瓦斯传感器的封装改进与检测方法研究

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1、江苏省自然科学基金面上项目（BK2012565）国家科技支撑计划课题（No.2012BAH12B01）资助硕士学位论文瓦斯传感器的封装改进与检测方法研究ResearchonEncapsulationImprovementandDetectionMethodofMethaneSensor作者：王文娟导师：马洪宇副教授中国矿业大学二〇一五年六月中图分类号TP393学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文瓦斯传感器的封装改进与检测方法研究ResearchonEncapsulationImprovementandDetectionMeth

2、odofMethaneSensor作者王文娟导师马洪宇申请学位工学硕士学位培养单位信息与电气工程学院学科专业信息与通信工程研究方向甲烷传感技术答辩委员会主席丁恩杰评阅人二〇一五年六月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢时光荏苒，毕业已至。即将离开培育我的中国矿业大学，离开老师们和同窗三年的同学们，心中诸多不舍，却是更

3、多感激。研究生三年的成长与学习，离不开导师和同学们的帮助。在此，向所有老师和同学们表示由衷的感谢。首先，衷心感谢我的导师马洪宇老师！感谢马老师三年以来的悉心指导、时时点拨、精心把关，为我的学业和论文给予了最为关键的帮助。马老师对专业知识的深入研究、严谨的治学态度和忘我的钻研精神，使我受益匪浅，激励我在今后的人生道路上，始终保持勤奋的学习态度和肯干的务实精神，不断学习。师恩重于山，终将铭记在心。在此，谨向我的导师马洪宇老师致以最衷心的感谢和最诚挚的敬意!感谢丁恩杰老师、王刚老师和赵小虎老师对我的关心和帮助！他们不仅对我的毕业论文提供宝贵的意见和建议

4、，而且总是鼓励我敢于尝试、勇于创新。在此向我的老师们表示深深的敬意和衷心的感谢！感谢在我研究生三年生活中给我帮助的师兄师姐师弟师妹们，谢谢你们对我的包容和支持。同时感谢实验室的薛慧、刘欢、张雷、王存、王桃、乔欣、王龙、李伦、孙志峰、纵鑫等同学，与你们一起共同承担项目的经历，一起度过的美好实验室时光，是我一生的回忆。同时，感谢我挚爱的父母和家人。他们对我无限的爱与支持是我完成学业的动力，也是我不断成长的源泉。此外，对文中所引参考文献的原作者一并表示感谢。最后，衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！摘要瓦斯传感器是感知矿山物联网前端关

5、键性的感知环节，是煤矿井下安全生产监控的一个重要保障。目前，催化燃烧式瓦斯传感器在煤矿井下瓦斯监测中占据主导地位。但是，现有的催化燃烧式瓦斯传感器无法满足感知矿山物联网对传感器低功耗的要求。为了降低催化燃烧式瓦斯传感器的功耗，本文主要从催化燃烧元件的封装改进和检测方法两个方面进行了研究。首先，分析了SiO2气凝胶传热机理与催化燃烧元件的热损耗途径。针对现有催化燃烧元件封装存在的热耗损问题，在传统的TO金属管壳内填充疏水性SiO2气凝胶粉末改进元件的封装结构。研究结果表明，采用疏水性SiO2气凝胶的封装结构后，催化燃烧元件的性能得到改善，其功耗降低

6、约30%。其次，在上述研究结果的基础上。进一步研究了疏水性SiO2气凝胶成型封装对催化燃烧元件性能的影响。本文提出了疏水性SiO2气凝胶的封装成型工艺。该工艺采用疏水性SiO2气凝胶作为前驱体，乙醇作为溶剂，正硅酸乙酯为粘结剂，以合成块体包覆催化燃烧元件。研究分析了影响块体形成的因素，对工艺进行了优化，形成了SiO2气凝胶包覆催化燃烧元件的新结构。测试表明，所制备的疏水性SiO2气凝胶成型封装能降低催化燃烧元件的功耗。最后，提出了催化燃烧式甲烷传感元件的脉冲检测法。为验证脉冲检测方法，本文设计了相关的测试系统。测试结果表明，新型脉冲检测法可以进一

7、步降低催化传感元件的功耗，并且具有很好的线性输出特性。该论文有图45幅，表4个，参考文献69篇关键词：催化燃烧式瓦斯传感器；催化燃烧元件；SiO2气凝胶封装；成型工艺；脉冲供电；IAbstractMethanegassensoristhekeyperceptionlinkoftheperceptionmineIoT,andisoneofthenecessarydevicetoensureasafeworkenvironmentincoalmines.Nowadays,catalyticcombustionmethanesensorsaremain

8、lyandwidelyusedincoalmines.However,itiscannotsatisfytherequirementof