新型气体传感器及阵列

电子鼻电子舌概述电子鼻和电子舌是两种基于传感技术的人工感官设备，它们模仿了人类的嗅觉和味觉系统，可以用于检测和识别气味和味道。

电子鼻和电子舌在食品、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用前景。

本文将介绍电子鼻和电子舌的原理、应用以及发展趋势。

电子鼻电子鼻是一种模拟人类嗅觉系统的传感器装置，可以用于检测和识别气体的成分和浓度。

它由气体传感器阵列、信号处理电路和模式识别算法等组成。

原理电子鼻的气体传感器阵列通过吸附或吸收气体分子来获取气体的信息。

常用的气体传感器有金属氧化物半导体传感器、电化学传感器、光纤传感器等。

气体分子的吸附或吸收会引起传感器的电阻、电流或光信号的变化，通过测量这些变化可以确定气体的成分和浓度。

应用电子鼻在食品、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。

在食品行业中，电子鼻可以用于检测食品的新鲜度、品质和真实性。

在医疗领域，电子鼻可以用于检测呼出气体中的特定化合物，从而帮助医生进行疾病的早期诊断。

在环境监测中，电子鼻可以用于检测空气中的污染物。

随着传感技术的发展和进步，电子鼻的灵敏度和准确性不断提高。

目前的电子鼻主要是通过模式识别算法来识别气体，但未来可以结合人工智能和机器学习等技术，进一步提高识别的准确性和可靠性。

此外，对于特定行业的需求也将推动电子鼻的发展，例如在食品行业中，对于食品安全和质量的要求不断提高，对持续监测和检测手段的需求也在增加。

电子舌电子舌是一种模拟人类味觉系统的传感器装置，可以用于检测和识别溶液中的味道和成分。

电子舌由化学传感器阵列、信号处理电路和模式识别算法等组成。

原理电子舌的化学传感器阵列通过吸附或反应溶液中的化学物质来获取味道的信息。

常用的化学传感器有离子选择电极、光化学传感器、电化学传感器等。

化学物质的吸附或反应会引起传感器的电阻、电流或光信号的变化，通过测量这些变化可以确定溶液中的成分和味道。

应用电子舌在食品、饮料、药品等领域有着广泛的应用。

在食品行业中，电子舌可以用于检测食品的口感、甜度和酸度等。

气体成分测量气体检测在工业生产、环境保护、安全检查、航空航天等领域中发挥着重要作用。

近年来频发的煤矿爆炸,有毒气体泄漏事件,使人们深刻认识到气体监测的必要性。

石油、化工、煤矿、汽车等工业的飞速发展致使大气污染日益严重,酸雨、温室效应和臭氧层的破坏引起了全世界的关注。

机场、车站、比赛场馆爆炸物的探测和危险源的定位对人们生命财产保障起到重要作用。

另外,在飞船，潜艇等密闭环境中,气体监测对保证仓内人员安全具有重要意义。

因此,对人类生存和生产环境中的各种有害的危险气体进行准确的识别和浓度测量是非常重要的。

1.MOS 气体传感器1.1 SnO2 传感器工作原理SnO2 气体传感器是一种表面电阻控制型气敏器件,其结构多为多孔制烧结体,即由很多晶粒集合而成。

许多学者的研究表明,晶粒间通过晶界或颈部沟道彼此相连,因晶粒自身体电阻较低,整个器件的电阻取决于晶界部分电阻(或颈部电阻)。

该模型及等效电路可用图表示,图中 a)为烧结体模型,b)为晶粒集合形式,c)为模型等效电路,图中 Rb 表示体电阻, Rn 表示晶界部分电阻或颈部电阻,由于晶界或颈部电子密度很小,电阻率要比晶粒内部大很多,所以 Rn 决定整个器件的气敏电阻。

气敏材料表面特性非常活泼,很容易吸附气体分子"吸附分为物理吸附和化学吸附两种,物理吸附是靠偶极子、四极子和感应偶极子的库仑力形成的,化学吸附是靠交换电子或共有电子形成的。

在常温下一般是物理吸附,高温下发生物理吸附加化学吸附。

例如,在洁净空气中,将 SnO2 气敏材料加热到一定温度,空气中的氧gas O 2就在气敏材料表面发生化学吸附变成-2O ,-O 以及-2O ,氧发生化学吸附存在如下平衡:式中 S 为可被占据的化学吸附位,α的值可为 1/2,1 和 2,分别代表-2O ,-O 以及 -2O ,s O 2 为在吸附位 S 上化学吸附的氧。

由于对氧发生化学吸附,在多晶半导体晶界处会形成空间电荷层即势垒,该势垒能阻碍电子在电场作用下的漂移运动,自由电子浓度下降引起气敏材料电阻升高。

有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统管理制度一、目的本制度规定了有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统的管理要求，以确保该系统能够有效地监测和报警气体泄漏，保障员工生命安全和生产安全。

二、适用范围本制度适用于公司内所有涉及有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统的管理、使用和维护人员。

三、职责1、安全环保部门负责制定和监督执行本制度，确保有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统的正常运行。

2、使用部门负责按照本制度使用和维护有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统，确保其准确性和可靠性。

3、维护部门负责定期对有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统进行检修和保养，确保其正常运行。

四、管理要求1、有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统应由专业人员安装、调试和验收，以确保系统的准确性和可靠性。

2、使用部门应指定专人负责管理有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统，并对其进行定期检查和维护。

3、维护部门应定期对有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统进行检修和保养，确保其正常运行。

4、如发现有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统存在故障或异常情况，应立即停止使用，并及时维护部门进行检修和修复。

5、在有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统的使用过程中，应遵守相关法律法规和公司规定，确保员工生命安全和生产安全。

五、应急措施1、在发生有毒有害、可燃气体泄漏的情况下，使用部门应立即启动应急预案，组织人员疏散和采取必要的应急措施。

2、安全环保部门应协助使用部门处理有毒有害、可燃气体泄漏事故，并及时向上级领导报告。

3、在处理有毒有害、可燃气体泄漏事故时，应注意保护现场，防止事故扩大和造成二次伤害。

4、处理完事故后，应对有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统进行检查和维护，确保其正常运行。

5、对于因有毒有害、可燃气体泄漏而导致的员工伤害或其他损失，应按照相关法律法规和公司规定进行处理和赔偿。

六、记录和报告1、使用部门应建立有毒有害、可燃气体泄漏检测报警系统的使用记录，记录使用时间、地点、人员等信息。

电子鼻的运作原理
电子鼻是通过一系列传感器来模拟人类鼻腔的嗅觉功能，从而能够检测和辨别气味。

其运作原理如下：
1. 传感器阵列：电子鼻通常由多个不同类型的传感器组成，如气敏传感器、光学传感器、折射传感器等。

每个传感器对特定的气体或气味有特异的响应。

2. 气体采集：电子鼻首先需要采集待测试气体的样本。

通常使用气流或泵将空气引入到电子鼻中，使其接触到传感器阵列。

3. 信号检测与分析：传感器阵列对接触到的气体进行检测和测量，产生相应的电信号。

这些信号将被转化为数字信号，并通过算法进行处理和分析。

4. 模式识别：通过与事先建立的数据库进行比对，电子鼻能识别出气体的特定模式或特征。

这些模式或特征与特定气体或气味的相关性已经通过训练或研究确定。

5. 结果输出：根据识别结果，电子鼻可以通过显示器、报警器等方式输出结果，使用户能够判断所检测气体的种类、浓度或其他相关信息。

电子鼻的运作原理基于传感器的集合和模式识别算法的处理，能够模拟人类嗅觉，检测和辨别各种气味。

它在环境监测、食品安全、疾病诊断等领域具有广泛的应
用前景。

常见的工业机器人传感器类型和作用介绍工业机器人是现代工业生产中的重要设备，它可以自动完成各种工艺操作，提高生产效率和质量。

而机器人要实现自主操作和与环境的交互，就必须依赖传感器来获取各种信息。

下面将介绍一些常见的工业机器人传感器类型及其作用。

1.视觉传感器：视觉传感器是机器人中应用最广泛的传感器之一，可以帮助机器人获取周围环境的图像信息，实现目标识别、位置定位、检测等功能。

常见的视觉传感器包括CCD相机、CMOS相机等，其分辨率越高，精度越高。

2.力传感器：力传感器可以测量机器人与周围环境之间的力和力矩，实现精确控制和操作。

常见的力传感器有电容式、压阻式、电感式等，可以应用于装配、抓取、力控处置等任务。

3.距离传感器：距离传感器可以测量机器人与物体之间的距离，实现避障、定位等功能。

常见的距离传感器包括激光传感器、超声波传感器、红外线传感器等，可以用于测距、测量高度等任务。

4.光电传感器：光电传感器可以检测物体的存在、颜色、形状等特性，实现物体识别、分类、定位等功能。

常见的光电传感器有光电开关、光幕、光电编码器等，可以应用于自动分拣、装配等任务。

5.温度传感器：温度传感器可以测量机器人周围环境的温度变化，实现温度控制、安全保护等功能。

常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶等，可以用于焊接、烤箱等工作环境中。

6.声音传感器：声音传感器可以检测周围环境中的声音，实现语音交互、声音控制等功能。

常见的声音传感器有麦克风、声纳等，可以应用于机器人导航、语音识别等任务。

7.气体传感器：气体传感器可以检测周围环境中的气体浓度和成分，实现气体分析、安全监测等功能。

常见的气体传感器有气体传感电阻、气体传感器阵列等，可以应用于有害气体探测、环境监测等任务。

8.触摸传感器：触摸传感器可以感知机器人与物体接触的力和位置，实现精确控制和安全保护。

常见的触摸传感器有电容触摸传感器、压阻触摸传感器等，可以用于装配、物体操纵等任务。

传感器在军事中的应用实例原理1. 简介传感器是将物理量转换为电信号的设备，广泛应用于各个领域，包括军事。

本文将介绍传感器在军事中的应用实例和原理。

2. 气体传感器在生化战中的应用2.1 气体传感器的原理•气体传感器是通过检测气体的特性来测量环境中的气体浓度或者检测特定气体的设备。

•使用化学反应、光学原理或者电化学原理等方法来识别和测量气体。

•通过测量气体的浓度来判断是否存在有毒或有害气体。

2.2 生化战中的应用实例•气体传感器可以用于检测生化武器，这对于保护军人和民众非常重要。

•在军事基地或者前线部署气体传感器，及时探测到潜在的生化威胁。

•气体传感器可以与其他设备配合使用，通过联网或者无线通信将数据传送至后方指挥部，以便及时采取行动。

3. 热传感器在无人机中的应用3.1 热传感器的原理•热传感器通过测量物体的热辐射来确定其表面温度和热分布。

•使用红外技术对物体进行扫描，然后根据辐射量生成热图像。

•热传感器可以探测到隐藏在障碍物后的目标，具有很强的侦查能力。

3.2 无人机中的应用实例•无人机配备热传感器可以在无光照或者恶劣天气条件下，对敌方目标进行侦查和监视。

•热传感器可以探测到人体的热量，用于搜索和救援任务。

•无人机通过热传感器可以快速扫描大面积地区，快速获得情报，并给予指挥官及时的决策依据。

4. 压力传感器在军事设备中的应用4.1 压力传感器的原理•压力传感器通过测量物体所受力的压力大小来获取物体所处环境的状态。

•采用压阻、压电或者电容原理来转换压力信号为电信号。

•可以用于测量液体或气体介质的压力，具有精度高、响应速度快等特点。

4.2 军事设备中的应用实例•压力传感器可以用于监测军事设备的液压系统，及时检测并防止泄漏发生。

•用于监测枪械的后坐力，以便提供更准确的射击控制。

•在军事车辆中用于监测车轮胎的气压，可提前预警并避免爆胎事故的发生。

5. 光电传感器在军事侦察中的应用5.1 光电传感器的原理•光电传感器通过测量光的特性来获取物体的信息。

36新技术·新业务·行业应用DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2024.03.009二维单质材料及其在气体传感器中的应用［吴家隐 刘志发 陈浩东 梁同乐 李先绪］二维材料具有了高载流子迁移率、电导率和热导率等优点，因此成为目前研究的热点。

近几年,随着石墨烯、磷烯、锑烯、碲烯以及锡烯等二维单质材料的兴起,越来越多的报道证明了二维单质材料用于气体传感的可行性与选择性探测的潜力。

二维单质材料可以降低敏感材料的维度,提高比表面积，进而极大的增加了气体传感器的灵敏度，能够在相对较低的温度下提供实时、在线的气体传感。

总结了近些年二维单质材料的最新研究进展,介绍二维单质材料的反应机理及其优势和特点,最后对该研究方向的发展进行了展望。

吴家隐广东邮电职业技术学院，副研究员，博士研究生，研究方向：物联网、传感器。

刘志发广东邮电职业技术学院，大专，研究领域：人工智能。

陈浩东广东邮电职业技术学院，大专，研究领域：人工智能。

梁同乐广东邮电职业技术学院，副教授，研究领域：云计算。

李先绪中国电信股份有限公司研究院，高级工程师，硕士。

关键词：二维单质材料 气体传感 石墨烯 磷烯 锑烯 碲烯 锡烯摘要1 引言随着工业化的推进和经济的发展，化石燃料大量消耗，污染物排放迅速增长，我国正面临越来越严峻的环境污染形势。

在环境污染物中，污染气体严重破坏生态环境，威胁着人们的身体健康。

主要大气污染物包括氨氮化合物、二氧化硫、氮氧化物、有机污染气体以及重金属等物质。

这些污染物的来源跟工业和生活息息相关。

在燃煤发电中，将产生大量的二氧化硫（SO 2）、氮氧化合物（NO x ）、氯化氢（HCl ）、重金属及其化合物以及气态有机污染物[1]。

其中，气态有机污染物主要包有易挥发性有机化合物（Very V olatile Organic Compounds ，VVOC ）、挥发性有机化合基金项目：2022年广东省科技创新战略专项资金（大学生科技术创新培育）(pdjh2023b0915)；2022年度广东省普通高校重点科研平台和科研项目特色创新项目(2022KTSCX289)；2023年度广东省普通高校重点科研平台和科研项目新一代电子信息(半导体)重点领域专项(2023ZDZX1069)；广东邮电职业技术学院质量工程项目（2023094、2023118、202201）。