有毒有害气体通常包括毒气和可燃气体。随着各国工业4.0计划的推进,对石油、化工的依赖程度更为紧密,而一氧化碳、甲烷等含烷烃的有机气体和有机挥发物(VOC)等多产生于石油化工及工业生产原材料中,这些气体严重危害到人类的生命和财产安全。同时,由于化学毒剂更易于合成、制造和使用,使得如何预防各类恐怖事件引发各级政府关注。所以,针对以上有毒有害气体的检测亟需具备快速检测能力的器件。气敏传感器作为一种专门用来检测气体组分及浓度的器件,被广泛的应用于各类气体检测、监测领域,同时,为了适应传感器网的空间计算泛在化趋势,也需要设计适用的实体搜索服务机制,实现多功能化、智能化以及网络化的毒气检测。现有气体检测方法如电化学、红外吸收方法、气相色谱法等气敏传感器由于其工作过程较为复杂、响应较慢、成本高、工作环境较为苛刻等缺点,限制了其发展。而声表面波气敏传感器具备精度高、抗干扰能力强、体积功耗小、结构工艺好等优点,被广泛应用于军事毒气探测、工业毒气检测领域。论文基于声表面波的气敏传感器利用待测气体与膜材料敏感机理、设计了三维纳米线簇的声表面波器件、构建了传感信号测量系统及数字化频率处理系统,并延伸研究了传感器网络的泛在化、服务搜索机制。主要研究内容有:1)分析比较了二维敏感膜结构与三维线簇敏感膜结构的比表面积差距,提出了一种新型的三维纳米线簇气体敏感膜材料结构。同时,综合考虑选择性、灵敏度、可逆性、使用寿命等性能,选择了ZnO纳米线簇作为气体传感器敏感元件,利用液相水热法制备了三维纳米线簇,每根ZnO纳米线簇都有5至8根纳米棒,直径大约150-300nm之间,长度大约3至4 m?。基于线性溶剂化能关系式(LSER),采用了喷雾法实现了聚合物与三维纳米线簇的超支化聚碳硅烷合成,提高三维纳米簇表面的催化活性。研制的三维纳米线簇敏感膜制备声表面波气体传感器,其工作频率为198.99MHz,插入损耗-13.59dB,满足测定毒剂气体要求。2)采用反馈环路法设计双端口差分声表面波谐振的振荡电路,通过电路噪声等实现SAW谐振。利用差分双通道结构,以提高信号提取电路的抗共模干扰能力。文中研究了传感器频率稳定度和电磁兼容性指标,提出了多项改进措施,从而提升了传感器的检测灵敏度和稳定度。提出了一种改进型Rife信号检测算法,采用的滑动窗口最大化能量的判决方法,有效检测差频信号是否携带气体传感成分。结合提出的一种单频信号频率谱估计算法,有效的提高了频率估计精度更高,估计方差较Rife和M-Rife更接近CRLB值。同时,设计了四路串行传感器阵列结构,选用经典的反向传播网络识别算法对毒剂样本气体训练、识别,从而实现了快速、识别单一、混合气体组分、浓度,实验验证,该传感器具备高灵敏度检测待测毒剂气体浓度,并具有高的抗干扰能力。通过各种配气实验,结果表明,对单一HD毒剂气体选取18主数据进行BP网络训练后,识别率达到100%,浓度信息误差控制在了10%以内;对于单一沙林气,识别率达到100%,浓度信息误差控制在了15%以内。通过108组训练样本和54组测试样本数据,得出混合毒剂气体定性综合识别为98.79%;同时34组混合气体测试数据进行浓度识别测试,对于浓度较低时,低于1mg/m3内,识别误差不超过15%,对于浓度高于15mg/m3时,误差可以控制在8%以内。对于SAW气敏传感器来说,误差限在合理的范围内。总体上,浓度误差可以控制在15%以内。对混合毒剂气体中加入了一些干扰气体,如二氧化碳、二氧化硫、甲烷、氨气、硫化氢等,经过网络定性识别后,总体的识别率可以达到97.37%,说明本传感器具备较高的定性识别能力和抗干扰能力。3)声表面波气敏传感器由传感器阵列、模式识别系统构成,具备了单点气体检测、识别的能力。随着移动互联技术的发展,推进了传感器的云、端化,本文基于拓展气敏传感器的空间计算能力,研究了在泛在网中传感器服务搜索的相关技术。分析了现有的实体搜索服务机制的优缺点,针对搜索机制支持动态属性不足,本文提出了一种准确的传感器状态预测机制(ASPM),可以弥补现有搜索机制动态性支持不足缺陷,同时提高传感器搜索系统的效率。通过建立物理实体历史数据库,从中建立动态属性规律,以此建立动态库上的预测模型。并通过Intel Berkeley和NOAA实验室的数据得到验证,ASPM能提供更高效搜索服务能力,同时降低通信开销。