气敏传感器的现状及发展趋势

1国内外气敏传感器的产生与发展

气敏传感器又称“气体传感器”，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种。早在20世纪30年代人们就已发现金属氧化物具有气敏效应，而半导体气敏元件则是在60年代初期研制成功的，最先研制的ZnO薄膜元件，它是利用ZnO薄膜电阻接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。继而又发现在SnO2中添加Pt或Pd等贵重金属做增感剂能提高其灵敏度[1]。

日本气体传感器经过20多年的发展，其制造技术与产品水平已提高到相当水准，由日本费加罗技术研究公司规模生产的SnO2系列气敏传感器达21种规格，广泛用于11种气体的测量。在美国，氧传感器主要用于汽车发动机空/燃比控制和家用报警器。英国电气阀门公司生产的催化燃烧型气敏传感器，德国DraegerwerkAG生产的医用薄膜型气敏传感器，瑞士CerbertlsLlmited生产的火灾报警用气敏传感器等，都是世人所熟悉的[2]。

20世纪70年代中期我国开始研制金属氧化物半导体气敏传感器和钯栅MOS场效应氢敏晶体管，并开始在家用燃气报警器和电力工业变压器油变质监测上应用。近年来我国的气敏传感器技术飞速发展，全国有30多所高等院校和研究所研究开发各种类型的气敏传感器，在工艺方面引入表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺；另外新研究的AL2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体也开始用于气敏材料。但与国外发达国家相比还有较大差距，主要体现在产品生产技术和产业化等方面。

2工作原理

气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂志缺陷制成，金属氧化物半导体分N型半导体，如氧化锡、氧化锌等，P型半导体，如氧化钴、氧化铅等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还掺入了钯、铂、银等催化剂。

金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中，空气中的氧和二氧化氮这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电子增加，使元件电阻减小。该类气敏元件通常工作在高温状态（200～450℃），目的是为了加速上述的氧化还原反应[3]。

例如用于家庭或工业可燃性气体的检测、简陋报警器电路中所采用的MQ-5型气敏传感器就属于可燃性气敏传感器，如图1所示。它对液化气、天然气、城市煤气等具有较高的灵敏度，而对乙醇、烟雾几乎不起反应，并且具有灵敏度高，响应速度快，稳定性好，寿命长，驱动电路简单等优点。

图1MQ-5型气敏传感器

MQ-5型气敏传感器由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层、测量电极和加热器构成。敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6个管脚，其中4个用于信号输出，2个用于提供加热电流。MQ-5型气敏传感器引脚排布图如图2所示，MQ-5型气敏传感器使用接线图（如图3所示）。

图2MQ-5型气敏传感器引脚排布图

图2中H-H表示加热极（如5V），A-A、B-B表示传感器敏感元件的两个极。

图3MQ-5型气敏传感器使用接线图

图3中“V”为传感器的工作电压，同时也是加热电压。当气敏传感器加热后，环境中的可燃气体浓度加大时，传感器的内阻将迅速减小，利用该特性结合分压原理，可知输出电压的值将逐渐增大，当超过设定的阀值时，可产生相应的操作。

3主要应用

近年来，气敏传感器的应用越来越广泛，其中最主要的任务是防止突发事故，提高生活质量，保障生产过程安全性。

3.1用于监控易燃气体泄漏和检测有害气体成分

气敏传感器主要用于测定气体浓度，当安装在厨房、工厂、矿山以及其它公共场所的气敏传感器检测到有害气体浓度达到一定值时，会给出相应信号，并发出声音报警，提醒人们注意。

3.2用于检测环境质量

在办公室、住宅、汽车、飞机等较密闭环境安装气敏传感器，一方面由于即使少量的有害气体也会对人体造成伤害，所以可用于检测环境质量；另一方面也可用于检测二氧化碳浓度是否超标，提醒人们注意通风换气。

3.3用于检测酒精气体浓度

陶瓷气敏传感器可用于分析酒精蒸汽的含量。当酒后驾驶员对准传感器检测口吹气时，由于其血液中含有一定的酒精成分，传感器中电阻会发生与酒精浓度成比例的变化，并显示相应数值。

3.4用于检测气味和食物原料分类

气味检测是气敏传感器未来的主流方向之一，最有潜力的应用领域是食品工业和医学，还有家住环境和舒适度的调节（下转第312页）

气敏传感器的研究现状及发展趋势

鲁珊珊1李立峰2

(1.内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010018)

【摘要】本文以气敏传感器为研究对象，介绍了国内外气敏传感器的产生及现状，详细分析了气敏传感器的工作原理，阐述了主要应用领域，并最终依据现状总结出气敏传感器的未来发展趋势。

【关键词】气敏传感器；应用；发展趋

势

作者简介：鲁珊珊(1981.9—)，女，山东潍坊人，硕士，内蒙古机电职业技术学院，教师。李立峰(1981.5—)，男，山东淄博人，博士，内蒙古机电力勘测设计院。

（上接第282页）系统等。在开发味敏传感器方面取得的主要成就是在改进提高敏感材料的灵敏度和选择性方面，针对气味的特征成分使用各种掺杂剂，以适应不同的需要。

4发展趋势

4.1向低功耗、多功能、集成化方向发展[4]

集中表现为一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，发展EMES技术，发展现场适用的变送器和智能传感器。

4.2应用纳米技术和蓝牙技术

由于纳米固体材料具有庞大的界面，提供了大量气体通道，从而使灵敏度大大提高，这是常规传感器所不具备的。用零维的金属氧化物半导体纳米颗粒、碳纳米管及二维纳米薄膜等都可作为敏感材料构成新型气敏传感器。

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范。它以极低成本近距离无线连接为基础，为固定的移动设备通信环境建立一个特别连接，其程序写在很小的微芯片中，主要利用无线方式进行通讯和和信息交换。

4.3生物芯片的开发应用

由于硅技术与生物材料相结合已在人类智能工程方面发挥了关键作用，所以成为最有前途的应用领域。例如美国Motorola公司为了创立新学科——

—分子诊断学，已经制成了生物芯片系统单元。另外该公司正在开发一种新工艺，可用于生产生物芯片的高密度印刷电路板、平板显示器、厚膜电路和微电子机械传感器。

【参考文献】

［1］孙旭文，李田泽，杨淑连，等.传感器与检测技术[M].山东大学出版社，1996，7.［2］章天金，周东祥，付明，等.金属氧化物气敏传感器研究现状及其发展趋势[J].材料导报，1998，12:38.

［3］郁有文，常键.传感器原理及工程应用[M].西安电子科技大学出版社，2003，1.［4］黄敏桐.气敏传感器在工业和民用领域中的应用[J].福建建材，2006，4.

［责任编辑：汤静］

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（上接第306页）实践教学进行岗位责任制大检查。通过岗检，查问题、找差距、抓管理、上水平，以此来改进和提高实践教学的管理水平，使实践教学能有一个安全的、高效的、高品质的、人际和谐、精神状态良好的工作现场。岗检应由学院和企业人员共同组成检查组，按照实地察看的方式、听取汇报的方式、检查小组深入实训环节听课方式、检查实训文件和有关资料的方式进行。

4岗检方法和岗检内容

4.1岗检过程中，检查组要对实训基地环境、安全、消防、实训设备及工具的使用维护、纪律、教学环节等进行检查。

4.2每次检查是按照《实践教学6S岗检评价表》逐项进行考评。

4.3对于检查出的各类问题，实训中心下发问题整改通知。通过岗检反馈表反馈给各系（部）教师本人，有助于教师的改进与提高。

4.4对于检查中发现的严重问题或每次岗检重复出现的问题要对责任人进行通报。

5建议

5.1健全实践教学管理制度。应建立“实践教学6S管理规范”、“实践教学岗检管理办法”等，明确“6S”管理的内涵、目的、实施内容、责任人、岗检方式、岗检方法、岗检内容、具体要求等，以便岗检时共同遵守。

5.2各系（部）应认真对照“6S”管理职责范围内的相关工作，明确管理责任，布署相关人员开展工作，增强团队意识，促进现场管理水平提高。

5.3各相关人员应对照《实践教学6S岗检评价表》先进行自查，找出不足，自我提高。

5.4各系（部）应按照“6S”管理规范检查“6S”落实情况，提早做好岗检前的准备。

【参考文献】

［1］中华人民共和国教育部.关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见（教高[2006]16号）[Z].2006.

［2］孙昌权.浅议“6S”在高职院校实验室管理中的应用[J].科技信息，2010，35．

［责任编辑：王静］

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本模块功能最多，内容最为复杂，但基本格式是相似的，各页面基本包含添加、删除、修改三个按钮。下面就本模块具体的页面样式给出其完成后的界面样式并给出相应的实现代码。

页面样式如图2所示，本页面主要可以输入题目内容、题目答案和题目分析的内容，除了新增、删除、编辑以外，根据编辑题目的具体要求，增加了撤销、保存、四个方向按钮外，本界面还包括题目设置选项；另外，由于科目的不同，考试题型差别很大，故而增加了特殊粘贴和插入图片的功能。

为了能够适应学校各学科试题管理的需求，本文利用OLE技术（Object Linking and Embedding，对象连接与嵌入）[2]，将用户计算机中安装的一些工具对象集成到本平台，以扩充平台的功能,如：微软的公式编辑器、化学专业用到的分子式编辑器、数学专业方面的MathType 等，如图2所示。

3．5试卷难度系数管理模块

本模块类似题目难度系数模块，只不过是对整张试卷的难度系数的设定，有助于教师根据学生学习的具体情况来出符合学生不同学习阶段的难度系数的试卷。

3．6出卷方式管理模块

出卷方式包括手工出卷和自动出卷两种：

手工出卷：系统用户根据个人需要，以人工方式，选择章节，再从中挑选自己需要的题目，组成一张试卷，同时自动生成答案。

自动出卷：系统用户根据需要，选择好课程，相关章节、题型及每个题型的数量和分值，试卷的难度系数、A、B卷的最高重复率等参数，系统自动按要求给出A、B卷，同时自动生成相关的试卷答案。

该模块主要包括自动生成试卷和手动生成试卷两种方式。其中自动生成试卷方式只需要出卷教师设定好每个章节的难度系数、题型和题量即可。而手动出卷则是要求出卷教师在题库中选择每一个题目，将其添加到试卷中，然后生成一份完整的试卷。

3．7试卷导出管理模块。

电子试卷及答案生成后，进行打印、印刷。试卷生成后，用户可利用系统模板导成Word格式的标准试卷及标准答案，方便教师打印、局部调整试卷等。这是试题库系统的基本功能。

4结束语

本文重点研究了高校的试题库系统。通过采用较先进的信息技术手段解决了以往教师出题繁、难、重复等问题，只需要教师平时将试题及时录入本试题库系统，到学期考试的时候随时可以拥有一张知识全面、难度随心的试卷，并且可以针对部分章节对学生进行考核；考务办也可以通过随机抽题实现“考教分离”，及时检查教师教学效果。本系统比传统出卷方式更为合理、高效、安全、可靠;较实用，易于使用和管理。

【参考文献】

［1］[美]Steve Teixeira，[美]Xavier Pacheco.Delphi开发人员指南[M].机械工业出版社.

［2］王昌建，肖刚，单继宏，程振波，张元鸣.OLE自动化技术在管理信息系统中的应用[J].计算机与现代化，2003（05）.

［责任编辑：王迎迎］●

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