一种确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定MEMS甲烷传感器的最佳工作电流的方法，包括如下步骤：设定电流源对MEMS甲烷传感器供电的起始电流、步进电流、终止电流，扫描测量得到的I‑V数据，根据欧姆定律得到此次测量的电流‑电阻(I‑R)数据；重复测试，直至出现极大电阻值，记此次测量得到的I‑V数据为完备I‑V数据；寻找所述完备I‑V数据中的最大电压差值，记最大电压差值所对应的电流为最佳工作电流IW。本发明专利技术可以确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流，使其处于最佳工作状态、输出最佳灵敏度，使用的设备简单，步骤明确，易于操作，可靠便捷、速度快、效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流的方法
本专利技术的方法涉及MEMS甲烷传感器，尤其涉及MEMS甲烷传感器的工作状态，即涉及使MEMS甲烷传感器具有良好的灵敏度，采用本专利技术的方法将使MEMS甲烷传感器处于最佳的工作状态、输出灵敏度达到最大，从而实现传感器的性能最优化。
技术介绍
在之前专利技术专利中，基于硅加热器的MEMS甲烷传感器及其制备方法与应用(2014106070934)、全硅MEMS甲烷传感器及瓦斯检测应用和制备方法(2014106070313)、一种MEMS甲烷传感器及其应用和制备方法(201410606852.5)、一种基于单个加热元件的甲烷传感器及其制备方法和应用(2014106059954)提出了本专利技术所述的MEMS甲烷传感器。在实际使用中，需要为MEMS甲烷传感器提供合适的电流，驱动MEMS甲烷传感器工作，其性能尤其是灵敏度与所施加的驱动电流有关，即所处的工作状态有关。亦即，对于MEMS甲烷传感器，在测量气体浓度之前需为其提供一个恰当的驱动电流、使MEMS甲烷传感器处于最佳的工作状态。即为了能产生最大的灵敏度需要确定并施加相应的工作电流，该电流为传感的最佳工作电流。另一方面，批量生产的MEMS甲烷传感器还存在质量一致性问题，MEMS甲烷传感器及其参数性能不可避免的存在差异，因此需要确定各个MEMS甲烷传感器的最佳工作电流，以使每个MEMS甲烷传感器处于最佳工作状态。根据本专利技术的方法可以分析、控制MEMS甲烷传感器的性能指标，从而保证甲烷传感器及甲烷传感器仪表的性能指标，从而为传感器的生产提供性能指标控制规范方面的技术参考。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述批量生产传感器性能的离散性及保证传感器获得最大灵敏度的需求，本专利技术提出一种确定MEMS甲烷传感器工作电流的方法，既一种MEMS甲烷传感器的工作点确定方法，使传感器工作时能产生最大的灵敏度，并可为传感器的生产提供规范参考技术方案：一种确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流的方法，采用MEMS甲烷传感器测量电路实现，该电路包括电流源、电压表、MEMS甲烷传感器和计算机，电流源为MEMS甲烷传感器提供电流、电压表测量MEMS甲烷传感器通以电流之后所产生的电压，所述电压表接线端的“正”端与所述电流源的电流流出端连接MEMS甲烷传感器的一端，所述电压表接线端的“负”端与所述电流源的电流流入端连接MEMS甲烷传感器另一端；电流源与电压表与计算机连接，计算机控制电流源输出电流值的大小同时记录电压表的电压，测量步骤如下：第一步：设定电流源对MEMS甲烷传感器供电的起始电流(IS)、步进电流(IΔ)、终止电流(IE)，终止电流(IE)大于起始电流(IS)，所述终止电流(IE)与起始电流(IS)的差值除以步进电流(IΔ)为电流步进的步数(CS)，电流源从起始电流IS开始以步进电流IΔ步进至终止电流IE的每个电流点的时间长度(t)相同；第二步：电流源从起始电流(IS)开始，以步进电流(IΔ)扫描至终止电流(IE)结束，完成整个阶梯电流扫描为一次测量，电压表测量MEMS甲烷传感器上产生的与每个电流所对应的电压，记录施加第n个电流值In时的电压值Vn，In的大小为IS+nIΔ，其中序号n为从0至CS的整数，首次测量时选择一个数值较小的终止电流(IE)，得到该次测量的电流-电压(I-V)数据；第三步：根据第二步扫描测量得到的I-V数据，根据欧姆定律计算得到每一个电流值(In)所对应的电阻值(Rn)，即得到此次测量的电流-电阻(I-R)数据；第四步：判断I-R数据中的电阻值(Rn)是否随施加的电流值(In)单调增加，如果电阻值(Rn)随电流值(In)单调增加，则增大电流步进的步数即选取一个更大的终止电流(IE)，并重复第二至第三步进行多次测试，相邻两次测量之间的时间间隔不低于1分钟，相邻两次测量之间的时间间隔保持相同，直至电阻值(Rn)不再随电流值(In)增大而是随其减小，即出现极大电阻值，记此次测量得到的I-V数据为完备I-V数据，出现极大电阻值时对应的电流的步数是CS，；第五步：使用第四步中的完备I-V数据，从第1个步进电流开始依次计算每一个步进电流(IΔk)所对应的电压差(VΔk)，电压差(VΔk)的计算方法为计算第k个电流(Ik)时的电压(Vk)与第k-1个电流(Ik-1)时的电压(Vk-1)之间的电压差值，即VΔk＝Vk-Vk-1，此时k从1至CS，取值且k为整数，当k＝1时，Vk-1＝V0为起始电流(IS)对应的电压；第六步：寻找所述完备I-V数据中的最大电压差值(VΔmax)，记最大电压差值(VΔmax)所对应的电流为施加第m个步进电流时所对应的电流(Im＝IS+mIΔ)，选择这一电流(Im)为MEMS甲烷传感器的最佳工作电流IW，即MEMS甲烷传感器处于最佳工作点时所需施加的工作电流为IW，可使其输出的甲烷灵敏度最大。一种确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流的方法，采用MEMS甲烷传感器测量电路实现，该电路包括电流源、电压表、MEMS甲烷传感器和计算机，电流源为MEMS甲烷传感器提供电流、电压表测量MEMS甲烷传感器通以电流之后所产生的电压，所述电压表接线端的“正”端与所述电流源的电流流出端连接MEMS甲烷传感器的一端，所述电压表接线端的“负”端与所述电流源的电流流入端连接MEMS甲烷传感器另一端；电流源与电压表与计算机连接，计算机控制电流源输出电流值的大小同时记录电压表的电压，测量步骤如下：第一步：设定电流源对MEMS甲烷传感器供电的起始电流(IS)、步进电流(IΔ)、终止电流(IE)，终止电流(IE)大于起始电流(IS)，所述终止电流(IE)与起始电流(IS)的差值除以步进电流(IΔ)为电流步进的总步数(CS)，电流源从起始电流IS开始以步进电流(IΔ)步进至终止电流IE的每个电流点的时间长度(t)相同；第二步：电流源从起始电流(IS)开始，以步进电流(IΔ)扫描至终止电流(IE)结束，完成整个阶梯电流扫描为一次测量，电压表测量MEMS甲烷传感器上产生的与每个电流所对应的电压，记录施加第n个电流值In时的电压值Vn，In的大小为IS+nIΔ，其中序号n为从0至CS的整数，首次测量时选择一个数值较小的终止电流(IE)，得到该次测量的电流-电压(I-V)数据；第三步：计算当前轮次I-V数据的电压差(VΔk)，具体为从第1个步进电流开始依次计算每一个步进电流(IΔk)所对应的电压差(VΔk)，所述电压差(VΔk)的计算方法为计算第k个电流(Ik)时的电压(Vk)与第k-1个电流(Ik-1)时的电压(Vk-1)之间的电压差值，VΔk＝V-k-Vk-1，此时k从1至CS取值且k为整数，当k＝1时，Vk-1＝V0为起始电流(IS)所对应的电压；第四步：判断当前轮次I-V数据中的是否随着电流的增大电压差值(VΔk)出现极大值(VΔmax)，如当前轮次I-V数据的电压差值(VΔk)随电流单调增加则增大终止电流，重复第一步至第三步，直至随着电流的增大电压差值(VΔk)出现极大值(VΔmax)为止，记所述极大电压差值(VΔmax)所对应的电流为施加第m个步进电流时所对应的电流(Im＝IS+mIΔ)，并选择这一电流(Im)为MEMS甲烷传感器的最佳工作电流IW本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流的方法，其特征在于，采用MEMS甲烷传感器测量电路实现，该电路包括电流源、电压表、MEMS甲烷传感器和计算机，电流源为MEMS甲烷传感器提供电流、电压表测量MEMS甲烷传感器通以电流之后所产生的电压，所述电压表接线端的“正”端与所述电流源的电流流出端连接MEMS甲烷传感器的一端，所述电压表接线端的“负”端与所述电流源的电流流入端连接MEMS甲烷传感器另一端；电流源与电压表与计算机连接，计算机控制电流源输出电流值的大小同时记录电压表的电压，测量步骤如下：第一步：设定电流源对MEMS甲烷传感器供电的起始电流(IS)、步进电流(IΔ)、终止电流(IE)，终止电流(IE)大于起始电流(IS)，所述终止电流(IE)与起始电流(IS)的差值除以步进电流(IΔ)为电流步进的步数(CS)，电流源从起始电流IS开始以步进电流IΔ步进至终止电流IE的每个电流点的时间长度(t)相同；第二步：电流源从起始电流(IS)开始，以步进电流(IΔ)扫描至终止电流(IE)结束，完成整个阶梯电流扫描为一次测量，电压表测量MEMS甲烷传感器上产生的与每个电流所对应的电压，记录施加第n个电流值I...

【技术特征摘要】
1.一种确定MEMS甲烷传感器最佳工作电流的方法，其特征在于，采用MEMS甲烷传感器测量电路实现，该电路包括电流源、电压表、MEMS甲烷传感器和计算机，电流源为MEMS甲烷传感器提供电流、电压表测量MEMS甲烷传感器通以电流之后所产生的电压，所述电压表接线端的“正”端与所述电流源的电流流出端连接MEMS甲烷传感器的一端，所述电压表接线端的“负”端与所述电流源的电流流入端连接MEMS甲烷传感器另一端；电流源与电压表与计算机连接，计算机控制电流源输出电流值的大小同时记录电压表的电压，测量步骤如下：第一步：设定电流源对MEMS甲烷传感器供电的起始电流(IS)、步进电流(IΔ)、终止电流(IE)，终止电流(IE)大于起始电流(IS)，所述终止电流(IE)与起始电流(IS)的差值除以步进电流(IΔ)为电流步进的步数(CS)，电流源从起始电流IS开始以步进电流IΔ步进至终止电流IE的每个电流点的时间长度(t)相同；第二步：电流源从起始电流(IS)开始，以步进电流(IΔ)扫描至终止电流(IE)结束，完成整个阶梯电流扫描为一次测量，电压表测量MEMS甲烷传感器上产生的与每个电流所对应的电压，记录施加第n个电流值In时的电压值Vn，In的大小为IS+nIΔ，其中序号n为从0至CS的整数，首次测量时选择一个数值较小的终止电流(IE)，得到该次测量的电流-电压(I-V)数据；第三步：根据第二步扫描测量得到的I-V数据，根据欧姆定律计算得到每一个电流值(In)所对应的电阻值(Rn)，即得到此次测量的电流-电阻(I-R)数据；第四步：判断I-R数据中的电阻值(Rn)是否随施加的电流值(In)单调增加，如果电阻值(Rn)随电流值(In)单调增加，则增大电流步进的步数即选取一个更大的终止电流(IE)，并重复第二至第三步进行多次测试，相邻两次测量之间的时间间隔不低于T分钟，相邻两次测量之间的时间间隔保持相同，直至电阻值(Rn)不再随电流值(In)增大而是随其减小，即出现极大电阻值，记此次测量得到的I-V数据为完备I-V数据，出现极大电阻值时对应的电流的步数是CS’；第五步：使用第四步中的完备I-V数据，从第1个步进电流开始依次计算每一个步进电流(IΔk)所对应的电压差(VΔk)，电压差(VΔk)的计算方法为计算第k个电流(Ik)时的电压(Vk)与第k-1个电流(Ik-1)时的电压(Vk-1)之间的电压差值，即VΔk＝Vk-Vk-1，此时k从1至CS’取值且k为整数，当k＝1时，Vk-1为起始电流(IS)所对应的电压；第六步：寻找所述完备I-V数据中的最大电压差值(VΔmax)，记最大电压差值(VΔmax)所对应的电流为施加第m个步进电流时所对应的电流(Im＝IS+mIΔ)，选择这一电流(Im)为MEMS甲烷传感器的最佳工作电流IW，即MEMS甲烷传感器处于最佳工作点时所需施加的工作电流为IW，可使其输出的甲烷灵敏度最大。2.根据权利要求1所述的一种确定MEMS甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：马洪宇，杜亚娜，孔祥林，陈鹏，丁恩杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32