气敏裸片动态性能参数测试系统研制

论文摘要

气体传感器在投入应用之前对其性能指标进行检测是气体传感器研制过程中必不可少的步骤。半导体气体传感器的裸片简称为气敏裸片,是按照特定制备工艺进行初步加工但未经封装的敏感体,是半导体气体传感器的半成品。虽然没有经过最后封装,但是气敏裸片已经具备了气体传感器的各种基本特性。对气敏裸片进行性能测试,可以有效的控制传感器研发成本,提高成品率,有力的推动气体传感器的产业化进程。但是多年来,气敏裸片测试设备研制一直没有得到足够的重视。目前,国内外尚无技术较为成熟的该类测试设备,市场基本处于空白状态。本文结合课题研究和实际应用的需要,以气敏裸片为研究对象,研制了一套气敏裸片动态性能参数测试系统。本测试系统选用MSP430单片机作为I/O和控制模块的核心器件;采用质量流量控制器控制气体流量;采用智能仪表控制传感器加热炉的温度;采用Modbus通信协议作为单片机与计算机之间的通信协议;以MCGS组态软件为监控系统软件开发平台,利用其驱动程序和硬件资源,实现了气敏裸片性能的动态测试、数据采集与数据分析的分离以及测试系统的虚拟化。本测试系统具有工作环境模拟、检测、数据采集、数据分析与数据管理等功能,有效得解决了气敏裸片动态测试过程中的实际问题,为组建类似的测试系统提供了可供借鉴的方法和系统构架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题相关领域发展状况
• 1.2.1 气体传感器概述
• 1.2.2 气体传感器测试技术发展现状
• 1.2.3 单片机技术应用现状
• 1.2.4 虚拟仪器发展现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 第2章 测试系统的总体设计
• 2.1 半导体气体传感器
• 2.1.1 分类及工作原理
• 2.1.2 性能参数
• 2.1.3 测量原理
• 2.2 系统功能
• 2.3 系统整体设计方案
• 2.3.1 测量电路设计方案
• 2.3.2 流量和温度控制模块设计方案
• 2.3.3 通信接口及通信协议选择
• 2.3.4 系统软件设计方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 测试系统硬件设计与固件编程
• 3.1 测量电路设计
• 3.1.1 信号采集电路设计
• 3.1.2 流量控制信号发生电路设计
• 3.2 流量控制模块与温度控制模块
• 3.2.1 流量控制模块
• 3.2.2 温度控制模块
• 3.3 单片机系统设计
• 3.3.1 MSP430单片机简介
• 3.3.2 单片机功能模块使用与端口分配
• 3.3.3 串行接口设计
• 3.4 固件编程
• 3.4.1 主控制程序编写
• 3.4.2 串口中断服务程序编写
• 3.5 本章小结
• 第4章 测试系统软件设计
• 4.1 MCGS组态软件简介
• 4.1.1 MCGS组态软件主要特点和基本功能
• 4.1.2 MCGS组态软件系统构成
• 4.1.3 MCGS组态软件组建工程过程
• 4.2 需求分析
• 4.3 监控软件组态
• 4.3.1 实时数据库构造
• 4.3.2 虚拟面板设计
• 4.3.3 设备窗口组态
• 4.3.4 运行策略编码
• 4.4 工程测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 误差分析
• 5.1 误差分析
• 5.1.1 数学模型
• 5.1.2 误差来源
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢