【摘 要】
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进入二十一世纪以来国内外恐怖活动高发,而利用简易自制爆炸物进行人肉或汽车炸弹爆炸是恐怖活动的主要方式。高灵敏度、低误报率的便携式爆炸物检测器成为近年来的研究热点
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进入二十一世纪以来国内外恐怖活动高发,而利用简易自制爆炸物进行人肉或汽车炸弹爆炸是恐怖活动的主要方式。高灵敏度、低误报率的便携式爆炸物检测器成为近年来的研究热点。声表面波(Surface acoustic wave,SAW)气体传感技术作为一项高灵敏度的气体检测技术,在爆炸物探测方面具有很大的应用潜力。传统的SAW气体传感器需要在压电基片或薄膜上涂覆敏感膜,但敏感膜的引入带来了响应速度慢、交叉干扰、长期稳定性差等方面的问题。本课题不再采用敏感膜,而是利用低温将气体分子冷凝在SAW器件的表面,构成冷凝式的SAW气体传感器。据称该种新型的SAW气体传感器比常规的有敏感膜的SAW气体传感器的灵敏度提高了1000倍。在冷凝式SAW气体传感器中,精确的温度控制技术是关键,本论文围绕冷凝式SAW气体传感器的精确温度控制技术而展开。本文首先回顾了SAW气体传感技术的发展现状,阐述了冷凝式SAW气体传感器的工作原理,分析了温度波动对SAW器件本身的频率漂移和冷凝吸附量的影响。然后对相关文献中采用的温度控制方法进行了总结,并对SAW气体传感器常用的温度控制元件半导体热电制冷器(Thermal Electric Cooler,TEC)和测温元件温度传感器进行了详细的介绍,研究了基于TEC的高精度温度控制技术。本文对温度控制的设计包含两方面。一方面是高精度温度控制电路的设计:由于声表面波气体传感器对表面扰动的温度极为敏感,所以实际工作中的恒温精度和温度稳定性是温度控制电路的两个十分重要的指标。本文基于TEC控制芯片MAX1978和微型控制单元STC89C52进行了硬件电路的设计,制作了温度10℃到30℃可调,温度控制精度±0.03℃的温度控制电路。该电路调温过程稳定后20s内的短期温度稳定性为0.05℃。将封闭气室中的声表面波气体传感器从27℃降低到15℃仅需要3s。另外一方面,本文对温控电路与声表面波气体传感器电路的集成方式进行了研究,完成了对气体吹扫方式的优化,并设计了“开放式”和“封闭式”两种气室结构。由于爆炸物采购与合成难度大,本文仅测试了在温度控制系统恒温控制下的冷凝式声表面波气体传感器基线,并将其与环境温度下的传感器基线进行对比,得出在恒温条件下传感器基线稳定度更高,稳定速度更快的结论。
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