[发明专利]一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置

权利要求书

1.一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，其特征在于，包括呼出气体收集模块、信号发生模块、信号处理模块和模式识别模块；

所述呼出气体收集模块，采用气体交换装置将呼出气体收集在气室中，将气体预热至合适温度，对气体湿度进行检测，已收集的呼出气体送至所述信号发生模块，气体湿度检测信号传递给所述模式识别模块；

所述信号发生模块，具有对气体选择性的半导体气敏传感器阵列，所述气室送来的呼出气体中的敏感气体与所述半导体气敏传感器阵列的气体敏感薄膜发生反应，将所检测敏感气体的浓度信息对应的半导体阻值变化转换为电压信号，将电压信号传递给所述信号处理模块；

所述信号处理模块，对所述电压信号进行放大、滤波处理后，经模数转换为数据信号传递给所述模式识别模块；

所述模式识别模块，使用模式识别方法对所采集数据中的气敏特性信息进行提取，将气敏特性信息进行训练和识别；最终识别出所述敏感气体的种类和浓度；

所述半导体气敏传感器阵列包括呈阵列分布的半导体气敏传感器，以及设置在半导体气敏传感器之间的分压电阻；分压电阻进行电压信号输出，输出的电压信号传递到信号处理模块；分压电阻与半导体气敏传感器的数量对应，各分压电阻分别与对应的电极引线盘和接线盘串联连接，分压电阻两端分别连接到接线盘；

每个半导体气敏传感器上分别涂有不同材料形成的气体敏感薄膜，分别是ZnO、SnO、TiO₂和In₂O₃，所述气体敏感薄膜厚度为450～550nm；选择贵金属或稀土金属对不同材料进行掺杂，所述贵金属包括金、铂或银，所述稀土金属包括铒、镧或镱；掺杂量为半导体气体敏感材料的5％－10％；

对呼出气体中的敏感气体检测精度达100ppb。

2.如权利要求1所述的基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，其特征在于，所述半导体气敏传感器包括硅基底以及设置在硅基底上的电极、加热元件和测温元件，电极、加热元件和测温元件上分别引出有与所述接线盘相连的引线盘；所述电极和加热元件分别通过呈螺旋线状的电极线和加热丝引出至引线盘。

3.如权利要求1所述的基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，其特征在于，半导体气敏传感器阵列可同时检测四种以上敏感气体，利用不同半导体气敏材料对气体选择性不同的特性，其中一个传感器检测的目标气体是其他三个传感器检测的干扰气体，其他三个传感器检测的目标气体是这一个传感器检测的干扰气体，通过模式识别方法，得到准确目标气体浓度的同时补偿干扰气体的检测误差。

4.如权利要求1所述的基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，其特征在于，根据所述呼出气体中的若干VOCs成分的含量来检测所述敏感气体，其中作为生物标志物的VOCs成分包括苯、甲醛、乙烷、戊烷、乙醇、乙醛、乙腈、丙酮或异戊二烯；敏感气体检测可辅助诊断肺癌、哮喘、胃癌、幽门螺旋杆菌感染、糖尿病和神经退行性疾病。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，其特征在于，所述模式识别模块采用人工神经网络算法进行识别。

6.如权利要求5所述的基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，其特征在于，所述模式识别模块对所采集数据中的半导体气体敏感薄膜响应时间、响应灵敏度和响应曲线特征进行提取。