基于忆阻器的紫外光累积量传感器研究

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随着紫外光探测技术不断发展与应用,紫外光累积量测量技术在环境污染检测、医疗保健、恒星观测、军事科学等众多领域都发挥着至关重要的作用。但是,现有的紫外光探测方法以及探测技术在瞬时量与累积量转换过程中的功耗、测量系统的稳定性、可靠性以及集成度等方面仍有不足。经过对原有探测技术和忆阻器阻值特性的研究,将光伏探测技术与忆阻器阻值特性结合后,设计出基于忆阻器的紫外光累积量测量传感器。首先,设计出单一正反串联忆阻器的紫外光累积量传感器,传感器主要通过忆阻器的阻值改变量来反映一段时间内紫外光的累积量,经过理论推导以及仿真实验,验证出新设计的传感器可以完成对紫外光累积量的测量。但是,新设计的传感器仍然存在稳定性低、不能反复测量等不足。根据单一正反串联忆阻器传感器的不足,设计出基于忆阻器阵列的紫外光累积量传感器,传感器电路包括紫外光接收模块、前置放大模块、忆阻器阵列模块、忆阻器复位模块以及忆阻器误差调理模块。其中紫外光接收模块是将光信号转换为电信号,前置放大模块是将微弱的光电流信号进行放大处理,忆阻器阵列模块是将电流变化量信息转换为阻值变化信息,从而完成紫外光累积量测量,忆阻器复位模块是将完成测量的忆阻器状态恢复到初始状态,使传感器可以反复测量,忆阻器误差调理模块是将测量忆阻器阻值信息转换为电压信息,然后将它与比较电路忆阻器的电压信息形成差值电路,可以有效的减小误差,同时方便信号处理和存储,最后将差值电压信号放大输出。对两种基于忆阻器的紫外光累积量传感器电路进行性能测试,由测试结果可以得出两种传感器电路都可以完成对紫外光累积量的测量,当紫外光功率为5m W时,单一正反串联传感器的紫外光累积量测量范围约为0-30m W/m~2,传感器的灵敏度约为285Ω/(m W/m~2)。而忆阻器阵列传感器的紫外光累积量测量范围约为0-60m W/m~2,测量的灵敏度约为140Ω/(m W/m~2),忆阻器复位模块可以将忆阻器模块恢复到初始状态,进而可以反复测量。误差调理模块将电阻信息转换为电压信息,然后放大处理,有利于提高传感器的灵敏度。分析了三个影响传感器性能的因素,其中,当紫外光增大和忆阻器阵列模块并联支路增多时,虽然可以增大传感器测量范围,但是会降低传感器的灵敏度;误差调理模块可以减小测量时的误差,同时放大电路增益的增大会提高传感器灵敏度。
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