Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный технический университет
Дзержинский филиал
Кафедра
Автоматизация технологических процессов и производств
Магистерская диссертация
по теме:
Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки.
Выполнил:
магистрант гр. 95-АТПМ-1
Ермаков Е. С.
Зав. кафедрой АТПП:
д.т.н., профессор
Сажин С.Г.
Научный руководитель:
д.т.н., профессор
Сажин С.Г.
г. Дзержинск
2001 г.
Содержание
Содержание 2
Введение 3
Литературный обзор 5
Основные принципы конструирования ПАВ сенсоров 5
Некоторые задачи, решаемые ПАВ сенсорами 11
Конструкция экспериментальной ячейки 18
Описание приборов и материалов 21
Сопряжение частотомера с ЭВМ 35
Особенности задачи 35
Постановка задачи сопряжения 41
Преобразование уровня 43
Преобразование кода 44
Параллельные порты ввода/вывода. 53
Прерывания 56
Последовательный порт ввода/вывода 57
Разработка программного обеспечения устройства сопряжения 64
Математическое моделирование 70
Экспериментальные результаты 78
Экономическая часть 83
Техника безопасности 84
Выводы 85
Список использованных источников 86
Введение
В условиях современности проблема контроля за состоянием окружающей среды выходит на все более ведущее место. Контроль этот осуществляется как стационарными приборами, так и портативными. К стационарным приборам можно отнести инфракрасные спектрометры, газовые хроматографы, массовые спектрометры и некоторые другие. Работа портативных приборов основана на использовании твердотельных преобразователей. Такие преобразователи позволяют осуществлять миниатюризацию приборов, снижать потребляемую ими мощность, а также дают возможность производить их с помощью технологии микроэлектроники, ну а это - качество, надежность и возможность создания многоточечных систем контроля. Разработка такого рода приборов является актуальной проблемой микроэлектроники и автоматики. [1].
Химический твердотельный сенсор представляет собой микроэлектронное устройство, которое преобразует изменение химических свойств среды или состава среды в электрический сигнал [2]. Одним из наиболее перспективных направлений в разработке химических сенсоров является создание устройств на поверхностно-акустических волнах (ПАВ). ПАВ устройства привлекательны для применения в качестве химических микросенсоров в силу своей чувствительности, малого размера и дешевизны изготовления на основе технологии микроэлектроники. Так же преимуществом ПАВ сенсоров является высокая чувствительность скорости распространения поверхностно-акустической волны к любым изменениям свойств поверхностного материала. Это объясняется тем, что чувствительность таких сенсоров растет пропорционально квадрату рабочей частоты прибора, а охватываемый диапазон рабочих частот изменяется от десятков мегагерц до нескольких гигагерц.
Необходимо отметить, что область применения ПАВ сенсоров достаточно широка и разнообразна. Эти приборы также нашли свое применение в качестве датчиков температуры и давления, а, кроме того, дают возможность проводить исследование свойств различных полимерных пленок.
Литературный обзор
Основные принципы конструирования ПАВ сенсоров
В своей основной форме химический микросенсор представляет собой по меньшей мере два элемента: миниатюрная подложка и химически селективное покрытие [10].
Подложка имеет контакт с покрытием и обеспечивает возникновение электрического сигнала, чьи характеристики отражают состояние покрытия.
Покрытие имеет контакт со средой, содержащей химическое вещество, которое должно быть обнаружено. Различия в свойствах покрытия, посредством которых происходят те или иные химические взаимодействия, обеспечивают перенос вещества или энергии через подложку [10].
Возникновение акустической волны достигается использованием ПАВ покрытия, линии задержки и колебательного контура.
При адсорбции чувствительным покрытием определяемых веществ происходит изменение характеристик поверхностно-акустической волны, таких как фазовая скорость, амплитуда и частота. Происходит это вследствие изменения упругих свойств чувствительного слоя и его электропроводности [1]. По этим изменениям можно судить о концентрации примеси в среде.