МУЛЬТИСЕНСОРНАЯ МИКРОСИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ СО, H2 , C3H8 , CO2

Изготовление модуля химических сенсоров на одном кристалле является одним из перспективных направлений в развитии газовой сенсорики. Целью данной работы являлась разработка мультисенсорной микросистемы для уменьшения времени измерения концентрации газов CO, H₂ , C₃H₈ , CO₂, а также снижение потребляемой мощности микросистемы в целом. Мультисенсорная микросистема включает четыре одиночных сенсора, размещенных на одной подложке из наноструктурированного оксида алюминия. Использование в топологии микросистемы сквозных отверстий и диэлектрической подложки снизило потребляемую мощность газовой микросистемы. Нами предложен способ измерения чувствительности четырехсенсорной микросистемы к концентрации газов CO, H₂ , C₃H₈ , CO₂ . Полный цикл измерения концентрации газов состоял из времени предварительного прогрева всех сенсоров микросистемы (5 с), времени разогрева каждого из сенсоров последовательно (5 с) и времени измерения сопротивления каждого сенсора (80 с). Результаты измерений показали, что время реакции мультисенсорной микросистемы при воздействии газов: H₂ с концентрацией 0,001 %, CO₂ – 1 %, СО – 0,02 %, С₃H₈ – 0,01 % не превышает установленного для полного цикла измерения 90 c. Значение чувствительности при потребляемой мощности < 150 мВт составило для H2 – 48–64 %, для CO₂ – 32–36 %, для СО – 20–29 %, для С₃H₈ – 68–78 %. Предложен способ контроля чувствительности мультисенсорной микросистемы к концентрации газов CO, H₂ , CO₂ , C₃H₈ , который позволяет проводить измерения за 90 с. В то время как цикл измерения одиночным сенсором в среднем составляет, в режиме импульсного нагрева – 2 мин, в режиме постоянного нагрева – 5 мин. Максимальное значение потребляемой мощности микросистемы составило не более 150 мВт. C помощью микросистем можно проводить измерения более низких концентраций детектируемых газов.

1. Романова, И. Высокочувствительные датчики газа. Новинки от Figaro Engineering / И. Романова // Электроника. Наука. Технология. Бизнес. – 2011. – № 1. – С. 64–70.

2. Morrison, S.R. Selectivity in semiconductor gas sensors / S.R. Morrison // Sensor & Actuator. – 1997. – No. 12. – Р. 425–440.

3. Yamazoe, N. Toward innovations of gas sensor technology / N. Yamazoe // Sensors and Actuators B. – 2005. – Vol. 108. – Р. 2–14.

4. Szychowska, A. Investigation of CO oxidation by NO with application of semiconductor gas sensors / A. Szychowska [et al.] // Polish J. of Environ. Stud. – 2008. – Vol. 17, no. 3. – P. 421–425.

5. Румянцева, М.Н. Влияние микроструктуры полупроводниковых сенсорных материалов на хемосорбцию кислорода на их поверхности / М.Н. Румянцева, Е.А. Макеева, А.М. Гаськов // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. – 2008. – Т. LII, № 2. – С. 122–129.

6. Васильев, А. Газовые сенсоры для пожарных извещателей / А. Васильев, И. Олихов, А. Соколов // Электроника: НТБ. – 2005. – № 2. – C. 24–27.

7. Покаташкин, В.И. Применение тонкопленочных полупроводниковых газовых NiO-сенсоров в озонометрии / В.И. Покаташкин [и др.] // Вестник БГУ. – Сер. 1. – 2008. – № 2. – С. 38–42.

8. Фёдоров, А.В. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара / А.В. Фёдоров [и др.] : монография. – М. : Академия ГПС МЧС России. – 2009. – 158 с.

9. Елисеев, М.А. Бизнес и безопасность. Системы сверхраннего обнаружения пожара / М.А. Елисеев // Системы безопасности. – 2003. – № 2 (50). – С. 145–148.

10. Кнеллер, В.Ю. Датчики для контроля окружающей среды: потребности, технологии, рынок / В.Ю. Кнеллер // Датчики и системы. – № 8. – 2005. – C. 54–69.

11. Stankova, M. Sensitivity and selectivity improvement of rf sputtered WO3 microhotplate gas sensors / M. Stankova [et al.] // Sens. Actuators B, Chem. – 2006. –Vol. 113. – P. 241–248.

12. Реутская, О.Г. Четырехсенсорная газовая микросистема на подложке из пористого анодного оксида алюминия: конструкция, технология, моделирование / О.Г. Реутская, Е.А. Белогуров, И.А. Таратын, В.В. Хатько // Приборы и методы измерений. – 2013. – Т. 7, № 2. – С. 47–51.

13. Микросенсорная газовая система для определения концентрации газов в окружающей среде : патент 20011 Респ. Беларусь, МПК (2006.01) G 01N27/00. № а 20130836; опубл. 30.04.2016 / О.Г. Реутская, И.А. Таратын, И.В. Сафрошкина //Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлекуал. уласнасцi. – 2016. – № 2. – С. 109.