碳纳米管薄膜电离式传感器及其检测单一气体浓度的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102095781A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102095781A(43)申请公布日2011.06.15(21)申请号201110038489.8G01K7/40(2006.01)(22)申请日2011.02.16(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人张勇姜为华宋晓慧张晶园王进方静王影花张建业牛国平王晓冰李昕唐建文刘君华(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人汪人和(51)Int.Cl.G01N27/64(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称碳纳米管薄膜电离式传感器及其检测单一气体浓度的方法(57)摘要本发明公开了一种碳纳米管薄膜电离式传感器及其检测单一气体浓度的方法，传感器包括三个依次分布的第一、第二和第三电极，第一电极设有透气孔，其内表面附着有分布着碳纳米管薄膜的金属膜基底；第二电极中心设有引出孔；第三电极板面设有盲孔；三个电极相互隔离。方法包括：1)放置三个不同极间距传感器；2)在电极上施加电压；3)测量各传感器离子流值；4)测得值与单一气体浓度、温度、湿度标定值组成样本，并与插值样本，构建气体浓度测量数据库；5)构建数据融合仪，建立单一气体浓度准确测量模型；6)传感器实测值输入测量模型，获得单一气体浓度准确测量值。该传感器检测气体灵敏度高，线性度好，准确度高。CN1029578ACCNN110209578102095789A权利要求书1/2页1.碳纳米管薄膜电离式传感器，其特征在于：包括三个自上而下依次分布的第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极由内表面附着有分布着碳纳米管薄膜的金属膜基底以及设有透气孔的电极构成；第二电极由中心设有引出孔的引出极极板构成；第三电极由板面设有盲孔的收集极构成；该三个电极分别通过绝缘支柱相互隔离。2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜电离式传感器，其特征在于：所述三个电极中相邻两个电极间的极间距为30～250μm；所述第一电极与第二电极极板正对面积为0.01～170mm2，第二电极与第三电极极板正对面积为0.01～190mm2。3.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜电离式传感器，其特征在于：所述第一电极的电极表面的透气孔为1～4个，在电极内侧表面附着的金属膜基底上生长或者丝网印刷有碳纳米管薄膜；所述第二电极引出极中心设有1～4个引出孔；所述第三电极收集极盲孔与第二电极的引出孔相对应，盲孔的数量为1～4个。4.碳纳米管薄膜电离式传感器检测单一气体浓度的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)选择三个电极中相邻两个电极的极间距设定为30～250μm的碳纳米管薄膜电离式传感器；(2)分别将设定的三个不同极间距的碳纳米管薄膜电离式单一气体传感器、碳纳米管薄膜电离式温度传感器和碳纳米管薄膜电离式湿度传感器放置在含有待测单一气体的气氛中；(3)分别对三个碳纳米管薄膜电离式单一气体、温度和湿度传感器的第一电极加载电压为0V，第二电极加载电压2～200V，第三电极加载电压1～180V；(4)在待测单一气体浓度、温度和湿度测量范围内，对应不同的浓度、温度和湿度标定值，分别测量步骤(2)中所有传感器输出的气体放电离子流值；(5)将步骤(4)中在浓度、温度和湿度测量范围内测得的所有传感器输出离子流值，与相应的单一气体浓度、温度和湿度标定值，组成不同的实验标定样本，然后采用分段插值技术对实验标定样本进行插值，获得插值数据，得到插值样本，并根据包含了实验标定样本及插值样本的所有样本组建单一气体浓度测量数据库；(6)采用数据融合技术，构建数据融合仪，建立单一气体传感器、温度传感器及湿度传感器的测量模型；以单一气体浓度测量数据库中的数据作为数据融合仪的输入样本和期望输出样本，并以量程范围内不同的数据分别作为数据融合仪的训练样本和检验样本进行训练和检验，检验结果满足实测误差要求时，数据融合仪输出单一气体传感器的浓度准确测量模型；(7)将碳纳米管薄膜电离式单一气体传感器、温度传感器和湿度传感器实测时输出的离子流值输入步骤(6)获得的单一气体浓度准确测量模型，该模型输出单一气体浓度的准确测量值。5.根据权利要求4所述的基于碳纳米管薄膜电离式传感器检测单一气体浓度的方法，其特征在于：所述的碳纳米管薄膜电离式传感器中，第二电极电位高于第一电极电位，第三电极电位低于第二电极电位且高于第一电极电位。6.根据权利要求4所述的基于碳纳米管薄膜电离式传感器检测单一气体浓度的方法，2CCNN110209578102095789A权利要求书2/2页其特征在于：所述建立单一气体浓度测量数据库，是将实验标定数据与插值数据组成数据库，将各传感器输出离子流值及其插值数据作为输入样本，将单一气体