Магистерская диссертация на тему: Разработка сенсора поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки

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.

Оглавление

- Введение 3

- Литературный обзор

- Основные принципы конструирования ПАВ сенсоров

- Некоторые задачи, решаемые ПАВ сенсорами

- Конструкция экспериментальной ячейки

- Описание приборов и материалов

- Сопряжение частотомера с ЭВМ

- Особенности задачи

- Постановка задачи сопряжения

- Преобразование уровня

- Преобразование кода

- Параллельные порты вводавывода. 53

- Прерывания

- Последовательный порт вводавывода 57

- Разработка программного обеспечения устройства сопряжения

- Математическое моделирование

- Экспериментальные результаты

- Экономическая часть

- Техника безопасности

- Выводы 85

- Список использованных источников 86

Заключение

За время выполнения магистерской работы было выполнено следующее:

Проработан необходимый объем теоретического материала для конкретизации задач диссертации.

Доказана необходимость повышения автоматизации экспериментальной установки для более эффективной исследовательской работы и повышения точности получаемых результатов.

Разработана схема сопряжения установки с персональной ЭВМ и разработана схема устройства сопряжения.

Разработан алгоритм и отлажена программа, обслуживающая данное устройство сопряжения.

Разработан алгоритм и написана программа, позволяющая обрабатывать поступающую с экспериментальной установки информацию.

Список литературы

1. Беспалов А. Е., Соборовер Э. И., Швандеров А. Ф. "Исследования сенсорных свойств чувствительного элемента на поверхностно-акустических волнах" // Вестник Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского. Сер. "Физика твердого тела" 1999г.

2. Соборовер Э. И., Швандеров А. Ф. "Возможности сенсора на ПАВ в контроле параметров газовых сред" // В. Сб.: Материалы XII научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов / под ред. проф. Азарова В. Н. М.: МГИЭМ 1999г.

3. Wohltjen Н., Dessy R. "Surface acoustic wave probe for chemical analysis." // Anal. Chem. 1979 V. 51 #9 Р. 1458-1464.

4. Snow А., Wohltjen Н. "Poly(ethylene maleate)-cyclopentadiene: а model reactive polymer-vapour system for evaluation оf а SAW microsensor." // Anal. Chem., 1984, V. 56, #8, Р. 1411-1416.

5. Benes Е., Groschl М., Seifert F., Pohl А. "Comparison between BAW and SAW sensors." // 1997 IEEE International Frequency Control Symposium.

6. Rapp М., Stier S., Ache Н. "Classificatiоn оf odours and spoiling detectiоn оf food with analytical microsystem based оn SAW devices" // Pittcon'96, Chicago, March 3-8 1996: Book abstr-Chicago (|||), 1996, Р. 947.

7. Hayt А. Е., Ricco А. J., Iang Н.L., Crooks R. Н. "Speciation оf linear and branched hydrocarbons by fluorinated polyamin film-based SAW sensor" // JACS, 1995, V. 117, #33, Р. 8672-3

8. Mitsud J., Mog L. "Procedes еt apparells dе detection des substances odorantes еt applications" // ALPHA М.О.S. # 9311291, 17.09.93. оn 24.03.95.

11. Joshua J. Caron, Reichl В. Haskell, Derek G. Libby, Carl J. Freeman and John F. Vetelino "А surface acoustic wave mercury vapor sensor" 1997 IEEE International frequency control symposium.

12. R. Andrew McGuill, Douglas В. Chrisey, Todd Е. Mlsha, Jennifer L. Stepnowski, Russel Chung & Nector Cobal. "Performance optimization оf surface acoustic wave chemical sensors" 1997 IEEE International frequency control symposium.

13. Н. Wohltjen, N. L. Jarvis, А. Snow, W. Barger, J. Guiliani, D. Dominiques. "Chemical microsensors for vapour detection".

15. Wohltjen N., Davis N., Busey В., Klusty М., Soling R., McKeee // Pittsburgh Conf. Anal. Chem. Chem and Appl. Specrtosc. Orlando, Flaa, March 7 - 12, 199 PITTCON'99: Book Abstr - [Orlando (Fla)]. 1990 - С722.

16. Р. Джордейн "Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM РС, XТ и АТ". Перевод с английского. Москва. "Финансы и статистика" 1992 г.

17. Бочков С. О., Субботин Д. М. "Язык программирования СИ для персонального компьютера". Под общей редакцией канд. техн. Наук, доцента П. И. Садчикова. Москва СП "Диалог" "Радио и связь". 1990 г.

18. П. Нортон, Р. Уилтон "IBM РС и РS/2 руководство по программированию". Перевод с английского. Москва "Радио и связь" 1994 г.

19. П. Абель "Язык ассемблера для IBM РС и программирования". Перевод с английского. Москва. Высшая школа. 1992 г.

20. А. А. Шульга, Б. К. Зуев, В. В. Лонцов "Цеолитосодержащие чувствительные покрытия для газовых химических сенсоров на поверхностно акустических волнах" 1999г.

21. Павлов К. Ф., Романков Н. Г., Носков А. А. "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов" Л.: Химия, 1987.

22. Д. П. Никитин, Ю. В. Новиков "Окружающая среда" Москва. "Высшая школа" 1980г.