仪表技术与传感器2024,Issue(8) :53-59.

基于共价有机框架材料的QCM二氧化碳气体检测系统

QCM Carbon Dioxide Gas Detection System Based on Covalent Organic Framework Materials

赵利强 向星岩 徐潇依 王刚 陈伟 张彤
仪表技术与传感器2024,Issue(8) :53-59.

基于共价有机框架材料的QCM二氧化碳气体检测系统

QCM Carbon Dioxide Gas Detection System Based on Covalent Organic Framework Materials

赵利强 1向星岩 1徐潇依 2王刚 3陈伟 3张彤2
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作者信息

  • 1. 北京化工大学信息科学与技术学院
  • 2. 吉林大学电子科学与工程学院;吉林大学集成光电子学国家重点实验室
  • 3. 汉威科技集团股份有限公司
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摘要

为了实现人居环境下高精度二氧化碳气体检测,设计了一种基于共价有机框架材料COF-5的石英晶体微天平(QCM)二氧化碳气体传感器及检测系统.分析了QCM质量灵敏度分布原理并进行了有限元仿真分析,利用超声法合成敏感材料,采用滴涂法制备基于金电极的QCM二氧化碳气体传感器,并设计了一种基于FPGA的二氧化碳气体检测系统.实验测试结果表明:开发的二氧化碳气体传感器及检测系统在二氧化碳气体浓度为2 000~5 000 ppm下表现出良好的线性响应,拟合曲线相关系数为0.988,系统灵敏度为0.034 Hz/ppm,响应时间为32 s,恢复时间为20 s,表现出良好的动态响应性能,系统最大绝对误差小于±25 ppm,且系统具有较好的重复性及选择性.

Abstract

In order to achieve high-precision carbon dioxide(CO2)gas detection in indoor environments,a quartz crystal mi-crobalance(QCM)CO2 gas sensor and detection system based on the covalent organic framework material COF-5 were de-signed.The principle of QCM quality sensitivity distribution was analyzed,and a finite element simulation analysis was conduc-ted.Using the ultrasonic method to synthesize the sensitive material,a QCM CO2 gas sensor based on gold electrodes was prepared using the drop-coating method.Additionally,a CO2 gas detection system based on FPGA was designed.Experimental results indi-cate that the developed CO2 gas sensor and detection system exhibit excellent linear response in the concentration range of 2 000~5 000 ppm of CO2,with a correlation coefficient of 0.988 for the fitted curve.The system sensitivity is 0.034 Hz/ppm,response time is 32 seconds,recovery time is 20 seconds,demonstrating excellent dynamic response performance.The system's maximum absolute error is less than±25 ppm,and it possesses good repeatability and selectivity.

关键词

共价有机框架材料/石英晶体微天平/二氧化碳检测/气体传感器/FPGA

Key words

covalent organic framework materials/quartz crystal microbalance/carbon dioxide detection/gas sensor/FPGA

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基金项目

国家重点研发计划项目(2021YFB3200403)

出版年

2024
仪表技术与传感器
沈阳仪表科学研究院

仪表技术与传感器

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.585
ISSN:1002-1841
参考文献量15
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