半导体式气体传感器:对电路板产生异味气体检测，避免发生火灾

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随着物联网（IoT）技术的普及，电气产品日益朝着高性能化与小型集成化的方向发展，电路板的设计也趋向于高密度化。这种高密度电路板在长期的使用过程中，由于热蓄积和元件老化，很容易产生品质劣化，甚至可能引发火灾。传统的熔断式保险装置虽然在一定程度上能够防止电路短路导致的火灾，但在对安全性要求极高的领域，如数据库中心和汽车制造中，仅凭单一的保险措施显然不足。因此，本研究旨在通过先进的半导体式气体传感器技术，对电路板在过热时产生的异味气体进行早期检测，从而提前发现潜在的火灾风险。
1 D& V4 L0 K4 h对象产品本研究选用的气体传感器型号为、和，这些传感器以其高灵敏度和广泛的检测范围，在气体检测领域有着广泛的应用。
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研究内容1.对电路板产生的挥发性气体进行分析
  j% A, ?: ^- k* H' d0 i为了了解电路板在过热时会产生哪些挥发性气体，我们选取了五种不同类型的电路板，将它们加热至250℃，并使用气相色谱法与质量分析法对产生的气体进行了分析。结果显示，各电路板均产生了多种挥发性气体，主要包括酒精、酰胺、酸类、酮类和芳香族化合物。这些气体种类和浓度的差异，为我们后续选择传感器**了重要的参考依据。

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  a( Z! j' g3 U$ k2.传感器选型与工作电压优化讨论
4 G' ^- i" \9 B5 q* V为了找出与上述五种气体相对应的传感器灵敏度特性，以及最适宜的工作电压，我们进行了详细的实验。实验结果显示，
TGS2600对各种气体的灵敏度都较为低下，但灵敏度均衡性较好；
: @0 }; g2 @6 I% NTGS2602则表现出与TGS2603相近的灵敏度，且随着工作电压的提高，对芳香族气体的灵敏度显著提高，对所有气体的灵敏度均衡性也非常好；
而TGS2603对芳香族气体几乎无灵敏度，但对酒精和酮类气体的灵敏度较高。考虑到实际应用中需要传感器对各种气体都具有良好的均衡性，我们选择了工作电压为5V的TGS2602作为最优传感器。


4 J0 T/ l% u  o: d8 R( Y0 N各型号传感器的灵敏度特性
3.挥发性气体产生机制与传感器响应确认
为了验证传感器的实际响应效果，我们在密闭容器内对PCB电路板上的配线模板施加了12A的过电流，并同时观察TGS2602传感器电阻的变化与配线模板的状态变化。实验结果显示，施加过电流后，传感器的电阻值立即下降，表明传感器已经检测到了挥发性气体的存在。同时，我们也观察到配线模板产生了某些气体，7分钟后可以闻到强烈的异味，且配线模板中部已经变成了黑色。这进一步证实了传感器在检测电路板过热产生的异味气体方面的有效性。


施加过电流后电路板上产生的挥发性气体导致的TGS2602传感器电阻变化与配线模板的状态变化
研究成果本研究通过一系列实验，成功验证了半导体式气体传感器在检测电路板过热产生的异味气体方面的可行性。通过在密闭空间或异味气体产生源头附近设置气体传感器，我们可以在冒烟与起火出现之前的事故征兆初期阶段，把电路板的异常发热感知出来。与目前普及的广域（室内）监测式起火检出系统相比，我们的方法能够大幅度提前感知异常状况的时间点，从而有效预防火灾的发生或将事故损害控制在最小范围内。
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