智能氣體傳感器的技術(shù)組成概述及其設(shè)計(jì)和工藝等技術(shù)的介紹

　　智能氣體傳感器目前尚無(wú)確切定義，通常是指具有智能功能的氣體傳感器。目前，智能氣體傳感器主要功能體現(xiàn)在：自校準(zhǔn)、補(bǔ)償環(huán)境變化對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響、通信功能和對(duì)多個(gè)物理化學(xué)變量的同時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　智能氣體傳感器是應(yīng)用 MEMS技術(shù)、厚膜氣敏元件制造技術(shù)、厚膜混合集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用等高新技術(shù)而完成的多功能氣體傳感器。與傳統(tǒng)氣體傳感器相比，通過(guò)集成控制器 /處理器，使傳感器具備邏輯功能、雙向通信功能或者決策功能。

　　智能氣體傳感器按實(shí)現(xiàn)途徑劃分，最主要的類(lèi)型是在檢測(cè)系統(tǒng)中安裝多個(gè)氣體傳感器，再配置相應(yīng)處理電路來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化；按傳感系統(tǒng)與外界信息交互作用方式，可分為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)式和有線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)式。

　　國(guó)內(nèi)在智能氣體傳感器研究方面起步較晚，技術(shù)滯后。中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所應(yīng)用厚膜氣敏元件制造技術(shù)、厚膜混合集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用等高新技術(shù)對(duì)智能氣體傳感器進(jìn)行了研究。漢威電子在 NDIR紅外氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器方面有研究，并推出了智能紅外甲烷氣體傳感器，用于可靠性、精度要求較高的石油、化工、冶金、電力等高端行業(yè)客戶(hù)，也在煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)、暖通空調(diào) CO2監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)控分析等氣體檢測(cè)場(chǎng)所推廣應(yīng)用。

　　國(guó)外，紐約州立大學(xué) Darold Wobschall研究了基于 IEEE1451協(xié)議族的多傳感單元智能氣體傳感器。巴特納大學(xué)的 Hakim Baha等人報(bào)道了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能氣體傳感技術(shù)。圖 1是全球氣體傳感器產(chǎn)品種類(lèi)比例示意圖。

　　智能氣體傳感器的實(shí)現(xiàn)方式

　　將氣體傳感器陣列與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，組成智能氣體探測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由氣敏陣列、信號(hào)處理系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)組成。采用多個(gè)具有不同敏感特性的氣敏元件組成陣列，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別技術(shù)對(duì)混合氣體進(jìn)行氣體識(shí)別和濃度監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)能夠做到迅速準(zhǔn)確識(shí)別氣體性質(zhì)，判斷氣體種類(lèi)、感知?dú)怏w信息，并傳輸信息至處理系統(tǒng)，判別危害程度，形成處置方案，傳輸至執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行。同時(shí)，將常見(jiàn)有毒、有害、易燃?xì)怏w的種類(lèi)、性質(zhì)、毒性輸入計(jì)算機(jī)，并根據(jù)氣體的性質(zhì)編制事故處置預(yù)案輸入計(jì)算機(jī)。當(dāng)泄漏事故發(fā)生后，智能氣體探測(cè)系統(tǒng)將按下面程序工作：進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)→吸附氣體樣品→氣敏元件產(chǎn)生信號(hào)→計(jì)算機(jī)識(shí)別信號(hào)→計(jì)算機(jī)輸出氣體種類(lèi)、性質(zhì)、毒性及處置方案。