电子鼻传感器的原理与应用

　　声表面波(SAW)传感器与QCM传感器的主要区别为：(1)瑞利波是经SAW的表面运行，不是像QCM一样通过其体内；(2)SAW传感器工作频率更高，因此可产生更大的频率变化。QCM的典型工作频率仅是10MHz，而SAW器件则在几百MHz；(4)由于SAW是平面器件，所以可用微电子工业普遍采用的光刻技术来制造，而不像QCM那样需要微电子机械系统(MEMS)进行三维处理，因此批量生产的成本更低。但是，SAW传感器的信噪比逊于QCM传感器，因此在许多情况下，前者的灵敏度要低于后者。
　　电子鼻传感器的第三大类是金属氧化硅场效应管传感器(MOSFET)。其工作原理是：VOC与催化金属材料相接触所生成的反应产物(如氢)会扩散通过MOSFET的控制极来改变器件的导电物性。如图3所示，典型的MOSFET结构有一个P型衬底和在衬底上扩散的两个掺杂浓度很高的N型区，两个N区的金属触点分别称为源极和漏极。器件的灵敏度和选择性可通过改变金属接触剂的类型和厚度以及改变工作温度来改变。MOSFET的优点之一是可依托IC制造工艺，批量生产、质量稳定，主要问题是接触反应产物(如氢)必须渗入催化金属涂层来影响沟道中的电荷，这就对芯片的密闭封装方式提出了更苛刻的要求。MOSFET与导电性传感器一样，也存在基准值漂移问题。

　　第四类实用的气味传感器是光纤传感器。它对气体化合物的响应形式是光谱色彩发生变化。如图4所示，这种传感器的主干部分是玻璃纤维，在玻璃纤维的各面敷有很薄的化学活性材料涂层。化学活性材料涂层是固定在有机聚合物矩阵中的荧光染料，当与VOC接触时，来自外部光源的单频或窄频带光脉冲沿光纤传播并激励活性材料，使其与VOC相互作用反应。这种反应改变了染料的极性，从而改变了荧光发射光谱。只要对许多敷有不同染料混合物的光纤器件构成的传感器阵列产生的光谱变化进行检测分析，就可以确定对应的气体化合物成分。光纤传感器有很强的抗噪能力和极高的灵敏度，其灵敏度单位以ppb(十亿分率)计，这是其它电子鼻传感器类型所远不及的。目前光纤传感器的主要缺点是：(1)其设备控制系统较复杂，成本较高，(2)荧光染料受白光化作用影响，使用寿命有限。