電子鼻傳感器的應用設計

　　聲表面波(SAW)傳感器與QCM傳感器的主要區別為：(1)瑞利波是經(jīng)SAW的表面運行，不是像QCM一樣通過(guò)其體內；(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MHz；(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那樣需要微電子機械系統(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(lèi)是金屬氧化硅場(chǎng)效應管傳感器(MOSFET)。其工作原理是：VOC與催化金屬材料相接觸所生成的反應產(chǎn)物(如氫)會(huì )擴散通過(guò)MOSFET的控制極來(lái)改變器件的導電物性。如圖3所示，典型的MOSFET結構有一個(gè)P型襯底和在襯底上擴散的兩個(gè)摻雜濃度很高的N型區，兩個(gè)N區的金屬觸點(diǎn)分別稱(chēng)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(lèi)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)量穩定，主要問(wèn)題是接觸反應產(chǎn)物(如氫)必須滲入催化金屬涂層來(lái)影響溝道中的電荷，這就對芯片的密閉封裝方式提出了更苛刻的要求。MOSFET與導電性傳感器一樣，也存在基準值漂移問(wèn)題。

　　第四類(lèi)實(shí)用的氣味傳感器是光纖傳感器。它對氣體化合物的響應形式是光譜色彩發(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?；瘜W(xué)活性材料涂層是固定在有機聚合物矩陣中的熒光染料，當與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活性材料，使其與VOC相互作用反應。這種反應改變了染料的極性，從而改變了熒光發(fā)射光譜。只要對許多敷有不同染料混合物的光纖器件構成的傳感器陣列產(chǎn)生的光譜變化進(jìn)行檢測分析，就可以確定對應的氣體化合物成分。光纖傳感器有很強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，這是其它電子鼻傳感器類(lèi)型所遠不及的。目前光纖傳感器的主要缺點(diǎn)是：(1)其設備控制系統較復雜，成本較高，(2)熒光染料受白光化作用影響，使用壽命有限。