骤2)构建的不同极间距的m组碳纳米管三电极气体传感器阵列分组进行检测，获得各被测 气体样本的气体放电离子流值；
[0038] 4)建立传感器阵列的极间距及其对应气体检测结果数据库
[0039] 用所有m组碳纳米管三电极气体传感器阵列中各组成传感器的dn和di2、检测气 体样本获得的气体放电离子流值以及被测气体的浓度建立极间距及其对应气体检测结果 数据库；
[0040] 5)建立被测气体浓度定量分析模型
[0041] 采用支持向量机法，以步骤4)所建立数据库中被测气体放电离子流值为输入，以 其对应气体浓度为输出，建立被测气体浓度定量分析模型；
[0042] 6)优化传感器阵列中各组成传感器的极间距
[0043] 采用由步骤5)建立的被测气体浓度定量分析模型对所有被测气体样本的气体浓 度进行分析，获得被测气体的检测浓度；将被测气体的检测浓度与其对应的实际浓度求差 值，再除以被测气体的实际浓度，获得检测该气体的相对误差；采用粒子群优化算法，以被 测气体检测的相对误差最小为目标，对由步骤2)构建的m组碳纳米管三电极气体传感器阵 列中各组成传感器的dn和di2进行优化选择，最终获得检测该气体的碳纳米管三电极气体 传感器阵列中各传感器的最佳极间距。
[0044] 对于单组分被测气体，可以选用多个不同极间距的单个碳纳米管三电极气体传感 器对多种不同浓度的该种气体样本进行检测，检测误差最小的碳纳米管三电极气体传感器 对应的极间距为最适合该气体检测的极间距；也可以采用多个碳纳米管三电极气体传感器 构成传感器阵列，分组对多种不同浓度的该种气体样本进行检测，检测误差最小的碳纳米 管三电极气体传感器对应的极间距为最适合该气体检测的极间距。
[0045] 对多组分混合气体，需要构建传感器阵列进行检测，一般情况下，有几种组分构成 混合气体，就需要用大于等于混合气体组分数量的碳纳米管三电极气体传感器构成传感器 阵列。实施例仅以一氧化氮（NO)和二氧化硫（S02)的混合气体为例进行说明，混合气体的 组分数量可以扩展。
[0046] 如图1所示，碳纳米管三电极气体传感器阵列的极间距优化方法采用以下步骤：
[0047] 1)设计极间距
[0048] 由2个传感器构成的传感器阵列中，设其中第1个传感器第一电极与第二电极的 极间距为dn、第二电极与第三电极的极间距为d12;第2个传感器第一电极与第二电极的极 间距为d21、第二电极与第三电极的极间距为d22，对每个传感器的两个极间距有等间距和不 等间距两种情况：
[0049] 等间距：即组成传感器阵列的单个传感器的两个极间距相等，dn、d12、d21及d22从 50ym开始以步长 30ym递增，形成 50ym、80ym、110ym、140ym、170ym、200ym、230ym、 250ym共计8个极间距。
[0050] 不等间距：即组成传感器阵列的单个传感器的两个极间距不相等，如dn从50ym 开始以步长 30ym递增，形成 50ym、80ym、110ym、140ym、170ym、200ym、230ym、 250ym共计8个dn值；d12也从50ym开始以步长30ym递增，同样形成50ym、80ym、 110ym、140ym、170ym、200ym、230ym、250ym共计 8 个d12值；理论上，当dn、di2取上述 不同的值进行组合时，可能的组合共有56种，其中，i= 1，2。
[0051] 对单个传感器来说，上述等间距和不等间距可形成共64种不同的极间距组合。
[0052] 2)构建由不同极间距传感器组成的传感器阵列
[0053] 针对NO和502的混合气体，选定传感器个数为2,根据现有实验经验，从步骤1)设 计的极间距中，选取6对不同的dn和di2的组合，构建6组由2个传感器组成的碳纳米管三 电极气体传感器阵列，其中，dn与di2的组合见表1 :
[0054] 表16组传感器阵列不同极间距的组合
【主权项】
1. 碳纳米管三电极气体传感器的极间距优化方法，对碳纳米管三电极气体传感器的第 一电极与第二电极、第二电极与第三电极的极间距进行优化，所述碳纳米管三电极气体传 感器的第一电极内表面分布碳纳米管薄膜基底，第二电极为设有引出孔的引出极极板，第 三电极为收集极，三个电极由绝缘支柱相互隔离，三个电极中相邻两电极的极间距范围为 50 y m?250 y m，其特征在于采用以下优化步骤： 1) 设计极间距 由n个碳纳米管三电极气体传感器构成的传感器阵列中，第i个传感器的第一电极与 第二电极的极间距为dn，第二电极与第三电极的极间距为di2，其中，i = 1，2，……，n，当 n为1时，则指单个碳纳米管三电极气体传感器，每一个传感器的dn和di2有等间距和不等 间距两种情况： 等间距：dn与d i2相等，d n或d i2从50 ym开始以步长S递增，直到d n或d i2大于等于 250 y m，S为0 y m-200 y m之间的任意整数； 不等间距：dn与di2不相等，dn从50 ym开始以步长Si递增，直到dn大于等于250 ym， di2从50 y m开始以步长S 2递增，直到d i2大于等于250 y m，S JP S 2均为0 y m-200 y m之间 的任意整数，当dn取前述数值中的一个值时，d i2取与d n不同的值； 2) 构建由不同极间距传感器组成的传感器阵列 针对单组分被测气体或由R种组分构成的混合气体，选定传感器个数n，n多R，采用步 骤1)中设计的极间距，分别构建m组n个不同等间距和不等间距的碳纳米管三电极气体传 感器，形成m组不同极间距的碳纳米管三电极气体传感器阵列，m组传感器阵列中所有传感 器的d n和d i2是步骤1)中设计极间距所有可能的穷举或依据经验的选择； 3) 用已构建传感器阵列对已知浓度气体进行浓度检测 采用标准气体制备多种不同浓度的单组分气体或多组分混合气体样本，采用由步骤2) 构建的不同极间距的m组碳纳米管三电极气体传感器阵列分组进行检测，获得各被测气体 样本的气体放电离子流值； 4) 建立传感器阵列的极间距及其对应气体检测结果数据库 用所有m组碳纳米管三电极气体传感器阵列中各组成传感器的dn和d i2、检测气体样 本获得的气体放电离子流值以及被测气体的浓度建立极间距及其对应气体检测结果数据 库； 5) 建立被测气体浓度定量分析模型 采用支持向量机法，以步骤4)所建立数据库中被测气体放电离子流值为输入，以其对 应气体浓度为输出，建立被测气体浓度定量分析模型； 6) 优化传感器阵列中各组成传感器的极间距 采用由步骤5)建立的被测气体浓度定量分析模型对所有被测气体样本的气体浓度进 行分析，获得被测气体的检测浓度；将被测气体的检测浓度与其对应的实际浓度求差值，再 除以被测气体的实际浓度，获得检测该气体的相对误差；采用粒子群优化算法，以被测气体 检测的相对误差最小为目标，对由步骤2)构建的m组碳纳米管三电极气体传感器阵列中各 组成传感器的d n和di2进行优化选择，最终获得检测该气体的碳纳米管三电极气体传感器 阵列中各传感器的最佳极间距。
2. 根据权利要求1所述的碳纳米管三电极气体传感器的极间距优化方法，其特征在 于：碳纳米管三电极气体传感器可替换为碳纳米管三电极温度传感器或碳纳米管三电极湿 度传感器，用于检测温度或湿度。
【专利摘要】本发明公开了一种碳纳米管三电极气体传感器的极间距优化方法，对碳纳米管三电极气体传感器的第一电极与第二电极、第二电极与第三电极的极间距进行优化。该方法通过设计极间距、构建由不同极间距传感器组成的传感器阵列、用已构建传感器阵列对已知浓度气体进行浓度检测、建立传感器阵列的极间距及其对应气体检测结果数据库、建立被测气体浓度定量分析模型、以及优化传感器阵列中各组成传感器的极间距等步骤，可有效获得针对不同检测气体所对应单个传感器的最佳极间距，和针对混合气体所对应传感器阵列中各组成传感器的最佳极间距，从而得到更高的检测灵敏度。
【IPC分类】G01N27-70, G01K7-40
【公开号】CN104614437
【申请号】CN201510081873
【发明人】郝惠敏, 张勇
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月15日