SAW传感器用大动态范围可调温高精度温控技术研究

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近30年来,国内、国外频繁发生以人肉炸弹、汽车炸弹等自制简易炸弹为主的恐怖袭击,这些炸弹威力较大,在人群密集处爆炸造成大规模伤亡,人们的生命安全受到了严重的威胁,对经济发展和社会公共安全造成了十分恶劣的影响,已成为各国政府高度关注的问题。因此急需提高爆炸物的检测水平,研究灵敏度高、响应速度快的爆炸物传感器。本课题利用新型冷凝式声表面波(SAW,Surface acoustic wave)气体传感器进行爆炸物检测,它与色谱联用完成被测气体的定性分析,利用低温将色谱柱末端流出的分离气体分子冷凝吸附在SAW器件表面,完成定量分析。这是一种物理吸附,避免了由敏感薄膜引入带来各种问题。冷凝式SAW气体传感器比敏感薄膜式SAW气体传感器的灵敏度要高很多。根据冷凝式SAW气体传感器的工作原理,可知精确的温度控制是其高精度测量的前提。本文针对用于检测爆炸物的SAW气体传感器的温控电路进行了研究。根据冷凝式SAW气体传感器的工作模式和测试对象的性质提出了温度控制要求:在10℃到75℃范围内调节,恒温冷凝时温度稳定性为±0.02℃。温控电路的整体方案采用一种负反馈式的闭环控制,包括温控执行元件半导体热电制冷器(TEC,Thermoelectric Cooler)、温度测量模块、温度设置模块和核心的温控芯片。本课题使用温控芯片MAX1978来驱动TEC,NTC热敏电阻温度测量模块和温控芯片实现温度控制的高精度,数字电位器ADN2850和运算放大器AD8606构建的温度设置模块实现温度控制的大动态范围可调。对SAW气体传感器、TEC、NTC热敏电阻和SAW振荡电路进行了集成后,对温控电路进行性能测试,性能测试主要包括温度调节范围测试和温度稳定性测试。测试得到温控可实现10℃~78℃范围内可调,在10℃~30℃内温度稳定性小于0.01℃,30℃~50℃温度稳定性不超过0.05℃,70℃的稳定性为0.18℃,温度达到78℃时的稳定性最差为0.22℃。
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