氧化鈦濕敏元件建模及其優(yōu)化方法研究.pdf

1、實驗選擇高離子場強(qiáng)度的稀土離子摻雜純氧化鈦及其復(fù)合陶瓷,利用溶膠-凝膠法和燒結(jié)法在帶電極的陶瓷基片上制作多孔厚膜以及薄膜,獲得用于濕度測量的濕敏元件。通過前期工作證明:500℃燒結(jié)得到的純TiO2薄膜感濕性能較好。為了能夠更好的研究濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和性能,首先必須對濕敏元件建模。課題采用復(fù)阻抗法建立濕敏元件的電路模型。每一種確定的電路模型均存在與之相對應(yīng)的復(fù)阻抗曲線,利用origin繪圖軟件繪制出實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的復(fù)阻抗特性曲線圖,通過比對

2、實驗數(shù)據(jù)得到的復(fù)阻抗曲線與理想電路模型對應(yīng)的復(fù)阻抗曲線,從而找出特性最為接近的曲線所對應(yīng)的電路模型。結(jié)果表明,氧化鈦濕敏元件的復(fù)阻抗曲線是由一個或兩個半圓組成,或者其中的部分圖形組成,可以等效為三個電阻和兩個電容通過串-并聯(lián)的方式組合而成的電路。然后,利用VB編程語言編寫等效電路分析系統(tǒng),通過試湊的方法,分析等效電路的可行性,并通過改變各個參數(shù)值,分析出了各個參數(shù)對復(fù)阻抗曲線的影響:其中電阻分別改變曲線與實軸的坐標(biāo)和曲線中圓弧的大小,電

3、容改變曲線中圓弧的存在形式。優(yōu)化方面采用兩種方法。首先,用阻抗分析軟件Zsimpwin,依據(jù)建立的等效電路模型,對氧化鈦濕敏元件在不同濕度下的復(fù)阻抗測試結(jié)果進(jìn)行擬合處理,并得出等效電路的有關(guān)參數(shù);然后,通過matlab語言編程,嘗試將最優(yōu)化方法之一的“遺傳算法”用于復(fù)阻抗數(shù)據(jù)擬合處理中,并對算法進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。同時,采用迭代方法計算出了等效電路的參數(shù)值。結(jié)果證明,改進(jìn)的遺傳算法應(yīng)用于復(fù)阻抗數(shù)據(jù)擬合中是可行的,所確立的等效電路模型是正確