降至200伏以下的安全實用范圍。本發(fā)明的新型氧 氣濃度測量方法將不同極間距的傳感器陣列技術(shù)、PA級電流測量技術(shù)、分段插值技術(shù)以及 數(shù)據(jù)融合技術(shù)集成在一起，可消除溫度、濕度的影響，可實現(xiàn)氧氣濃度的準(zhǔn)確測量。


圖1是碳納米管薄膜陰極兩電極傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)碳納米管薄膜兩電極氣體傳感器的擊穿電壓與氣體濃度的多值 非線性氣敏特性。圖3是現(xiàn)有技術(shù)碳納米管薄膜兩電極氣體傳感器的擊穿電流與氣體濃度的非線 性多值氣敏特性。圖4是本發(fā)明碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器立體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖6是本發(fā)明碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器在氧氣中輸出的氣體放電離子流 與氣體濃度的單值關(guān)系。圖中1、第一電極；2、第二電極；3、第三電極；4、設(shè)有透氣孔的電極；5、碳納米管 薄膜基底；6、碳納米管薄膜；7、絕緣支柱。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例1 如圖4、圖5所示，該碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，包括由三個依次自上而下 相互疊加的電極構(gòu)成，該三個相互疊加電極分別設(shè)有第一電極1、第二電極2和第三電極3， 所述第一電極1由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜6的基底5以及設(shè)有透氣孔的電極4 構(gòu)成；第二電極2由中心設(shè)有引出孔的引出極極板構(gòu)成；第三電極3由電極板面設(shè)有盲孔 的收集極構(gòu)成；該三個電極分別通過絕緣支柱7相互隔離。圖4所示的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器實施例中，第一電極1的電極表面的 透氣孔有2個，透氣孔為圓形；在該透氣孔的一側(cè)表面粘接有碳納米管薄膜基底5，其上分 布有碳納米管薄膜6，且該碳納米管管口向下。第二電極2中心設(shè)有1個引出孔、且引出孔 為圓形。第三電極3收集極盲孔與第二電極的引出孔相對應(yīng)，圖4、圖5中給出了設(shè)置一個 盲孔、且盲孔為圓柱體結(jié)構(gòu)的實施例。絕緣支柱7分別設(shè)置在碳納米管薄膜基底5與第二 電極2之間、第二電極2與第三電極3之間，即絕緣支柱7分布于第二電極2正對第一電極 1的碳納米管薄膜基底兩端的表面兩側(cè)及第三電極3的內(nèi)側(cè)表面的兩側(cè)。本發(fā)明設(shè)有透氣孔的電極4板面與碳納米管薄膜基底5均采用硅片材料制作；所 述碳納米管薄膜6，可采用酞菁鐵做為催化劑，并采用碳源，在基底5上生長制作碳納米管 薄膜6，或者絲網(wǎng)印刷碳納米管薄膜6。第二電極2和第三電極3均采用硅片制作。設(shè)有透 氣孔的電極4和第三電極3內(nèi)側(cè)面、第二電極2的兩側(cè)面均設(shè)有金屬膜。本發(fā)明第一電極1中的電極上有2個透氣孔，便于待測量氣體進(jìn)入電極間隙；碳納 米管薄膜的硅片基底具有導(dǎo)電能力，并牢固粘接在第一電極1內(nèi)側(cè)表面；經(jīng)第二電極2的引 出孔，第三電極3收集極可收集氣體電離產(chǎn)生的正離子流。第一電極1與第二電極2之間、 第二電極2與第三電極3之間通過絕緣支柱7相互隔離；被測氣體通過傳感器周邊電極間 的間隙進(jìn)入傳感器相鄰兩個電極的間隙中。本發(fā)明采取上述結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器在測量氧氣濃度時，第二 電極電位高于第一電極電位，第三電極電位低于第二電極電位并高于第一電極電位。第二 電極與第一電極形成電子流回路，第三電極與第一電極形成離子流回路，實現(xiàn)將電子流與 離子流分離。碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器輸出的離子流與氧氣濃度、氣體溫度、濕度之 間，在第二電極施加一定電壓的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)單值關(guān)系(圖6)。通過分段插值及數(shù)據(jù)融合， 實現(xiàn)了氧氣濃度的測量準(zhǔn)確度。不同極間距的碳納米管薄膜三電極傳感器陣列技術(shù)、 PA級電流測量技術(shù)、分段插值技術(shù)以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)是本發(fā)明氧氣濃度測量方法的特征。下面通過一個具體實例，對本發(fā)明碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度 的方法做進(jìn)一步說明。采用極間距固定的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，實驗獲得了氧氣的單值氣敏 特性(圖6所示)，傳感器輸出的離子流數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)融合建立的氧氣濃度測量模型，獲得 了準(zhǔn)確度小于的氧氣濃度測量值。圖6所示的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度實施例中，實驗環(huán)境條 件為溫度24. 5°C、相對濕度24. 3% RH、大氣壓力93. 4KPa。氧氣傳感器第一電極1與第二 電極2極間距固定為200 μ m、第二電極2與第三電極3極間距固定為100 μ m ；監(jiān)測溫度用的碳納米管薄膜三電極傳感器相鄰電極的極間距均為170 μ m ；監(jiān)測濕度用的碳納米管薄 膜三電極傳感器相鄰電極的極間距分別為160μπι、100μπι。上述三個碳納米管薄膜三電極 氧氣傳感器的第一電極1與第二電極2極板正對面積為17mm2，第二電極2與第三電極3極 板正對面積為190mm2。氧氣傳感器第一電極1陰極電壓為0V，第二電極2引出極加載電壓 90V，第三電極3收集極加載電壓IOV ；溫度傳感器第一、第二、第三電極電壓分別為0V、70V、 IOV ；濕度傳感器第一、第二、第三電極電壓分別為0V、90V、10V。隨著氧氣濃度的增加，氧氣 傳感器收集極收集到的離子流減小，離子流與氧氣濃度之間呈現(xiàn)單值下降關(guān)系；溫度、濕度 傳感器敏感特性與氧氣傳感器類似。在0 999950ppm氧氣濃度范圍內(nèi)，獲得了 10組實驗 標(biāo)定數(shù)據(jù)。三個傳感器離子流值作為輸入樣本，氧氣濃度標(biāo)定值作為期望輸出樣本數(shù)據(jù)。采 用線性插值對10組實驗標(biāo)定樣本數(shù)據(jù)插值，在0 999950ppm氧氣濃度范圍內(nèi)以IOOOOppm 為間距進(jìn)行等間距插值，獲得99組插值數(shù)據(jù)，在濃度注意值(即氣體濃度臨界值)附近進(jìn) 行密集插值，獲得342組密集插值數(shù)據(jù)，所有441組插值數(shù)據(jù)與10組實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)組成數(shù) 據(jù)庫；選用441組插值數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，10組實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)作為檢驗樣本，輸入數(shù)據(jù)融合 儀，通過訓(xùn)練檢驗，獲得氧氣濃度測量模型。氧氣濃度測量模型的線性度為0. 31%,10組檢 驗樣本的檢驗結(jié)果引用誤差最大值為0. 35%，達(dá)到了 的氧氣濃度測量準(zhǔn)確度。實施例2
本實施例基本結(jié)構(gòu)同實施例1，所不同的是碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器三 個電極中相鄰兩個電極間的極間距分別為250μπι、30μπι，第一電極1與第二電極2極板正 對面積為0. 01mm2，第二電極2與第三電極3極板正對面積為0. 01mm2。第一電極1的電極表面的透氣孔有1個，透氣孔為四邊形、五邊形或六邊形；第二 電極2中心引出孔為4個，引出孔為四邊形、五邊形或六邊形；第三電極3盲孔的數(shù)量為4 個，盲孔為3 6棱柱或棱錐體。本實施例的測量方法與實施例1基本相同，所不同的是傳感器的第一電極陰極電壓為0V，第二電極引出極加載電壓2V，第三電極收集極 加載電壓IV。實施例3本實施例基本結(jié)構(gòu)同實施例1，所不同的是碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器三 個電極中相鄰兩個電極間的極間距分別為250μπι、30μπι，第一電極1與第二電極2極板正 對面積為10mm2，第二電極2與第三電極3極板正對面積為100mm2。第一電極1的電極表面的透氣孔有4個，透氣孔為四邊形、五邊形或六邊形；第二 電極2中心引出孔為2個，引出孔為四邊形、五邊形或六邊形；第三電極3盲孔的數(shù)量為2 個，盲孔為3 6棱柱或棱錐體。本實施例的測量方法與實施例1基本相同，所不同的是傳感器的第一電極陰極電壓為0V，第二電極引出極加載電壓200V，第三電極收集 極加載電壓180V。本發(fā)明通過不同極間距碳納米管薄膜三電極傳感器組成傳感器陣列、pA級電流測 量系統(tǒng)檢測傳感器輸出、分段插值以及數(shù)據(jù)融合方法，形成一種新型、可以測量氧氣、抗干 擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的氧氣濃度測量方法。傳感器陣列里不同極間距的傳感器，實時測量溫 度、濕度的干擾影響，直接測量氧氣濃度；PA級電流測量系統(tǒng)可同時檢測對應(yīng)氧氣濃度、溫度和濕度的各傳感器輸出的PA級電流；分段插值及數(shù)據(jù)融合方法，可消除溫度、濕度干擾， 輸出準(zhǔn)確度高的氧氣濃度測量值。
雖然本發(fā)明以上述較佳的實施例對本發(fā)明做出了詳細(xì)的描述，但上述實施例并不 用于限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案所給出的技術(shù)特征和結(jié)構(gòu)范圍的情況下，對技 術(shù)特征所作的增加、變形或以本領(lǐng)域同樣內(nèi)容的替換，均應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，其特征在于包括三個自上而下依次分布的第一 電極、第二電極和第三電極，所述第一電極由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的基底以 及設(shè)有透氣孔的電極構(gòu)成；第二電極由中心設(shè)有引出孔的引出極極板構(gòu)成；第三電極由板 面設(shè)有盲孔的收集極構(gòu)成；該三個電極分別通過絕緣支柱相互隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，其特征在于所述三個 電極中相鄰兩個電極的極間距為30 250 μ m ；所述第一電極與第二電極極板正對面積為 0. 01 17mm2，第二電極與第三電極極板正對面積為0. 01 190mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器，其特征在于所述第一電 極的電極表面的透氣孔為1 4個，在電極內(nèi)側(cè)表面粘接的基底上附著有碳納米管薄膜；所述第二電極引出極中心設(shè)有1 4個引出孔；所述第三電極收集極盲孔與第二電極的引出孔相對應(yīng)，盲孔的數(shù)量為1 4個。
4.基于碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度的方法，其特征在于，該方法包 括下述步驟(1)選擇三個電極中相鄰兩個電極的極間距設(shè)定為30 250μ m的碳納米管薄膜三電 極傳感器；(2)分別將設(shè)定的三個不同極間距的碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器、碳納米管薄膜 三電極溫度傳感器和碳納米管薄膜三電極濕度傳感器放置在含有待測氧氣的氣氛中；(3)分別對三個碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的第一電 極加載電壓為0V，第二電極加載電壓2 200V，第三電極加載電壓1 180V ；(4)在待測氧氣濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)，對應(yīng)不同的濃度、溫度和濕度標(biāo)定值，分 別測量步驟(2)中所有傳感器輸出的氣體放電離子流值；(5)將步驟(4)中在氧氣濃度、溫度和濕度測量范圍內(nèi)測得的所有傳感器輸出離子流 值，與相應(yīng)的氧氣濃度、溫度和濕度標(biāo)定值，組成不同的實驗標(biāo)定樣本，然后采用分段插值 技術(shù)對實驗標(biāo)定樣本進(jìn)行插值，獲得插值數(shù)據(jù)，得到插值樣本，并根據(jù)包含了實驗標(biāo)定樣本 及插值樣本的所有樣本組建氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫；(6)采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)融合儀，建立氧氣傳感器、溫度傳感器及濕度傳感器 的測量模型；以氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)融合儀的輸入樣本和期望輸出樣 本，并以量程范圍內(nèi)不同的數(shù)據(jù)分別作為數(shù)據(jù)融合儀的訓(xùn)練樣本和檢驗樣本進(jìn)行訓(xùn)練和檢 驗，檢驗結(jié)果滿足實測誤差要求時，數(shù)據(jù)融合儀輸出氧氣傳感器的濃度準(zhǔn)確測量模型；(7)將碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器實測時輸出的離子 流值輸入步驟(6)獲得的氧氣濃度準(zhǔn)確測量模型，該模型輸出氧氣濃度的準(zhǔn)確測量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度的方法， 其特征在于所述碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器中，第二電極電位高于第一電極電位，第 三電極電位低于第二電極電位且高于第一電極電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器測量氧氣濃度的方法， 其特征在于所述建立氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫，是將實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)與插值數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)庫，將 各傳感器輸出離子流值及其插值數(shù)據(jù)作為輸入樣本，將氧氣濃度、溫度和濕度標(biāo)定值及其 插值數(shù)據(jù)作為期望輸出樣本。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管薄膜三電極氧氣傳感器及其濃度測量方法，結(jié)構(gòu)包括三個依次分布的第一、第二和第三電極，第一電極設(shè)有透氣孔，其內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的基底；第二電極中心設(shè)有引出孔；第三電極板面設(shè)有盲孔；三個電極相互隔離。方法包括1)將本發(fā)明不同極間距的氧氣傳感器、溫度傳感器以及濕度傳感器置于待測氧氣中；2)在電極上施加電壓；3)測量各傳感器離子流值；4)測得值與氧氣濃度、溫度和濕度標(biāo)定值組成樣本，并與插值樣本，構(gòu)建氧氣濃度測量數(shù)據(jù)庫；5)構(gòu)建數(shù)據(jù)融合儀，建立氧氣濃度測量模型；6)傳感器實測值輸入測量模型，獲得氧氣濃度準(zhǔn)確測量值。該傳感器測量氧氣靈敏度高，線性度好，準(zhǔn)確度高。
文檔編號G01N27/64GK102095788SQ20111003986
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者劉君華, 唐建文, 姜為華, 宋曉慧, 張勇, 張建業(yè), 張晶園, 方靜, 李昕, 牛國平, 王影花, 王曉冰, 王進(jìn) 申請人:西安交通大學(xué)