[发明专利]一种通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法

权利要求书

1.一种通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：基于工作温度下气体传感器的电阻Ra与Ra-Rg之间的线性关系，获取不同气体传感器在不同气体浓度下进行多次检测试验的数据，绘制曲线并拟合得到斜率K值，以斜率K值定义目标气体浓度，得到归一化校准数据；其中，Ra为空气中的初始电阻，Rg为待测目标物质气氛中的电阻；

工作温度下气体传感器的电阻Ra与Ra-Rg之间的线性关系根据材料载流子浓度n的绝对变化率δ重构表达灵敏度的公式，具体为：

式中，n＝σ/eμ，σ为电导率，e为基本电荷，μ为载流子迁移率；参数下标a和g分别表示空气和待测目标物质气氛中的物理量；

假设半导体材料的实际电阻是气体传感器总电阻与材料和金属电极之间接触电阻之差，则表达灵敏度的公式如下：式中R_c为材料和金属电极之间的接触电阻。

2.根据权利要求1所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：如果是N型半导体对还原性气体的探测或P型半导体对氧化性气体的探测，则n_a≤n_g；而如果是P型半导体对还原性气体的探测或N型半导体对氧化性气体的探测，则δ重新定义为

3.根据权利要求1所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：对于给定材料在指定加热温度和暴露时间条件下，δ仅与目标气体浓度相关，该目标气体浓度在气体传感器的检测范围内，结合欧姆定律，以氧化钨纳米线对目标气体的检测为例，表达灵敏度的公式如下：

式中，R_nw,g为氧化钨纳米线在待测目标物质气氛中的实际电阻值，R_nw,a为氧化钨纳米线在空气中的实际电阻值。

4.根据权利要求1所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：如果敏感响应由半导体材料和目标气体之间有效的气固相互作用引起，而电阻R_c对气体浓度不敏感，那么在某个目标气体浓度下，δ保持恒定不变，将其代入1-δ＝K，则得到：

R_a-R_g＝KR_a-KR_c

其中，截距-KR_c为恒定常数；在目标气体浓度确定且其他测试条件不变的情况下，R_a-R_g与R_a呈斜率为K的线性关系；所述的其他测试条件包括工作温度以及工作湿度。

5.根据权利要求1所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于，获取不同气体传感器在不同气体浓度下进行多次检测试验的数据方法如下：

1)将气体传感器置于背景气体中至基线稳定，记录在背景气氛中的电阻值，背景气体为-20℃～40℃温度下、一个大气压力的清洁干燥空气，该电阻值即背景气氛中的初始电阻Ra；

2)将气体传感器置于某浓度的目标气体，稳定后记录待测目标气体的电阻Rg；

3)更换相同批次、型号的其他气体传感器，重复步骤1)至2)，记录电阻Ra与Rg；

4)每间隔一段固定时间，重复步骤1)至3)，记录第二次至第n次循环的电阻Ra与Rg，绘制出不同器件、多次循环过程中电阻Ra与Ra-Rg之间的线性关系曲线，拟合得到K值；

5)改变目标气体浓度，重复步骤1)至4)，绘制出不同气体浓度下、不同器件、多次循环过程中电阻Ra与Ra-Rg之间的线性关系曲线，拟合得到K值。

6.根据权利要求5所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：由线性关系曲线拟合得到斜率K值，汇总得到目标气体浓度对应特定材料器件的斜率K值合集，以斜率K值对应目标气体浓度，得到归一化校准数据进行气体传感器的校准。

7.根据权利要求5所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：检测试验在环境测试舱中进行，将待测目标气体通入环境测试舱中，所述环境测试舱中设置有风扇用于加速环境气氛传质流动，加快气体稀释至目标浓度，稳定后记录电阻值。

8.根据权利要求7所述通用的电阻式微型气体传感器数据归一化校准方法，其特征在于：在每次通入待测目标气体进行检测后，使用背景气体对环境测试舱进行置换，从而稀释并排出目标气体，进行下一次检测试验。