電子鼻傳感器的原理與應(yīng)用

　　聲表面波(SAW)傳感器與QCM傳感器的主要區(qū)別為：(1)瑞利波是經(jīng)SAW的表面運(yùn)行，不是像QCM一樣通過(guò)其體內(nèi)；(2)SAW傳感器工作頻率更高，因此可產(chǎn)生更大的頻率變化。QCM的典型工作頻率僅是10MHz，而SAW器件則在幾百M(fèi)Hz；(4)由于SAW是平面器件，所以可用微電子工業(yè)普遍采用的光刻技術(shù)來(lái)制造，而不像QCM那樣需要微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)進(jìn)行三維處理，因此批量生產(chǎn)的成本更低。但是，SAW傳感器的信噪比遜于QCM傳感器，因此在許多情況下，前者的靈敏度要低于后者。
　　電子鼻傳感器的第三大類是金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)管傳感器(MOSFET)。其工作原理是：VOC與催化金屬材料相接觸所生成的反應(yīng)產(chǎn)物(如氫)會(huì)擴(kuò)散通過(guò)MOSFET的控制極來(lái)改變器件的導(dǎo)電物性。如圖3所示，典型的MOSFET結(jié)構(gòu)有一個(gè)P型襯底和在襯底上擴(kuò)散的兩個(gè)摻雜濃度很高的N型區(qū)，兩個(gè)N區(qū)的金屬觸點(diǎn)分別稱為源極和漏極。器件的靈敏度和選擇性可通過(guò)改變金屬接觸劑的類型和厚度以及改變工作溫度來(lái)改變。MOSFET的優(yōu)點(diǎn)之一是可依托IC制造工藝，批量生產(chǎn)、質(zhì)量穩(wěn)定，主要問(wèn)題是接觸反應(yīng)產(chǎn)物(如氫)必須滲入催化金屬涂層來(lái)影響溝道中的電荷，這就對(duì)芯片的密閉封裝方式提出了更苛刻的要求。MOSFET與導(dǎo)電性傳感器一樣，也存在基準(zhǔn)值漂移問(wèn)題。

　　第四類實(shí)用的氣味傳感器是光纖傳感器。它對(duì)氣體化合物的響應(yīng)形式是光譜色彩發(fā)生變化。如圖4所示，這種傳感器的主干部分是玻璃纖維，在玻璃纖維的各面敷有很薄的化學(xué)活性材料涂層。化學(xué)活性材料涂層是固定在有機(jī)聚合物矩陣中的熒光染料，當(dāng)與VOC接觸時(shí)，來(lái)自外部光源的單頻或窄頻帶光脈沖沿光纖傳播并激勵(lì)活性材料，使其與VOC相互作用反應(yīng)。這種反應(yīng)改變了染料的極性，從而改變了熒光發(fā)射光譜。只要對(duì)許多敷有不同染料混合物的光纖器件構(gòu)成的傳感器陣列產(chǎn)生的光譜變化進(jìn)行檢測(cè)分析，就可以確定對(duì)應(yīng)的氣體化合物成分。光纖傳感器有很強(qiáng)的抗噪能力和極高的靈敏度，其靈敏度單位以ppb(十億分率)計(jì)，這是其它電子鼻傳感器類型所遠(yuǎn)不及的。目前光纖傳感器的主要缺點(diǎn)是：(1)其設(shè)備控制系統(tǒng)較復(fù)雜，成本較高，(2)熒光染料受白光化作用影響，使用壽命有限。