感测系统和方法技术方案

传感器系统包括感测元件，感测元件具有感测材料和电极，电极被配置成以不同频率向感测材料施加电刺激。所述系统包括检测器电路，检测器电路被配置成通过在感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中以所述不同频率中的一个或多个频率测量感测元件的阻抗来检测和量化至少一种分析物气体。检测器电路控制下列中的一者或多者：感测材料对至少一种分析物气体的低检测范围、感测材料对至少一种分析物气体的高检测范围、感测材料对至少一种分析物气体的响应线性度、由感测材料对至少一种分析物气体的测量的动态范围、或由感测材料对一种或多种干扰气体的排斥性。

Sensing system and method

The sensor system includes a sensing element having a sensing material and an electrode configured to apply electrical stimulation to the sensing material at different frequencies. The system includes a detector circuit configured to detect and quantify at least one analyte gas by measuring the impedance of the sensing element at one or more frequencies during the exposure of the sensing material to at least one analyte gas. The detector circuit controls one or more of the following: the low detection range of the sensing material for at least one analyte gas, the high detection range of the sensing material for at least one analyte gas, the linearity of the response of the sensing material to at least one analyte gas, the dynamic range of the sensing material for at least one analyte gas, or the dynamic range of the sensing material for one or more analyte gases. Disturbing the repulsion of gases.

【技术实现步骤摘要】
感测系统和方法
公开了一个或多个实施例，所述一个或多个实施例涉及用于感测气体中的分析物的系统和方法。
技术介绍
用于检测工业流体(诸如工业气体)的一些已知传感器是非选择性设备，这些非选择性设备展现出显著的跨气体灵敏度并且因此展现出低气体选择性。非选择性的常规传感器的这种限制的起源在于对传感器选择性相对于可逆性的相互矛盾的要求。传感器响应的完全且快速的可逆性经由正被感测的分析物气体与传感器的感测膜或材料之间的弱相互作用来实现，而传感器响应的高选择性经由所述分析物气体与所述感测材料之间的强相互作用来实现。通常，当用阻抗分析器在多个频率或在离散频率执行测量时，通过传感器电路的电阻和电容性质来管理阻抗分析器的选择。为了测量传感器电阻和传感器电容的气体诱发的改变，阻抗分析器需要具有与传感器的RC常数匹配的频率响应。然而，匹配能力在低功率、小形状因子以及低成本的阻抗分析器产品中往往是不可获得的。
技术实现思路
在一个实施例中，一种传感器系统包括感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极，所述电极被配置成在不同频率向所述感测材料施加电刺激。所述系统包括检测器电路，所述检测器电路被配置成通过在所述感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中在所述不同频率中的一个或多个频率测量所述感测元件的阻抗来检测和量化所述至少一种分析物气体。所述检测器被配置成控制下列中的一者或多者：所述感测材料对至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一种分析物气体的测量的动态范围、或由所述感测材料对一种或多种干扰气体的排斥性。在一个实施例中，一种方法包括：用传感器系统在不同频率施加电刺激，所述传感器系统包括感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极。所述方法包括：在所述感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中在所述不同频率中的一个或多个频率用检测器电路测量所述感测元件的阻抗，其中所述检测器电路被配置成检测和量化所述至少一种分析物气体。所述方法包括：用所述检测器电路控制下列中的一者或多者：所述感测材料对所述至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一种分析物气体的测量的动态范围、或对一种或多种干扰气体的排斥性。在一个实施例中，一种传感器系统包括感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极，所述电极被配置成在不同频率向所述感测材料施加电刺激。所述系统包括检测器电路，检测器电路被配置成通过在感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中在所述不同频率中的一个或多个频率测量感测元件的阻抗来检测和量化至少一种分析物气体。所述检测器电路包括至少一个无源电气部件，所述至少一个无源电气部件被配置成控制所述感测材料的介电弛豫区。所述检测器电路被配置成控制下列中的一者或多者：所述感测材料对所述至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一种分析物气体的测量的动态范围、或由所述感测材料对一种或多种干扰气体的排斥性。在一个实施例中，一种方法包括：确定阻抗气体传感器的阻抗的依赖频率的值，其中所述传感器包括电极和感测区电路，所述感测区电路具有感测材料。所述电极被配置成在不同频率向所述感测材料施加电刺激。所述方法还包括：确定所述阻抗气体传感器的阻抗的弛豫区和/或确定所述阻抗气体传感器的阻抗的虚部的弛豫区的弛豫峰的位置，以及通过将所述阻抗气体传感器的所述感测材料暴露于第一类型气体并暴露于第二类型气体来感测所述第二类型气体中的所述第一类型气体，以及在所述阻抗气体传感器的所述虚部的所述弛豫区的所述弛豫峰附近的至少一个频率向所述感测材料施加所述电刺激以在所述第一类型气体和所述第二类型气体之间进行分辨、改善所述第一类型气体的低检测范围、改善所述第一类型气体的响应线性度、并且减少对所述第二类型气体的响应。在一个实施例中，一种系统包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成确定阻抗气体传感器的阻抗的依赖频率的值，其中所述传感器包括电极和感测区电路，所述感测区电路具有感测材料。所述电极被配置成在不同频率向所述感测材料施加电刺激。所述一个或多个处理器被配置成确定所述阻抗气体传感器的阻抗的弛豫区和/或确定所述阻抗气体传感器的阻抗的虚部的弛豫区的弛豫峰的位置，所述一个或多个处理器还被配置成通过将所述阻抗气体传感器的所述感测材料暴露于第一类型气体并暴露于第二类型气体来检测所述第二类型气体中的所述第一类型气体，以及在所述阻抗气体传感器的所述虚部的所述弛豫区的所述弛豫峰附近的至少一个频率向所述感测材料施加所述电刺激以在所述第一类型气体和所述第二类型气体之间进行分辨、改善所述第一类型气体的低检测范围、改善所述第一类型气体的响应线性度、并且减少对所述第二类型气体的响应。在一个实施例中，一种方法包括：通过将阻抗气体传感器的金属氧化物感测材料暴露于第一类型气体并暴露于第二类型气体来感测所述第二类型气体中的所述第一类型气体，在所述阻抗气体传感器的虚部的弛豫区的弛豫峰附近的至少一个频率向所述感测材料施加电刺激，以及在所述第一类型气体和所述第二类型气体之间进行分辨或改善所述第一类型气体的低检测范围、或改善所述第一类型气体的响应线性度、或减少对所述第二类型气体的响应。附图说明图1示出了根据一个示例的常规金属氧化物半导体(MOS)传感器的操作；图2示出了在对数－对数图尺上呈现的电阻测量MOS传感器在暴露于不同浓度的甲烷过程中的常规响应；图3示出了在线性－线性图尺上呈现的电阻测量MOS传感器在暴露于不同浓度的甲烷过程中的常规响应；图4示出了根据一个或多个实施例的传感器系统；图5A示出了根据一个或多个实施例的用于至少一种分析物气体的检测和量化的图4中所示的传感器系统的一个示例；图5B示出了根据一个或多个实施例的用于至少一种分析物气体的检测和量化的图5A的传感器系统的示意图的一个示例；图6示出了根据一个或多个实施例的图4中所示的传感器系统的感测元件的另一示例；图7示出了根据本文所描述的创造性主题的一个实施例的图4-6中所示的传感器的感测材料的阻抗测量结果；图8示出了根据一个或多个实施例的用于使用感测元件来检测和量化样本中的一种或多种分析物的方法的一个实施例的流程图；图9示出了根据多个示例的图4至6中所示的传感器系统在感测元件暴露于样本的过程中的阻抗谱；图10示出了根据一个或多个实施例的图8的阻抗谱的拐点频率相对于选择性地耦合到图4至6中所示的传感器系统的无源电气部件的电容值的曲线图；图11示出了根据一个或多个实施例的图4至6中所示的传感器系统在传感器系统的感测元件暴露于不同样本的过程中的阻抗谱，其中感测元件具有变化的电容值；图12示出了根据不同示例的图4至6中所示的传感器系统在频率响应范围在传感器系统的感测元件暴露于不同样本的过程中的阻抗谱，其中感测元件具有恒定的电容值；图13示出了根据一个或多个实施例的根据图12中所示的示例的传感器系统的感测元件的测得阻抗的虚部，其中感测元件具有恒定的电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器系统，包括：感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极，所述电极被配置成以不同频率向所述感测材料施加电刺激；以及检测器电路，所述检测器电路被配置成通过在所述感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中以所述不同频率中的一个或多个频率测量所述感测元件的阻抗来检测和量化所述至少一种分析物气体，其中所述检测器电路被配置成控制下列中的一者或多者：所述感测材料对至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一种分析物气体的测量的动态范围、或由所述感测材料对一种或多种干扰气体的排斥性。

【技术特征摘要】
1.一种传感器系统，包括：感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极，所述电极被配置成以不同频率向所述感测材料施加电刺激；以及检测器电路，所述检测器电路被配置成通过在所述感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中以所述不同频率中的一个或多个频率测量所述感测元件的阻抗来检测和量化所述至少一种分析物气体，其中所述检测器电路被配置成控制下列中的一者或多者：所述感测材料对至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一种分析物气体的测量的动态范围、或由所述感测材料对一种或多种干扰气体的排斥性。2.如权利要求1所述的系统，其中所述检测器电路被配置成以所述一个或多个频率测量所述感测元件的所述阻抗，其中所述一个或多个频率在所述感测元件的介电弛豫区内。3.如权利要求2所述的系统，其中所述检测器电路与阻抗分析器电路整体地耦合。4.一种方法，包括：用传感器系统以不同频率施加电刺激，所述传感器系统包括感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极，在所述感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中以所述不同频率中的一个或多个频率用检测器电路测量所述感测元件的阻抗，其中所述检测器电路被配置成检测和量化所述至少一种分析物气体；以及用所述检测器电路控制下列中的一者或多者：所述感测材料对所述至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一种分析物气体的测量的动态范围、或由所述感测材料对一种或多种干扰气体的排斥性。5.一种传感器系统，包括：感测元件，所述感测元件包括感测材料和电极，所述电极被配置成以不同频率向所述感测材料施加电刺激；以及检测器电路，所述检测器电路被配置成通过在所述感测材料暴露于至少一种分析物气体的过程中以所述不同频率中的一个或多个频率测量所述感测元件的阻抗来检测和量化所述至少一种分析物气体，所述检测器电路包括至少一个无源电气部件，所述至少一个无源电气部件被配置成控制所述感测元件的介电弛豫区；其中所述检测器电路被配置成控制下列中的一者或多者：所述感测材料对所述至少一种分析物气体的低检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的高检测范围、所述感测材料对所述至少一种分析物气体的响应线性度、由所述感测材料对所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·波蒂赖洛，李下蹊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US