健康保障系統(tǒng)在工業(yè)過程中非常重要，因?yàn)樗鼈冇兄陬A(yù)防和消除緊急情況、挽救生命并避免高昂的經(jīng)濟(jì)成本。其中，有幾種類型的健康風(fēng)險(xiǎn)情景：振動(dòng) [ 1 ]、短路 [ 2 ]、燃料 [ 3 ] 和有毒氣體泄漏（丙烷、甲烷、乙烷、一氧化碳和二氧化碳）[ 4 ] . 例如，丙烷氣體檢測系統(tǒng)在鍋爐工作中發(fā)揮著非常重要的作用，因?yàn)樗鼈兛梢苑乐褂捎诨鹧婵刂乒收隙赡馨l(fā)生的爆炸 [ 5]。這些保護(hù)系統(tǒng)基本上由一個(gè)丙烷氣化學(xué)傳感器和一個(gè)用于信號(hào)適應(yīng)的電子電路組成。化學(xué)傳感器可以基于半導(dǎo)體材料構(gòu)建，而電子電路可以是模擬的或數(shù)字的。
如今，正在深入研究半導(dǎo)體材料以用作氣體探測器。這是因?yàn)楫?dāng)這些材料的表面與氧化或還原氣體接觸時(shí)，像半導(dǎo)體氧化物這樣的材料會(huì)顯示出有趣的化學(xué)和物理特性。事實(shí)上，當(dāng)表面與測試氣體分子發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)時(shí)，它們的響應(yīng)會(huì)受到影響，電導(dǎo)和電阻會(huì)隨著濃度的變化而變化 [ 6 – 8 ]。這種電特性的變化取決于半導(dǎo)體材料的類型（-型或-型）[ 6 , 7 ]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)一個(gè)-型半導(dǎo)體與 CO 等氣體分子接觸，電導(dǎo)減小，電阻增加 [ 9 ]。此外，如果相同的半導(dǎo)體吸收諸如O 2的氣體，則電導(dǎo)率升高并且電阻降低[ 6 ]。另一方面，如果一個(gè)-型半導(dǎo)體受到 CO 2或 O 2氣氛，會(huì)發(fā)生相反的-型半導(dǎo)體 [ 10]。這些行為是由于半導(dǎo)體所擁有的電荷載流子的性質(zhì)造成的。根據(jù)文獻(xiàn)，已經(jīng)提出了幾種用于傳感應(yīng)用的半導(dǎo)體材料，其中一些是二元半導(dǎo)體（如 NiO、CuO、WO 3和 TiO 2）[ 11 ]、鈣鈦礦（BaTiO 3、NdCoO 3和 ZnSnO 3） [ 12 – 14 ]、尖晶石 (AlCo 2 O 4、NiFe 2 O 4和 MgFe 2 O 4 ) [ 15 – 17 ] 和三金紅石 (MX 2 O6其中 M 可以是 Ni、Co 或 Cu，X 被 Sb 或 Ta [ 18 , 19 ] 取代，如 NiSb 2 O 6 [ 20 ]、CoTa 2 O 6 [ 21 ] 和 NiTa 2 O 6 [ 22 ] ）。無論傳感器使用何種半導(dǎo)體材料，信號(hào)適應(yīng)都需要具有理想特性的電子電路：低成本、高功能、快速響應(yīng)、高靈敏度、出色的可重復(fù)性、高分辨率和易于構(gòu)建。
在這項(xiàng)工作中，提出了一種丙烷氣體保護(hù)系統(tǒng)，適用于確保沒有這種有毒氣體的大氣。氣體探測器是基于合成的氧化銻酸鎳粉末（NiSb 2 O 6)，它是一種三金紅石型半導(dǎo)體，其信號(hào)適配是使用運(yùn)算放大器的模擬電路實(shí)現(xiàn)的。粉末通過 X 射線衍射 (XRD) 和透射電子顯微鏡 (TEM) 進(jìn)行表征，而傳感器則使用靜電測試進(jìn)行物理表征。根據(jù)傳感器的電響應(yīng)，選擇了一個(gè)模擬電子電路來調(diào)整其信號(hào)。通過結(jié)合氣體探測器和電子電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)用于監(jiān)測可能的丙烷氣體泄漏的原型。其工作參數(shù)如下：丙烷氣體濃度為 5 ppm，溫度為 200°C，電路增益為 5，傳感器靈敏度為 0.41。氣體檢測儀的實(shí)驗(yàn)測試顯示出出色的功能性、可重復(fù)性和快速響應(yīng)。