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声表面波气体探测器系统集成技术研究

孙凤佩  
【摘要】:战场上的化学战剂(CWA)和工业上的有毒废气都对会人体产生了极大的伤害,因此气体检测就变得极为重要。而基于声表面波的器件在气体检测上有着明显的优势,并且被广泛应用于军用和商用设备。本课题就是在此背景下产生,本文研究了基于声表面波气体传感器的识别系统。利用三个涂覆有敏感膜的声表面波器件构建成一个SAW传感器阵列,使用该传感器阵列对不同种类不同浓度的气体进行气敏检测,结合模式识别算法,最终可在单片机PIC上实现神经毒气模拟剂(DMMP)、芥子气模拟剂(2-CEES)和干扰气体的识别,检测出毒气的种类与浓度。本文的主要内容分为三个部分:第一部分是系统前端声表面波气体传感器应用设计。研究了传感器振荡电路、ds PIC核心电路、TEC恒温电路、PID控制加热片恒温电路以及电源模块、LCD显示模块、富集器和气路驱动,数据存储等模块的外围电路并进行了分析。在硬件设计基础上,研究了系统前端控制的程序,设计了软件PID控温程序和I2C数据存储程序,最后测试了恒温模块温度变化曲线和浓度,温度,富集器等因素对声表面波传感器频率响应的影响。第二部分即是系统后端声表面波气体传感器数据的处理。研究了声表面波气体传感器三路频率信号的采集,传输和存储,以及系统电源模块,LCD显示模块、采样气泵、富集器和恒温模块的功耗分析。在硬件设计基础上,设计了集成式气体传感器后端处理数据的BP神经网络算法程序,并通过MATLAB平台仿真实现。第三部分是基于本探测器进行了软硬件功能测试,对毒气模拟剂和干扰气体分别展开系统测试和分析,最终根据算法实现了对不同种类不同浓度的气体进行识别。通过对声表面波气体探测器硬件电路系统、软件系统和相关算法的研究,最终制作出可以实际使用的PCB电路并在其基础上对硬件功能、相关的程序和算法进行了验证,为研制实用型的声表面波气体探测器系统集成奠定了坚实的基础。


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