【摘 要】
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随着社会的发展,气体传感器被广泛应用于各个领域,如家庭安全系统、食品安全检测、医疗设备以及环境污染控制等都离不开气体传感器。相较于普通的气体传感器,基于新型纳米材
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随着社会的发展,气体传感器被广泛应用于各个领域,如家庭安全系统、食品安全检测、医疗设备以及环境污染控制等都离不开气体传感器。相较于普通的气体传感器,基于新型纳米材料的气体传感器具有极高的灵敏度和优秀的气体选择性,适用于检测环境气体的细微变化。这类气体传感器在测试的过程中需要对其变化的电阻信号进行测量,同时气体敏感材料又具较大的输出电阻,所以气体传感器要求信号采集电路能准确且连续地检测出传感器阻值的变化。本论文主要工作内容如下:(1)针对纳米材料气体传感器的特点,以STM32单片机为核心,设计了一种宽动态范围的信号采集电路系统,可以实现8通道信号的同步测量,其单次测量时间小于30 ms,且在1 KΩ-100 MΩ的全范围内达到最大线性误差为5%的测量精度;(2)研究了比例放大电路和电流积分电路两种测量电阻方式的特点,对比了信号采集电路系统中使用的软件滤波算法,结合实际分析并选择合适的软硬件组合;(3)通过模拟测试和实际传感器测试的方式来验证和分析电路。根据测试结果对电路中关键器件的选择进行了研究和讨论。本论文设计的信号采集电路相较于传统的电阻测量仪器有很大改进,在电路设计和数据处理上都有所创新:(1)针对纳米材料气体传感器设计专用的信号采集系统,测量范围宽,抗干扰能力强。可实现多个气体传感器同时长期测试,能够兼容多种气敏测试仪器;(2)信号采集电路结合了比例放大电路在小电阻测量上的优势以及电流积分电路极宽的电阻测量范围。电路具有体积小、功耗低的特点,适用于多种类型的气体传感器;(3)采用软件滤波的方式处理电路采集的信号。使用滑动加权平均滤波的算法处理原始数据;对于比例放大电路,使用量程滞回切换算法,提高了测量电路的精度和稳定性。本论文设计的电阻式气体传感器测量电路能够很好地应用于气体传感器测试系统,为新型纳米材料气体传感器的研究和应用打下了坚实的基础。
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