气体探测技术是仪器科学领域的重要研究方向,对气体组分的有效测定和实时监控,在环保、安防、医疗等各个领域发挥着重要作用。气体探测技术包括传感器技术、信号处理技术、信号传输技术及控制技术等。其中,气体传感器技术仍面临着如何快速识别复杂气体,如何构建便携、灵敏、响应快以及成本低廉的气体分析系统等诸多挑战。目前,基于传感器阵列的电子鼻技术逐渐起步,并对传统技术产生了革命性的影响。然而它仍存在系统尺寸偏大、传感器类别单一、灵敏度不足等问题。本论文中,针对以上实际工程应用问题,设计并制造了一系列新型电子鼻系统。系统主要基于微机电加工技术（MEMS）制造的薄膜体声波谐振器（FBAR）,并将其作为核心气体传感元件,通过界面化学修饰与数学算法优化,实现对简单或复杂气体成分的高效分析。论文的主要研究内容和成果如下:1.研究了一种基于单分子层薄膜修饰的FBAR电子鼻,通过在九个FBAR器件表面上分别修饰不同基团的硅烷化自组装单层膜来组成阵列化传感模块,并对五种气体进行了测试,根据响应等温吸附线以及气体解吸附曲线的拟合,分别得到三个非浓度相关的响应参数。这些参数反映了气体与界面间的亲和力及动力学特性,能够作为识别参数建立气体识别谱库,提高对未知气体成分的识别力。2.研究了一种基于双检测模式的新型电子鼻,该系统由FBAR和硅纳米板场效应管（Si-NR FET）两种器件组成,对两种性质相似的氟利昂气体进行分析。经过分子仿真,得到两种分子在极性上的区别,并使用电荷敏感的Si-NR FET与质量敏感的FBAR器件依次对两种气体及其混合成分进行定性与定量分析。得益于双重检测模式,该电子鼻可显著提升传统电子鼻的分辨能力。3.研究了一种新型虚拟传感阵列型电子鼻,该系统仅需使用单个FBAR器件,即可模仿多个FBAR组成的传感阵列的功能。其原理为,使用不同输入功率下单个FBAR器件的动态响应代替多个传感器的响应结果。经过算法处理,该系统可对多种有机气体进行区分,并可对二元有机混合气体进行简单分类分析。这一新型电子鼻系统能够显著降低系统的器件损坏几率,提升系统寿命。4.基于上述研究工作,将FBAR气体传感技术与气相色谱技术相结合,构建了一种便携式气相色谱系统。该系统主要由气体传输系统及传感电路组成,包括预富集模块、色谱柱模块、FBAR传感模块以及加热处理模块等。测试结果表明,该系统可对烷烃混合气体进行有效的分离与检测,实现了预期的分析功能。