CN109716116B - 用于确定材料的至少一个性质的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定一或多种气体的一或多个性质的系统。所述系统包括经配置以测量样本在多个温度下的热导率和放热响应的传感器。在两个或更多个温度下对暴露于气体样本的传感器响应由子系统进行补偿和分析。所述子系统经配置以确定所述气体样本在所述两个或更多个温度中的每一者下的热导率，且至少部分地基于所述样本在所述两个或更多个温度中的每一者下的热导率值而确定所述气体样本的至少一种组分。还揭示了确定样本的一或多个性质的相关系统和方法。

Description

用于确定材料的至少一个性质的系统和方法

优先权要求

本申请要求2017年8月10日提交的第15/674,305号美国专利申请“确定材料的至少一个性质的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS OF DETERMINING AT LEAST ONEPROPERTY OF A MATERIAL)”的权益，所述美国专利申请要求2016年8月18日提交且标题为“用于检测、识别和/或量化气体的系统和方法(A SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING,IDENTIFYING,AND/OR QUANTIFYING GASES)”的第62/376,675号美国临时专利申请的权益。

技术领域

本发明的实施例涉及用于材料(例如，蒸气、气体等)的检测、量化和/或识别的系统和传感器，且涉及相关方法。更确切地说，本发明的实施例涉及用于确定样本中的一或多个组分的存在、确定样本的一或多个组分的浓度、确定样本中的所述一或多个组分的身份以及确定样本的一或多个其它性质的系统和传感器，且涉及样本分析的相关方法。

背景技术

在一些应用中已经使用催化传感器来检测可燃气体。然而，催化传感器具有限制其性能和准确性的若干缺点。催化传感器的缺点包含由于催化剂的老化和毒化带来的漂移和劣化，这可能影响来自其的响应的量值且因此影响其准确性。

已经证明微悬臂作为气体传感器装置，通常具有吸引特定气体的涂层。当质量添加到悬臂时，可检测其谐振频率的移位。谐振频率的改变与微悬臂上的质量改变成比例。还已知未经涂布的微悬臂可以用于感测气体的粘度和密度。可通过简单地观察与粘性阻尼(viscous damping，VD)成比例的谐振频率移位来复合地考虑密度和粘度，或可通过考虑谐振频率和质量因子改变(Boskovic 2002)两者来解卷积密度和粘度。

还已知气体的热导率(TC)与密度之间的物理关系。这可用以识别某些气体(Groot1977&Loui LLNL 2014)。然而，一些气体具有重叠或近似重叠的TC对密度向量，从而使得难以将这些气体彼此区分。此技术也不能够检测气体混合物中的多个气体，因为混合气体可能展现与混合物的组分的热导率不同的热导率且会导致错误或不可靠的测量结果。

一些气体具有极类似于空气的TC对VD向量，例如氧气(O₂)、一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)。在足够低的浓度下单独使用TC对VD向量无法检测例如硫化氢(H₂S)等一些气体。金属氧化物半导体(MOS)和经涂布的微悬臂经常具有气体交叉敏感性且可能不能够区分若干不同气体。作为一个实例，用于可燃和其它危险气体的当前传感器(例如，催化床传感器、非色散红外(NDIR)传感器、热导率传感器)不能够确定给定气体或气体混合物的单个性质，且不能够自我校正其输出以确定例如气体的浓度。因此，在一些例子中，此类传感器可能不能够区分例如具有500ppm的浓度的第一气体和具有例如5,000ppm的浓度的第二气体。

出于前述原因，需要克服常规传感器缺点且可以可靠地检测、识别和/或量化气体的系统和方法。

发明内容

本发明涉及可以可靠地检测、识别和/或量化样本(例如，蒸气、气体、液体、其组合等)的系统和方法。在一个实施例中，所述系统包含催化传感器、热导率传感器、阻尼传感器、包括涂层材料的一或多个微悬臂传感器、一或多个金属氧化物半导体(MOS)传感器、一或多个环境传感器(例如，温度、压力、湿度(相对湿度、绝对湿度或这两者)和流动速率)，以及具有例如用于询问、补偿、校准、分析、检测故障和报告结果的软件的处理子系统。

附图说明

图1说明根据本发明的实施例的用于测量气体性质的系统的总体框图；

图2A说明根据本发明的实施例的检测器的微热板的俯视图；

图2B说明出于清楚起见而展示且沿着图2A的截面线B-B截取的图2A的剖视侧视图；

图3A是说明在两个温度下若干气体的热导率的曲线图；

图3B是说明在第一温度下若干气体的热导率与在第二温度下所述气体的热导率的比率之间的关系的曲线图；

图3C是说明各种气体在两个温度下的热导率的比率与热导率与浓度的比率之间的关系的曲线图；

图3D是说明在第一温度下样本的热导率与在第二温度下气体的热导率的比率与样本的平均分子量之间的关系的曲线图；

图4是根据本发明的实施例的确定样本的一或多个性质的方法的简化流程图；

图5A是各种气体的热导率对温度的绘图；

图5B是热导率对温度的气体特定斜变响应；

图6是根据本发明的实施例的确定样本的一或多个性质的方法的简化流程图；

图7A是根据本发明的实施例的检测器的微悬臂的俯视图；

图7B说明出于清楚起见而展示且沿着图7A的截面线B-B截取的图7A的剖视侧视图；

图7C是根据本发明的实施例的微悬臂的等效电路模型(ECM)的示意图；

图8A说明各种气体的热导率对粘性阻尼的绘图；

图8B是说明多种气体的串联电阻和谐振频率的曲线图；

图8C是说明根据本发明的实施例的微悬臂的谐振频率改变与串联电阻改变之间的关系的曲线图；

图9A是根据本发明的实施例的具有用于测量MOS传感器的电特性的叉指形电极的微热板的俯视图；

图9B说明出于清楚起见而展示且沿着图9A的截面线B-B截取的图9A的剖视侧视图；

图10说明根据本发明的实施例的典型系统过程序列的概要综述；

图11是说明根据本发明的实施例的可用以确定样本的一或多个性质的在微悬臂的质量因子的改变、微悬臂的的改变以及样本的热导率的改变之间的关系的曲线图；

图12A是说明根据本发明的实施例的可以检测器的个别传感器获得的若干参数之间的关系的曲线图；

图12B是根据本发明的实施例的用以产生响应的指纹的传感器响应的雷达绘图；

图12C是根据本发明的其它实施例的用以产生响应的“指纹”的传感器响应的雷达绘图；

图12D说明当在气体传感器之前分离气体(例如通过气相色谱仪)时可如何在时间序列中分析雷达绘图；

图13是说明根据本发明的实施例的确定样本的一或多个性质的方法的简化流程图；

图14是根据本发明的实施例的用于检测、量化和识别可燃气体的处理的简化流程图；

图15A是用于使用热导率传感器确定样本的至少一个性质的实施例的简化流程图；

图15B是根据本发明的实施例的用于检测、量化和识别非可燃气体的替代实施方案的简化流程图；

图16是本发明的实施例的流程图；以及

图17是在本发明的一些实施例中使用的个别系统过程的概述。

具体实施方式

本文中呈现的图示并不意图是任何特定材料、组件或系统的实际视图，而仅仅是用以描述本发明的实施例的理想化表示。

如本文所使用，术语“样本”意味着且包含材料，所述材料可以包含至少一个性质待确定的一种或多种气体、一种或多种蒸气、一种或多种液体以及一种或多种固体。借助于非限制性实例，样本可以包含处于平衡的液体和气体。

如本文所使用，术语“粘性阻尼”和“阻尼”可互换使用。

如本文所使用，术语“催化响应”意味着且包含催化传感器对暴露于样本的响应(例如，输出)。在特定温度下的催化响应意味着且包含当催化传感器在特定温度下时催化传感器对暴露于样本的响应。

如本文所使用，术语“催化活性”意味着且包含当催化传感器在特定温度下时催化传感器对暴露于样本的催化响应与当催化传感器在特定温度下时催化传感器的基线催化响应之间的差异。

如本文所使用，术语“向量”意味着且包含具有方向(例如，斜率、角度、比率等)和基于两个或更多个参数的量值(例如，长度、距离、大小、尺寸等)的量。向量可具有多个维度中的尺寸，例如两个维度、三个维度、四个维度、五个维度、六个维度或更多维度。当对照一个或两个额外参数绘制一个参数时可以图形方式可视化二维向量和三维向量。虽然可以图形方式可视化一些向量，但本发明不如此受限制。向量可以是多维的且含有三个或更多个参数。在一些例子中，可以通过将每一向量参数界定为两个其它参数的比率来简化多维向量。因此，向量可以包含一个参数与一或多个额外参数之间的关系(例如，热导率改变随温度而变之间的关系，催化活性改变随温度而变之间的关系，热导率与催化活性之间的关系等)。在一些实施例中，此类关系可以在比率方面表达。

根据本文所述的实施例，例如检测器等系统可经配置以确定样本(例如，气体样本、蒸气样本、液体样本，或其组合)的一或多个性质。所述一或多个性质可包含以下各项中的一或多项：样本中的一或多个组分(例如，不同气体组分)的存在，样本中的一或多个组分的身份，样本中的一或多个组分的浓度，样本的分子性质(例如，样本的平均分子量)，样本是否包含可燃气体和/或爆炸性气体，样本中的任何可燃或爆炸性气体的催化反应起始(在本文中也被称为“起燃”事件)温度，另一性质，及其组合。

检测器可包含热导率传感器，其在本文中也可被称作热导率微热板传感器或热导率微悬臂传感器。检测器可进一步包含处理子系统，其经配置以基于从热导率传感器获得的数据(例如，基于在两个或更多个温度中的每一个温度下热导率传感器的响应(例如，输出))确定在两个或更多个温度下样本的热导率。在热导率传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一个温度下的同时，热导率传感器可以暴露于样本。可以测量热导率传感器的响应(例如，输出)(例如，用以维持两个或更多个温度中的每一个的功率)。可以基于用以在第一和至少第二温度中的每一个温度下维持热导率传感器的功率相对于当热导率传感器暴露于参考样本时用以维持第一和至少第二温度中的每一个温度的功率的差异来确定在所述两个或更多个温度中的每一个温度下样本的热导率相对于基线的改变(例如，样本的热导率相对于参考样本(例如，基线，诸如空气、氮气(N₂)、氧气(O₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)、天然气、可燃气体等)的差异)。基线值可存储于存储器中且可包括在实验室中获得的值。在一些实施例中，使用与热导率传感器分开的参考热导率传感器获得基线值。在一些实施例中，在检测器的使用和操作期间连续地更新基线值。可用存储于存储器中、从基线热导率传感器获得、从热导率传感器获得或其组合的基线值来补偿热导率传感器的响应。热导率传感器的基线值在本文中也可被称作“热导率基线”或“基线热导率”。

可至少部分地基于当热导率传感器处于第一温度时样本的热导率与当热导率传感器处于第二温度时样本的热导率的比率来确定样本的身份(例如，其一或多个组分)。在一些实施例中，可基于当热导率传感器处于第一温度时热导率传感器对暴露于样本的响应与当热导率传感器处于第二温度时热导率传感器对暴露于样本的响应的比率来确定样本的身份。在一些实施例中，可基于在第一温度下的热导率和在第二温度下的热导率中的至少一个来确定样本中的不同组分(例如，气体)的浓度。如本文所使用，在特定温度(例如，第一温度)下的热导率意味着且包含当热导率传感器处于特定温度(例如，第一温度)且暴露于样本时的热导率或热导率传感器对暴露于样本的响应。

在一些实施例中，检测器可包含催化传感器(例如，催化微热板传感器)，其经配置以确定样本的反应性(例如，样本是否包含可经受放热反应的气体、此放热反应的温度、惰性气体，或其组合)。催化传感器可经配置以当催化传感器处于上文参考热导率传感器描述的相同第一温度和至少第二温度时暴露于样本。可测量在每一个温度下催化传感器的响应(例如，输出)(例如，用以维持催化传感器的功率)且与处理子系统针对每一温度的基线催化响应进行比较。基线催化响应可包含存储于存储器中的数据、当暴露于基线样本时来自催化传感器的基线数据，或其组合。基线催化响应与测得的催化传感器的响应之间的差异(所述差异在本文中可以被称为“催化活性”)可以是样本的反应性的指示(例如，放热事件，在本文中也被称为“起燃”事件或反应起始)。在一些实施例中，测得的催化传感器的响应可以是样本在存在差异的温度下的可燃性的指示。在一些实施例中，基线催化响应与测得的催化传感器的响应之间存在差异的温度可以是样本中的一或多个组分的存在的指示。在一些实施例中，在第一温度下催化传感器的响应与在第二温度下催化传感器的响应的比率可用以识别样本中的一或多个组分。在第一温度(例如，当催化传感器处于第一温度时)、第二温度(例如，当催化传感器处于第二温度时)或这两者下催化传感器的响应的量值可以是样本中的一或多种气体或蒸气的浓度的指示。在其它实施例中，可基于在第一温度下的催化活性与在至少第二温度下的催化活性的比率来确定一或多个组分的身份，且可基于在第一温度下催化活性的量值、在至少第二温度下热导率的量值或这两者来确定一或多个组分的浓度。

在一些实施例中，来自热导率传感器的数据可与来自催化传感器的数据组合以确定样本的组成。在一些此类实施例中，可基于以下各项中的一或多项确定样本的组成：在第一温度下样本的热导率与在第二温度下样本的热导率的比率，在第一温度下的催化传感器响应与在第二温度下的催化传感器响应的比率，在一或多个温度下催化传感器的响应与在一或多个温度下热导率传感器的响应的比率，及其组合。

检测器可进一步包含阻尼传感器(例如，惰性微悬臂)，其经配置以确定以下各项中的一或多项：阻尼(例如，粘性阻尼)的改变，谐振频率的改变，质量因子的改变，带宽的改变，通过使用等效电路模型(ECM)解译阻尼传感器的响应而确定的参数(包含例如串联电阻、串联电容、串联电感、并联电容，或其组合)的改变，或分散于样本中的阻尼传感器的另一性质。粘性阻尼、谐振频率、质量因子、带宽、串联电阻、串联电容、串联电感和并联电容的改变可以参考当阻尼传感器暴露于基线样本(例如，空气)时的基线谐振性质。当暴露于基线样本时阻尼传感器的粘性阻尼、谐振频率、质量因子、带宽、串联电阻、串联电容、串联电感、并联电容及其组合在本文中可以被称为基线谐振参数。所述一或多个性质可用以确定样本的组成。借助于非限制性实例，谐振频率的改变与质量因子的改变的比率可以是样本的组成的指示(例如，样本中所关注的一或多个分析物的存在)。在一些实施例中，从阻尼传感器、热导率传感器和催化传感器获得的数据可组合以确定以下各项中的一或多项：样本的一或多个组分的身份，样本的组成，以及样本中的组分的浓度。在另外的实施例中，检测器可包含包括经调配以与特定分析物相互作用的涂层的一或多个微悬臂传感器，以及经配置以与一或多个特定分析物相互作用的一或多个金属氧化物半导体微热板传感器，且可用以进一步区分样本的一或多个性质。来自热导率传感器、催化传感器、阻尼传感器、一或多个微悬臂传感器(例如，经涂布微悬臂传感器)和一或多个金属氧化物半导体微热板传感器中的每一个的响应可针对以下各项中的一或多项的影响得到补偿：(例如，样本的)温度、压力、相对湿度、绝对湿度，和流动速率。

在一些实施例中，处理子系统周期性地询问催化传感器以测量其对暴露于样本的响应；如果检测到放热起燃事件，指示一或多个可燃气体的存在，那么将起燃温度存储于存储器中且处理，如后续段落中所描述。如果未检测到放热起燃事件，那么可检查MOS和经涂布微悬臂传感器是否有非可燃气体响应。可检查TC和VD(分别关于热导率传感器和阻尼传感器)是否有相对于可存储于存储器中的基线响应的改变。这些初步响应将响应剖析为以下情况：具有其相关联起燃温度的可燃气体，非可燃气体，TC和VD相对于空气的改变(即，样本的TC和VD是否相似或不相似于空气)，具有和不具有交叉敏感性的MOS和经涂布微悬臂。

在一些实施例中，如果未检测到气体，那么处理子系统在传感器的下一询问之前建立用于催化传感器、热导率传感器和阻尼传感器的新基线(例如，其谐振频率)。应注意到目前为止，传感器仅用于检测和剖析气体。换句话说，不可依赖于响应的量值来识别样本的组分。因此，在一些实施例中，传感器响应量值的劣化以及漂移不会影响整个分析。后续处理的结果可用以补偿量值响应并且还确定传感器响应是否已经劣化到报告故障的程度。

响应于检测到样本中的至少一种组分(例如，气体)的存在，可触发处理子系统测量热导率传感器相对于所存储基线的功率移位，所述测量与样本的热导率(TC)改变成比例。应注意，TC响应的量值通常随着温度增加而增加，因此在一些实施例中使用在高温下测得的TC值是有用的，因此最大化TC测量的灵敏度。换句话说，在一些实施例中，可在高温(例如，超过约50℃、例如超过约400℃)下测量样本的热导率以增加热导率传感器的灵敏度。随着温度的TC变化按气体类型是唯一的，且可进一步在后续处理中用作气体识别符和量化符。

对于非可燃气体的检测和识别，可监视阻尼传感器的谐振频率(可与VD成比例)和TC且与来自先前测量的基线数据进行比较。当检测到VD或TC的移位时，可如下所述触发进一步处理。

处理子系统可以针对样本的温度、压力、湿度(相对湿度、绝对湿度或这两者)和流动速率补偿传感器。传感器校准数据可存储于非易失性存储器中。来自单独的温度、压力、湿度和流动速率传感器的数据可用以补偿个别传感器。替代地，另一微悬臂可用以感测温度、压力、湿度和流动速率。在催化传感器的情况下，从催化传感器的响应减去热导率传感器响应将针对热导率、温度、压力、湿度的影响以及针对气流的影响补偿催化传感器。

通过至此所描述的收集和处理的数据，处理子系统可确定热导率传感器的功率移位的量值和斜率(可与TC成比例)对阻尼传感器(例如，质量因子(Q)和R_m(与VD和密度成比例))向量的谐振频率移位的提取参数；向量量值与气体浓度成比例且向量斜率是气体身份的指示符。换句话说，热导率传感器的功率的改变(即，样本的热导率相对于基线的改变)与阻尼传感器的谐振频率或粘性阻尼的改变的比率可用以确定样本的组成。一些气体具有相似或重叠的TC对粘性阻尼向量，因此放热起燃温度和量值或其缺乏连同MOS和经涂布微悬臂响应或其缺乏一起用以进一步区分气体。举例来说，氢气和甲烷具有相似斜率(即，热导率传感器的功率的改变与谐振频率或阻尼(例如，粘性阻尼)的改变的比率)，但氢气具有通常低于100℃的起燃温度而甲烷具有通常高于400℃的起燃温度，确切温度取决于在催化传感器上使用的催化剂组成。此外，在一些实施例中，预期在不同温度下的多个起燃事件指示多种可燃气体的存在。氦气是具有与氢气和甲烷相似的TC对VD向量斜率的非可燃气体的实例，但是通过由于其不可燃而未检测到放热起燃的事实来进行剖析。唯一TC对温度向量可用以进一步量化和识别可燃和非可燃气体两者。

一旦识别出样本的一或多个组分，就可按组分类型校准TC对VD量值数据以确定样本中的每一组分的浓度(例如，气体浓度)。在一些实施例中，针对每一组分校准传感器可为有益的，因为量值响应可取决于气体类型。在一些实施例中，存储器可包含校准值，所述校准值可用于基于所识别的特定组分确定样本中的一或多个组分的浓度。可基于校准值、阻尼(例如，粘性阻尼)的值和样本的热导率的值来确定组分的浓度。通过所识别和量化的样本的组分，处理子系统可交叉相关个别传感器响应以检测故障，补偿传感器，和根据需要更新校准数据。举例来说，可将催化传感器的量值响应与TC对VD向量量值(气体浓度)进行比较以补偿催化响应降级。如果催化传感器的量值响应与TC对VD向量的量值进行比较低于预设阈值，那么可报告催化传感器的故障。

作为最终分析，可在多维分析中同时处理所有传感器响应且与存储的响应数据库或指纹进行比较。如果在检测器之前使用例如气相色谱仪(GC)等气体分离装置，那么指纹响应的时间序列可用以进一步剖析气体识别和量化。

上文在此实施例中描述的处理可根据应用需要以周期性基础重复。在处理之间，可将系统断电或置于睡眠模式以节约电力。可通过通信端口或图形用户接口(GUI)报告和更新分析的结果。

因此，剖析和分析多维正交数据集，其包含例如放热起燃温度、放热热量、在第一温度下催化传感器的响应与在第二温度下其响应的比率、在第一温度下的催化活性、在第二温度下的催化活性、在第一温度下的催化活性与在第二温度下的催化活性的比率、TC(例如，在两个或更多个温度下的热导率以及在第一温度下的热导率与在第二温度下的热导率的比率)、TC对温度、阻尼(例如，粘性阻尼)、阻尼传感器的谐振频率移位、质量因子、等效电路模型参数移位，以及MOS和经涂布微悬臂响应。本文所描述的系统和方法克服许多个别传感器缺点。组合和分析数据使得能够区分具有相似二维特性的气体。所得检测器系统是稳健的、灵敏的和准确的。

图1是根据本发明的一些实施例的检测器100的总体框图。在一个实例中，检测器100的传感器组件可包含至少一个催化传感器112(例如，催化微热板传感器)、至少一个热导率传感器114、金属氧化物半导体(MOS)传感器和经涂布微悬臂传感器115、阻尼传感器116以及一或多个环境传感器118中的一或多个。在一些实施例中，热导率传感器114包括经配置以测量样本的基线热导率的参考热导率传感器，以及与参考热导率传感器分开的至少另一热导率传感器。在一些实施例中，催化传感器112、热导率传感器114、金属氧化物半导体传感器和经涂布微悬臂传感器115、阻尼传感器116以及一或多个环境传感器118中的一或多个其中的每一个安置于同一衬底(例如，硅衬底)上。处理子系统140(在本文中也被称为“子系统”)可通过到个别传感器112、114、115、116和118的数据总线122介接到模/数(A/D)和数/模(D/A)转换器120。处理子系统140可包含中央处理单元(CPU)124、存储器128(包含软件、数据库、基线数据、校准数据等)、通信端口130和任选地图形用户接口(GUI)126。在一些实施例中，在传感器112、114、115、116、118中的一些或全部与正分析的气体样本之间可以使用阻焰器、过滤器、气体预浓缩器和/或分离装置110。阻焰器可减少可燃环境中的火灾或爆炸的可能性或甚至防止火灾或爆炸。过滤器可用以减轻或消除已知传感器污染物且可用以提供增强的选择性。组合式过滤器和阻焰器也可经设计以调节样本到传感器112、114、115、116、118的气流或扩散。在一些实施例中，如在110指示的气体预浓缩器或分离装置，例如气相色谱仪、泵系统或这两者可在传感器装置之前使用以增强传感器112、114、115、116、118所暴露于的气体的选择性，如框110处所说明。

如本文将描述，检测器100的一或多个组件(例如，传感器)可用以确定样本的一或多个性质(例如，所关注的至少一种分析物(例如，气体)的存在、样本的组成、样本中的一或多个分析物的浓度、样本的平均分子量等)。

图2A和2B分别是微热板传感器200的俯视图和横截面图。图2B是沿着图2A中的截面线B-B取得的微热板传感器200的横截面图。微热板传感器200可用于至少一个催化微热板传感器112(图1)和至少一个热导率传感器114(图1)，所述热导率传感器在本文中也可被称作热导率微热板传感器。换句话说，检测器100(图1)可包含包括催化微热板传感器112(图1)的至少一个微热板传感器200和包括热导率传感器114(图1)的至少另一微热板传感器200。

微热板传感器200可使用MEMS制造技术在硅衬底210上制造。系栓224可以支撑悬挂式微热板226，所述悬挂式微热板的直径可在50μm与约1,000μm之间。在一些实施例中，系栓224可包括氮化硅、二氧化硅、碳化硅、另一种材料或其组合。电阻加热器218可悬挂于微热板226上方且可经配置以对微热板226提供热以控制其温度。钝化涂层220可上覆于电阻加热器218且涂层材料222可上覆于钝化涂层220。涂层材料222可通过钝化涂层220而经隔离免于与电阻加热器218电接触。在微热板传感器200对应于催化传感器112(图1)的实施例中，涂层材料222可包括催化材料，例如钯、铂、钌、银、铱、另一催化剂金属或其组合。涂层材料222可进一步包含支撑材料，例如氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO₂)、二氧化铈稳定氧化锆(CSZ)、另一支撑材料或其组合。在微热板传感器200包括热导率传感器114(图1)的实施例中，涂层材料222可包括惰性材料。借助于非限制性实例，惰性涂层材料222可包括氧化铝(Al₂O₃)。在热导率传感器114的其它实施例中，涂层材料222可能不存在。在其它实施例中，可以利用薄膜型微热板(无系栓；未图示)。

硅衬底210可包含在硅系栓224与微热板226之间和下方的间隙212。间隙212和系栓224可经配置以最小化或减少从微热板226到衬底的热损失。换句话说，间隙212和系栓224可提供微热板226和电阻加热器218与衬底210和系栓224的隔热，这可增加到接近微热板226和电阻加热器218定位的样本的热传递。电阻加热器218可通过可包括导电材料的互连件216电耦合到结合垫214。

可通过在结合垫214之间提供的电流对电阻加热器218供电，所述结合垫也可被称作“i+”和“i-”结合垫214。可经由结合垫219感测跨越电阻加热器218的电压，所述结合垫在本文中也可被称作“开尔文”结合垫219，“K+”和“K-”。与结合垫219相关联的互连件216可称为“开尔文感测线”。在其它实施例中，可在微热板传感器200中在别处测量跨越电阻加热器218的电压而无需开尔文感测线，但额外的补偿对于改进测量准确性可能是必要的。

微热板226的与温度成比例的加热器电阻以及加热器功率可从强制电流值和测得电压值计算。借助于非限制性实例，可根据欧姆定律确定电阻加热器218的电阻，如以下等式(1)中所示：

R＝V/I (1)，

其中V是跨越电阻加热器218的电压(通过结合垫219测得)且I是通过结合垫214施加于电阻加热器218的电流。到电阻加热器的功率可根据以下等式(2)确定：

P＝I·V (2)，

其中P是到电阻加热器218的功率，且I和V与上文所述相同。

描述的微热板结构可经优化以在大温度范围上以低功率电平(例如，从约5mW到约50mW)操作且具有最小导热损耗、最小热机械变形和良好的热对称性和均匀性。

进一步参看图1、图2A和图2B，热导率传感器114(图1)可与催化传感器112(图1)在同一硅晶片上制造，且可包含与催化传感器112相同的特征，不同之处在于热导率传感器114可不包含涂层材料222或可包含基本上惰性涂层材料222。热导率传感器114可包含非催化涂层(例如，基本上惰性涂层材料)，其用以匹配催化传感器的热质量、发射率和/或热导率和/或进一步增加其表面积。

在一些实施例中，催化传感器112(图1)和热导率传感器114(图1)中的每一个的电阻加热器218可通过处理子系统140(图1)或控制器以预定温度阶梯斜变，且可通过测量到电阻加热器218的电压和电流来监视实现每一温度阶梯的功率，如上文参考等式(2)所描述。在一些实施例中，中央处理单元124(图1)包括控制器，其经配置以当至少一个热导率传感器暴露于样本时使至少一个热导率传感器114(图1)的温度斜变到预定温度。预定温度可为至少约400℃、至少约600℃、至少约800℃、至少约1,000℃、或至少约1,200℃，但本发明不如此受限制。

可测量在每一温度下的功率且可与热导率传感器114暴露于的样本的热导率相关。因此，热导率传感器114可根据预定温度阶梯斜变。在一些实施例中，预定温度阶梯可包含两个或更多个温度。在每一温度下，可测量跨越电阻加热器218的电压(例如，通过相应微热板传感器200的结合垫219)。根据提供到微热板传感器200的已知电流，可针对每一温度确定微热板传感器200的电阻和功率(例如，分别根据上文的等式(1)和等式(2))。

可通过热导率传感器114(图1)确定相对于参考气体(例如，空气)的热导率或热导率的改变。样本(例如，经取样气体)与参考(例如，基线)气体之间的热导率的差异可根据以下等式(3)确定：

ΔTC＝TC(n)-TC(基线) (3)，

其中TC(n)是当热导率传感器处于特定温度时热导率传感器114对暴露于样本的响应(例如，到热导率传感器114的用以维持特定温度的功率)，TC(基线)以下各项中的一或多项：来自先前温度斜变(例如，基线数据，例如诸如当热导率传感器114暴露于基线或参考样本(例如，空气)时在特定温度下的TC(n)的平均)的热导率传感器114数据的热响应，参考热导率传感器对暴露于参考样本的响应，和存储于存储器中的基线数据，且ΔTC是在特定温度下热导率传感器114的响应相对于在特定温度下的基线值(TC(基线))的相对改变且在本文中可以被称为在特定温度下的热导率的改变。通常存储于存储器中的基线数据(TC(基线))可在实验室中确定或可包括来自针对所关注的每一温度的先前测量值的热导率传感器或参考热导率传感器的响应的平均值。基线或参考样本可包含空气、氧气、氮气、一氧化碳、甲烷、天然气、乙烷、丙烷、另一气体或其组合。用以相对于基线维持每一温度的功率的改变(例如，ΔTC的值)可以是样本相对于基线(例如，空气)的热导率的改变的指示。在一些实施例中，ΔTC可在两个或更多个温度下确定。在一些实施例中，ΔTC可在温度斜变期间且在温度间隔处(例如，约每100℃、约每50℃、约每25℃、约每10℃、约每5℃或甚至每约1℃)确定。在一些实施例中，可基于检测器的所需使用而选择基线或参考样本。借助于非限制性实例，检测器可用以确定天然气的含量，且此类传感器的基线可包括甲烷或天然气。相对于基线的热导率的改变可对应于天然气的组成的改变。因此，可基于检测器的所需使用而选择基线。

在一些实施例中，来自热导率传感器114、存储于存储器128中、来自先前参考斜变的基线历史数据可从电流参考斜变减去以产生表示热响应(ΔTC)的信号。来自热导率传感器114的ΔTC功率测量值可与气体的TC成正比且可在两个或更多个温度下测量。在相对低温度(例如，从约50℃到约250℃)下并且还在相对高温度(例如，从约400℃到约800℃)下测量TC可为有利的。

图3A是说明相对于基线(例如，空气)在第一温度下若干气体的热导率的改变和在第二温度下气体的热导率的改变的曲线图。0的热导率对应于在所标绘温度下空气的热导率。负热导率指示相对于空气的热导率的负移位(即，减小)，且正热导率指示相对于空气的热导率的正移位(即，增加)。热导率传感器114(图1)暴露于气体，且根据上文的等式(3)确定每一气体相对于空气的热导率改变。图3A展示在第一温度(200℃)和第二温度(710℃)下对各种气体的热导率传感器114响应。如图3A中指示，图示气体的相对于空气的热导率改变随着温度增加而增加。

图3B是说明图3A的相同气体在第一温度下(在200℃下)的热导率的改变对在第二温度下(在700℃下)的热导率的改变的绘图。图3B中说明的数据对处于50％爆炸下限(LEL)的浓度的甲烷进行正规化。点(0，0)对应于无任何分析物的空气的TC。标绘的每一气体是针对50％LEL的相对密度暴露。由于测量值是针对甲烷经正规化到50％，因此甲烷端点出现在(50，50)的坐标。每一气体的原点与端点之间的中间点表示当传感器暴露于正测量的气体时传感器随时间的响应(例如，用以维持所述两个温度中的每一个的功率)。每一气体展现在第一温度下相对于基线(空气)的热导率改变到在第二温度下相对于基线的热导率改变的唯一斜率。如本文所使用，术语“相对于基线的热导率改变”和“热导率改变”可互换地使用。如本文所使用，对在特定温度下的热导率的参考包含在所述特定温度下相对于基线的热导率改变。

因此，在第一温度下的热导率改变(即，当热导率传感器处于第一温度时热导率传感器对暴露于样本的响应相对于在第一温度下的热导率基线(例如，在第一温度下的ΔTC))与在第二温度下的热导率改变(即，当热导率传感器处于第二温度时热导率传感器对暴露于样本的响应相对于在第二温度下的热导率基线(例如，在第二温度下的ΔTC))的比率按气体类型可为唯一的。因此，在一些实施例中，可至少部分地基于在第一温度下的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率来确定样本的组成。在一些实施例中，热导率传感器114可暴露于第一相对较低温度和第二相对较高温度，且可在每一温度下确定样本的热导率(或相对于参考的热导率的改变)。

图3C是展示多种气体的所谓的“k因子”和在第一温度下(当热导率传感器114处于第一温度且暴露于样本时)的热导率改变与在第二温度下(当热导率传感器114处于第二温度且暴露于样本时)的热导率改变的比率之间的关系的曲线图。对于每一气体，k因子可等于热导率传感器暴露于的气体的浓度(例如，以爆炸下限(LEL)的百分比计、以百万分率(ppm)计等)除以热导率传感器的响应的量值(例如，在例如700℃的第二温度下)。k因子可在实验室中确定，且多种气体中的每一种的k因子可存储于存储器128(图1)中。在一些实施例中，可基于在第一温度下样本的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率以及可存储于存储器128(图1)中的k因子来确定样本的组成。在一些实施例中，在识别出气体的身份之后，可通过将其相应k值乘以在特定温度下的热导率(例如，当热导率传感器处于特定温度时热导率传感器对暴露于样本的响应)来确定其浓度。

在样本中的气体的识别之后，在一些实施例中，可基于在第一温度下相对于基线的热导率改变的量值、在第二温度下相对于基线的热导率改变的量值或这两者来估计样本中的气体的浓度。在一些实施例中，可基于在第一温度下热导率改变的量值和在第二温度下热导率改变的量值来确定气体的浓度。参考图3B，每一气体可展现针对给定浓度的特定量值。因此，在图3B中的向量的长度可乘以存储于存储器128(图1)中的校准数据(即，k因子)以确定样本的浓度。

图3D是说明在第一温度下样本的热导率改变(例如，当热导率传感器处于第一温度时热导率传感器对暴露于样本的响应与当热导率传感器处于第一温度时热导率传感器对暴露于参考的基线响应的差异)与在第二温度下样本的热导率改变(例如，当热导率传感器处于第二温度时热导率传感器对暴露于样本的响应与当热导率传感器处于第二温度时热导率传感器对暴露于参考的基线响应的差异)的比率与样本的平均分子量之间的关系的曲线图。因此，在一些实施例中，可基于所述比率确定样本的平均分子量。在一些实施例中，可至少部分地基于平均分子量确定样本中的一或多种气体的存在和一或多种气体的浓度中的一者或两者。在图3D中，第一温度是200℃且第二温度是700℃。

图4是说明使用热导率传感器114(图1)以确定样本的一或多个性质(例如，样本的组成)的方法400的简化流程图。方法400包含：动作402，包含当热导率传感器处于第一温度时使热导率传感器暴露于样本；动作404，包含当热导率传感器处于第二温度时确定样本的热导率；动作406，包含当热导率传感器处于高于第一温度的第二温度时使热导率传感器暴露于样本；动作408，包含当热导率传感器处于第二温度时确定样本的热导率；动作410，包含确定当热导率传感器处于第一温度时样本的热导率与当热导率传感器处于第二温度时样本的热导率的比率；以及动作412，包含至少部分地基于所述比率的值识别样本中的一或多种气体的存在。

动作402可包含当热导率传感器处于第一温度时使热导率传感器暴露于样本。在一些实施例中，热导率传感器可与上文参考图2A和图2B描述的微热板传感器200大体上相同。在第一温度下的热导率传感器可暴露于包含所关注的分析物的样本。在约150℃与约250℃之间的温度下，特别是H₂O的物理吸附物质的首先解吸附在斜变到较高温度之前受影响，其中可发生毒化化学反应，因此保留催化涂层。在一些实施例中，当热导率传感器114处于相对低温度(约50℃到约250℃)以及还处于相对高温度(约300℃到约800℃，例如在约400℃与约800℃之间)时测量TC可为有利的。第一温度可选择为高于水可物理吸附在热导率传感器114上的温度。在一些实施例中，第一温度可选择为在约200℃与约250℃之间，例如约200℃。在一些此类实施例中，第一温度选择为高于水的沸点。

动作404可包含当热导率传感器处于第一温度时确定样本的热导率。可基于上文的等式(3)确定热导率(例如，相对于基线的热导率改变)。借助于非限制性实例，可测量用以维持第一温度的热导率传感器的功率。可从当热导率传感器暴露于样本时用以维持第一温度的功率减去当热导率传感器暴露于参考样本时用以维持第一温度的功率(例如，基线值)。差可与样本相对于基线(例如，空气)的热导率改变成比例。换句话说，所述差可对应于样本的热导率相对于参考的热导率的差。

动作406可包含当热导率传感器处于高于第一温度的第二温度时使热导率传感器暴露于样本。TC一般随着温度增加而增加；因此在高温下做出的测量将带来较大响应，因此增加系统灵敏度。因此，在一些实施例中，第二温度可选择为超过约400℃。第二温度可选择为在约300℃与约800℃之间，例如在约300℃与约400℃之间、在约400℃与约600℃之间、在约600℃与约700℃之间，或在约700℃与约800℃之间。

动作408可包含当热导率传感器处于第二温度时确定样本的热导率。当热导率传感器处于第二温度时确定样本的热导率可以与上文参考动作404描述的当热导率传感器处于第一温度时确定样本的热导率基本上相同的方式执行。举例来说，可测量用以维持第二温度的热导率传感器的功率且与当热导率传感器暴露于参考样本时用以维持第二温度的功率(例如，基线值)进行比较。差可与样本相对于基线(例如，空气)的热导率改变成比例。

动作410可包含确定当传感器热导率处于第一温度时相对于基线的样本的热导率改变与当热导率传感器处于第二温度时相对于基线的样本的热导率改变的比率。所述比率可根据以下等式(4)确定：

R_TC＝TC_T1/TC_T2 (4)，

其中R_TC是所述比率，TC_T1是在第一温度下的热导率改变，且TC_T2是在第二温度下的热导率改变。在一些实施例中，根据上文的等式(3)，TC₁等于在第一温度下的ΔTC且TC₂等于在第二温度下的ΔTC。

动作412包含至少部分地基于所述比率的值识别样本中的一或多个分析物的身份。在一些实施例中，且参考图3B，所述比率的值可指示样本中的一或多个组分(例如，气体)的存在。在一些实施例中，方法400进一步包含确定样本中的一或多种气体的浓度。所述一或多种气体的浓度可基于以下各项中的一或多项确定：在第一温度下的热导率改变、在第二温度下的热导率改变或这两者。在一些实施例中，气体的浓度可基于以下等式(5)确定：

C＝k·((TC_T1)²+(TC_T2)²)^1/2 (5)，

其中k是如上文所描述在经验上确定的k因子，C是气体的浓度，TC_T1是在第一温度下样本的热导率改变，且TC_T2是在第二温度下样本的热导率改变。更一般化地，当使用n个参数的量值P时，浓度可根据以下等式(6)确定：

C＝k·((P₁)²+(P₂)²+…(P_n)²)^1/2 (6)，

因此，如果使用仅单个参数TC_T1，那么浓度可通过C＝k((TC_T1)²)^1/2＝kTC_T1确定。在一些实施例中，可用以确定样本中的一或多种气体的浓度的参数包含阻尼传感器的谐振频率的改变、阻尼传感器的质量因子的改变、阻尼传感器的串联电阻的改变(ΔR_m)、在第一温度下的热导率的改变、在第二温度下的热导率的改变、在第一温度下的催化活性、在第二温度下的催化活性、在第一温度下的反应性、在第二温度下的反应性、另一参数，或其组合。

在一些实施例中，可通过样本的热导率随温度而变的改变来确定样本中的一或多种气体的存在。举例来说，参看图5A，说明TC对温度的曲线图，展示若干气体的TC对温度向量，这按气体类型是唯一的。在一些实施例中，一些气体可基于其热导率与温度的比率、在一或多个温度下的热导率或这两者来进行区分。可在温度斜变期间从热导率传感器114(图1)收集TC对温度的数据，如先前参考上文的等式(3)论述。按气体唯一的TC对温度向量的斜率和量值可用作用于识别和量化经取样气体的额外分析维度。图5B是说明一些气体的热导率与温度之间的关系的另一曲线图。在图5B中可见，在所有测试温度下甲烷迹线保持于空气迹线的上方，而在低温下丙烷迹线开始低于空气但在向上斜变时在中途越过空气迹线。与此交越特征和其它此类特征相关联的温度可用以识别气体，而TC测量的量值(通常相对于从纯空气的基线TC值的改变)可用以量化空气中存在的气体的浓度。

存在多个方式测量样本的TC。一个方法是将传感器(例如，热导率传感器114(图1))保持在目标温度(例如，700℃)且测量维持此温度所需的功率-其中由于从传感器到气体的传导丢失的较高能量的原因，较高功率与较高热导率相关，反之亦然。另一方法必须在测量TC的同时使传感器温度斜变。如图5A和图5B所示，随着温度的TC变化按气体类型是唯一的。因此，在多个温度下测量TC可产生类似于图3A、图3B、图5A和图5B中示出的那些气体特定的传感器输出。

可以另外方式利用气体的热导率与空气的TC交叉时的温度。举例来说，水蒸气的TC在约290℃(图5A中的563K)与空气的TC交叉。在290℃进行TC测量可减少或甚至基本上消除TC测量中的湿度的影响。替代地，单独湿度测量值可用以补偿在其它温度下进行的测量，且因此空气与空气-气体混合物TC交叉温度可用作气体识别符。

预期在一些实施例中，一些气体可展现相似的在第一温度下的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率、在第一温度和/或第二温度下的热导率改变的量值、k因子、或温度与热导率之间的关系。在一些此类实施例中，可基于从催化传感器112(图1)接收的一或多个响应确定样本的至少一个性质。在一些实施例中，催化传感器112(图1)可暴露于温度斜变，包含与热导率传感器114(图1)暴露于的温度相同的温度，如上文参考图4所描述。可根据以下等式(7)，从每一新测量值减去来自催化传感器112的基线数据以针对多个温度中的每一温度产生表示催化传感器的响应(例如，催化热响应的改变(差量Cat))相对于催化传感器112的基线响应的改变的信号：

差量Cat＝Cat(n)-Cat(基线) (7)，

其中差量Cat是催化传感器112的响应的相对改变(例如，到催化传感器112的功率相对于基线的改变)，Cat(n)是催化传感器112对暴露于样本的响应(例如，当催化传感器112暴露于样本时用以维持预定温度的功率)，且Cat(基线)是催化传感器112对暴露于基线或参考气体(例如，空气)的响应和存储于存储器中的数据(例如，校准数据)中的一或多者。差量Cat在本文中可以被称为在特定温度下催化传感器112响应于暴露于样本的“催化活性”。Cat(n)在本文中可以被称为在特定温度下催化传感器112的“催化响应”或催化传感器112对暴露于样本的响应。来自催化传感器112的基线数据在本文中可以被称为“催化基线”或“基线催化响应”。Cat(基线)可包括当催化传感器112暴露于参考样本时在所关注的温度下用以维持催化传感器112的电阻加热器218(图2A，图2B)的温度的功率的历史平均值，且可在每一温度斜变期间连续地更新。可针对多个温度中的每一温度确定差量Cat、Cat(n)和Cat(基线)值。基线数据可包含针对热导率传感器114和催化传感器112中的每一个用以维持温度斜变的每一温度的功率的值。因此，基线数据可存储于存储器128(图1)中且可由来自催化传感器112的先前温度斜变的历史功率对温度数据组成。

差量Cat(催化传感器112的催化活性)值可在温度斜变期间在每一温度下确定。因此，差量Cat可对应于当催化传感器112暴露于样本时用以维持催化传感器112的给定温度的功率相对于催化基线或当催化传感器112暴露于参考气体时用以维持给定温度的功率的差异。在一些实施例中，从零偏离或具有大于预定阈值的量值的差量Cat值可以是样本的反应性的指示，且可对应于例如在催化传感器112上的反应(即，放热反应)、与催化传感器112接触的分析物的反应起始(例如，点燃)温度，或这两者。也可利用多个催化传感器，其中一些带有具有不同敏感性的不同催化剂调配。

催化传感器112和热导率传感器114(图1)可同时斜变以获得在时间上相关的测量值以得到改进的传感器测量准确性。

可从差量Cat测量(等式(7))减去ΔTC测量(等式(3))，所得的差产生与样本的反应性(例如，在催化传感器上产生的放热热量)成比例的信号响应，如以下等式(8)中所示：

Exo(新)＝差量Cat-ΔTC (8)，

其中Exo(新)是与在催化传感器上产生或从其移除的热成比例的信号响应，且差量Cat和ΔTC如先前描述。Exo(新)在本文中可以被称为催化传感器112的样本的反应性或放热响应。如本文所使用，术语“放热响应”意味着且包含催化传感器的催化活性与当热导率传感器处于第一温度时热导率传感器对暴露于样本的响应与当热导率传感器处于第一温度时热导率传感器的基线响应相比的改变之间的差。

从差量Cat信号减去ΔTC信号可针对受测试气体的温度、压力、湿度(绝对湿度和相对湿度)和流动变化的影响来补偿差量Cat信号。Exo(新)可对应于在做出确定的每一温度下在热导率传感器114与催化传感器112之间的响应差异(例如，信号)。因此，Exo(新)的值从其标称值的偏离(例如，不同于0或大于预定阈值的Exo(新)值)可对应于放热反应、反应起始，或这两者。在一些实施例中，起燃的温度是所检测气体类型的另一识别符。在不同温度下的多次起燃是在样本中存在的多种可燃气体的指示。

放热反应(例如，放热事件)或反应起始的检测可以用作可燃气体触发，从而建立时间零(T₀)，以用于后续处理和分析。如前文所述，在常规传感器中，催化传感器112(图1)的响应的量值可随着时间和毒化而劣化。在一些实施例中，根据上文所描述的方法确定可燃气体的存在可独立于催化剂毒化。换句话说，来自催化传感器的触发可独立于来自其的响应量值，且可对应于在后续处理中使用的来自起燃的二进制是/否触发以及起燃温度数据。换句话说，响应于确定可燃气体的存在，例如通过确定Exo(新)(等式(8))值大于预定阈值(例如，非零值)或催化传感器112的响应与热导率传感器114的响应之间的差，可触发处理子系统140(图1)执行样本的分析。在一些此类实施例中，处理子系统140可确定基线热导率和基线催化响应(例如，Cat(基线))是来自相应热导率传感器114和催化传感器112的最近测量值(输出)，所述值紧接在催化微热板112和热导率传感器114的响应差异的检测之前测得。在一些此类实施例中，处理子系统140的分析可基本上不受催化剂毒化影响，因为基线数据连续地更新。稍后将展示可如何用来自后续处理的数据来补偿和校准催化响应的量值。

图6是说明根据本发明的一些实施例的确定样本的组成的方法600的简化流程图。在一些实施例中，方法600可以与上文参考图4描述的方法400同时执行。方法600包含在两个或更多个温度下确定催化传感器112(图1)的响应，所述两个或更多个温度可为上文参考图4描述的用以确定热导率传感器114(图1)的响应的相同的两个或更多个温度。方法600可包含：动作602，包含当催化传感器处于第一温度时使催化传感器暴露于气体；动作604，包含当催化传感器处于第一温度时确定催化传感器对暴露于样本的响应；动作606，包含当催化传感器处于第二温度时使催化传感器暴露于样本；动作608，包含当催化传感器处于第二温度时确定催化传感器对暴露于样本的响应；以及动作610，包含至少部分地基于第一温度和第二温度中的一者或两者下的催化传感器的响应而确定样本的至少一个性质。

动作602可包含当催化传感器处于第一温度时使催化传感器暴露于样本。在一些实施例中，动作602包含当催化传感器处于第一温度时使催化传感器暴露于样本，所述第一温度可对应于热导率传感器114(图1)暴露于的相同第一温度。在一些实施例中，当催化传感器处于约200℃与约250℃之间的温度时可使催化传感器暴露于样本。

动作604可包含当催化传感器处于第一温度时确定催化传感器对暴露于样本的响应。在一些实施例中，动作604包含确定催化传感器的催化活性和催化传感器的放热响应，其可分别根据例如上文的等式(7)和等式(8)来确定。动作606可包含当催化传感器处于第二温度(例如，约700℃)时使催化传感器暴露于样本，且动作608可包含当催化传感器处于第二温度时确定催化传感器响应于暴露于样本的响应。在一些实施例中，动作608可包含确定在第二温度下催化传感器的催化活性和催化传感器对暴露于样本的放热响应。在一些实施例中，第二温度可选择为在上文参考图4描述的动作406中热导率传感器114(图1)暴露于的相同第二温度。

在一些实施例中，动作602至动作608可以与上文参考图4描述的动作402至动作406同时执行。

动作610可包含至少部分地基于在第一温度和第二温度中的一者或两者下催化传感器的响应而确定样本的至少一个性质。在一些实施例中，确定所述至少一个性质可进一步包含基于在第一温度下催化传感器的催化活性、在第二温度下催化传感器的催化活性、在第一温度下的放热响应(在第一温度下样本的反应性)、在第二温度下的放热响应(在第二温度下样本的反应性)、在第一温度下的催化活性与在第二温度下的催化活性的比率以及在第一温度下的放热响应与在第二温度下的放热响应的比率而确定所述至少一个性质。在一些实施例中，可至少部分地基于在第一温度下催化传感器的响应与在第二温度下的响应的比率确定气体身份(例如，样本中的至少一种组分的存在)。借助于非限制性实例，可至少部分地基于在第一温度下的Exo(新)的值与在第二温度下的Exo(新)的值来识别气体。

现在参看图1、图7A和图7B，检测器100可进一步包含阻尼传感器(例如，惰性微悬臂)116和经涂布微悬臂传感器115。如本文所使用，“惰性微悬臂”意味着且包含包括基本上惰性涂层材料(即，基本上不与样本相互作用(例如，反应)的涂层材料)的微悬臂或无涂层材料的微悬臂。取决于制造工艺，阻尼传感器116和经涂布微悬臂传感器115可与热导率传感器114和催化传感器112制造于同一硅晶片上，或制造于单独衬底上。各种尺寸、形状和材料的多个微悬臂可用于针对它们被设计成在其中操作的环境的冗余性和响应优化。为了改进对特定分析物的灵敏度，涂层材料364可施加于微悬臂的自由端730。

图7A和图7B是微悬臂传感器700的相应俯视图和横截面图。微悬臂传感器700可对应于上文参考图1描述的阻尼传感器116和经涂布微悬臂传感器115。微悬臂传感器700可利用MEMS制造技术制造于硅衬底760(可与热导率传感器114和催化传感器形成于其上的硅衬底210(图2A，图2B)相同)上。图7A中示出的微悬臂传感器700是双梁悬臂，在衬底760中在基底端附近具有间隙710以形成在自由端730处连接的两个梁。基底硅材料762(例如，衬底)还在悬臂周围和下方经蚀刻以悬挂悬臂的自由端730，从而允许微悬臂700的自由端730响应于与样本的相互作用而移动和振动。虽然图7A说明微悬臂700包含间隙710，但本发明不如此受限制且在一些实施例中，微悬臂可不包含间隙。虽然图7A和图7B说明微悬臂700是双梁微悬臂，但也可利用单梁微悬臂或不同形状的微悬臂(未图示)。可通过经由连接到压电式元件740的结合垫724施加电压来驱动(例如，振动)微悬臂传感器700。振动或挠曲可用同一压电式元件进行感测，或者可用可电耦合到另一对结合垫724的压阻式元件756进行感测。压电式元件740可包括硅层，带有安置于硅层的一个侧面上的氮化铝、氧化锌或PZT的薄层。氧化锌可使用例如溅镀工艺沉积于微悬臂传感器700上。PZT可使用例如溶胶-凝胶工艺沉积于微悬臂传感器700上。在另一实例中，压电式元件740包括氮化硅层，带有在氮化硅层的一个侧面上的图案化压电薄膜。图案化压电式元件740的每一侧面上可定位有例如金或铂等金属的两个薄层，从而提供到压电式元件740的电接触。

在另一实例中，微悬臂传感器700包含位于其固定端附近的压阻式元件756。压阻式元件756可用以检测微悬臂传感器700中的振动且也可用以热激励微悬臂传感器700中的振动而不是使用压电式感测和驱动(即，并非使用压电式元件740作为驱动元件和感测元件两者)。压阻式元件756可通过沉积多晶硅而形成于单晶硅层上，其中例如二氧化硅等电介质层定位于单晶硅层与压阻式层之间。在另一实例中，压敏电阻器形成于单晶硅悬臂的表面中或附近。在另一实例中，压阻式元件756包括薄膜金属。

在一些实施例中，微悬臂传感器700包含位于微悬臂传感器700的自由端730的表面上或附近的电阻加热器758。电阻加热器758可使用与针对压阻式元件740所描述的工艺相似的工艺形成。电阻加热器758可用以加热微悬臂传感器700以用于在高温下进行测量，加热微悬臂传感器700以用于清洁，感测微悬臂700的温度，并且还用以加热涂层材料764以发起涂层材料764与样本中的至少一种所关注分析物的分析物反应。在一些实施例中，电阻加热器758可经配置以清洁微悬臂传感器700且从涂层材料764解吸附分析物。电阻加热器758也可为在微悬臂700的表面附近的以掺杂硅形成的压阻式元件或沉积于微悬臂700的表面上的薄金属膜。电阻加热器758也可用以感测微悬臂700的温度。

钝化层746可安置于电阻加热器758、压阻式元件756、压电式元件740和互连布线上以使那些元件与暴露于微悬臂传感器700的样本电隔离。结合垫724上方的钝化层726中的空隙允许到结合垫724的线接合。优选的是当使用微悬臂感测粘性阻尼时微悬臂传感器700的表面与受测试气体是非化学反应性的。

在微悬臂传感器700包括经涂布微悬臂传感器115(图1)的实施例中，涂层材料764可包含经调配以与一或多种分析物相互作用的催化涂层材料。在微悬臂传感器700包括阻尼传感器116(图1)的实施例中，微悬臂传感器700可不包含涂层材料或可包含基本上惰性涂层材料764。在一些此类实施例中，阻尼传感器116的主要功能是通过检测阻尼传感器116的谐振特性的改变而测量经取样气体中的微悬臂传感器700的阻尼(例如，粘性阻尼)，其可与经取样气体的密度成比例。在一些实施例中，微悬臂传感器700的大小可最小化以减少其上的样本吸收的量。

在例如空气等流体中振荡的悬臂可经受延迟其运动且夺取其能量的耗散的力。这些力称为阻尼，且影响悬臂的谐振频率、质量因子、串联电阻、电感以及其谐振响应的其它特性参数(其随强制频率而变的振荡振幅)。对于在标准条件下在空气中谐振的悬臂，主要阻尼机制是粘性阻尼(VD)。阻尼(例如，VD)的量变化达到与悬臂(例如，梁)移动通过的流体的密度和动力粘度相等的程度。因此，测量悬臂的谐振响应是测量给定样本的阻尼(例如，VD)特性或监视样本中的其它气体和蒸气的存在(作为与单独空气相比的阻尼(例如，粘性阻尼)改变而观察到)的一种手段。此外，多个谐振参数的测量和分析可实现流体的控管粘性阻尼的两个主要物理性质(密度和粘度)的解卷积。在一些实施例中，阻尼传感器116可经配置以在多个谐振模式中操作，例如超出基谐模的高频谐振模式。较高阶挠曲模式可具有对阻尼影响的不同敏感性，且可有用于补偿环境影响(例如，温度、压力、相对湿度和绝对湿度中的一或多者的影响)。较高模式还可以展现较高品质因子，以用于Q和谐振频率的改进分辨率。

参看图7C，阻尼传感器116(图1)的谐振特性(谐振参数)中的至少一些可从其电响应的等效电路模型(ECM)提取。等效电路模型可包含谐振频率(F_r，也被称作ω_r)、串联电阻(R_m)、串联电感(L_m)、串联电容(C_m)，以及分路串联元件的并联电容(C_p)。如本文所使用，微悬臂的“谐振性质”意味着且包含等效电路模型的一或多个元件(即，串联电阻、串联电感、串联电容和并联电容中的一或多者)、谐振频率(Fr，也被称作ω_r)、质量因子(Q)和带宽(BW)。术语“谐振性质”、“谐振参数”和“谐振特性”在本文中可互换地使用。

在一些实施例中，在中央处理单元124(图1)的控制下通过扫掠频率电压来驱动阻尼传感器116(图1)。数控振荡器或频率合成器执行对压电式元件740或压阻式元件756的数/模(D/A)120(图1)扫掠频率驱动。CPU 124经由模/数(A/D)120转换器读回所感测电压振幅和相位以检测驱动电压频率何时经过微悬臂700的机械谐振频率。因此，可通过用频率合成器激励压电式元件740或压阻式元件756来驱动阻尼传感器116以执行阻尼传感器116的所谓的频率扫掠。在频率扫掠期间，阻尼传感器116的电压可用其感测元件(例如，压阻式元件756)进行测量。

根据在频率扫掠期间获得的数据，可确定阻尼传感器116的质量因子。举例来说，根据以下等式(9)，质量因子可与振荡的谐振频率、电感和串联电阻(可与阻尼成比例)有关：

Q＝F_R/BW＝R_m/L_m (9)，

其中Q是阻尼传感器116的质量因子，BW是在频率扫掠期间阻尼传感器116的测得电压对频率曲线的带宽，F_r是阻尼传感器116的谐振频率，R_m是阻尼传感器116的串联电阻，且L_m是阻尼传感器116的串联电容。在一些实施例中，Q_m和BW可从在频率扫掠期间阻尼传感器116的测得电压对频率曲线导出。因此，F_R和R_m/L_m的比率可从Q和BW确定。谐振频率F_R可根据以下等式(10)确定：

其中L_m和C_m如上定义。

可通过使用来自环境传感器118(图1)的数据测得的数据针对样本的温度、湿度(相对湿度、绝对湿度或这两者)、压力和流动速率来补偿测得的谐振频率。增加气体粘性阻尼会减小阻尼传感器116的谐振频率。微悬臂的绝对谐振频率会随着时间、微悬臂(梁)的污染和机械劣化而漂移；然而，微悬臂的短期稳定性是优良的且可针对压力、温度、湿度和流动速率进行补偿。为了克服漂移和准确性问题，可周期性地监视阻尼传感器116的谐振频率以在存储器128中存储历史基线频率数据，表示在从催化传感器检测到放热触发之前的频率和粘性阻尼的值。如本文所使用，基线谐振参数意味着且包含当微悬臂暴露于参考样本(例如，空气)时微悬臂(例如，阻尼传感器)的谐振参数。在一些实施例中，谐振参数的值可存储于存储器中且可基于在微悬臂的校准(例如，在工厂)期间获得的数据。微悬臂的谐振参数的移位包含相对于基线谐振参数(例如，当微悬臂暴露于参考样本时谐振参数的值)的微悬臂的谐振参数响应于暴露于样本的改变。

在使用和操作中，以下各项中的一或多项的改变：催化传感器112(图1)相对于基线催化响应的响应、阻尼传感器116(图1)的谐振参数(例如，谐振频率)的移位(即，当阻尼传感器116暴露于样本时阻尼传感器116的谐振参数与当阻尼传感器116暴露于基线(例如，参考气体)时阻尼传感器116的谐振参数的差异)以及相对于基线热导率的热导率的改变，可测量阻尼传感器116的谐振特性的改变。基线谐振频率与每一后续谐振频率测量之间的差可对应于由于样本中的分析物的变化浓度带来的样本的阻尼(例如，粘性阻尼)的改变。换句话说，可通过阻尼传感器116的谐振频率的改变测得的阻尼(例如，粘性阻尼)的改变可对应于样本中的分析物的存在。

参看图8A，经处理阻尼传感器116频率数据和热导率传感器114功率数据可用以形成相对于基线(例如，空气)的TC改变(即，ΔTC)对相对于基线(例如，空气)的VD改变(谐振频率的改变)的二维向量，其量值与样本的一或多个组分的浓度成比例且其斜率是样本的组成的指示符。换句话说，可基于阻尼传感器116的相对于基线的谐振频率改变(且因此，粘性阻尼的改变)与样本的热导率的改变的比率而确定样本中的一或多个组分(例如，气体)的存在。谐振频率的改变可相对于基线，例如与当阻尼传感器116暴露于样本时相比相对于当阻尼传感器116暴露于空气时的改变。类似地，热导率的改变可相对于基线，例如与当热导率传感器暴露于样本时相比相对于当热导率传感器暴露于空气时的改变。因此，在一些实施例中，可使用热导率传感器114以确定热导率的改变且使用阻尼传感器116以确定粘性阻尼(或谐振频率、质量因子、串联电阻和带宽中的至少一者)的改变，来识别样本中的一或多个组分。

另外，通过将在斜变中的一个点(例如，在700℃)测得的TC值从在另一点(例如，在200℃)测得的值减去，可确定给定气体的唯一TC对温度关系(例如，mW/C)的“斜率”；此斜率可甚至充当类似于图8A中示出的数据分析技术中的“TC”值。此外，因为此斜率趋于跨越宽温度范围为相对不变的，所以此技术可有助于针对环境因素、尤其是温度和压力来补偿TC测量。此类环境因素趋于使气体的整个TC对温度曲线向上或向下移位(或平移)(即，影响绘图上的迹线的y截距)，而基本上不会更改每一曲线的斜率。

例如氦气、氢气和甲烷等一些气体具有极相似或重叠的粘性阻尼对TC向量(即，粘性阻尼与热导率的比率)。在一些实施例中，可通过使用通过催化传感器112(图1)确定的反应起始温度(起燃温度)，例如当放热响应的量值大于预定阈值时的温度，来区分氦气和氢气。换句话说，在一些此类实施例中，可通过Exo(新)(等式(8))的量值大于预定阈值或为非零值时的温度来区分氦气和氢气。氢气反应起始温度通常低于100℃，而甲烷反应起始温度通常高于400℃。确切反应起始温度可随着应用中使用的催化剂和换能器类型变化。氦气是非可燃的，因此通过不存在来自催化传感器112的放热响应的事实来区分氦气。在此实例中，利用起燃温度或其缺乏实现了氦气、氢气和甲烷的明确区分。在多个不同温度下的多个反应起始温度指示多种可燃气体的存在。燃烧的热量或在反应起始温度下催化传感器112的响应的量值也可用作气体识别符-量化符。

在一些实施例中，当阻尼传感器116暴露于样本时与当其暴露于基线或参考气体时相比，可基于至少一个谐振参数(例如，谐振频率)的改变、串联电阻的改变、质量因子的改变、带宽的改变、电感的改变和阻尼传感器116(图1)的并联电容的改变中的一或多者与所述至少一个谐振参数的改变、所述串联电阻的改变、所述质量因子的改变、所述带宽的改变、所述电感的改变和所述并联电容的改变中的另一者的比率来识别样本中的一或多种气体的存在。所述至少一个谐振参数的改变可相对于相应谐振参数的基线。

在一些实施例中，可基于谐振频率的改变与质量因子和串联电阻中的一者的改变的比率来确定气体的组成。图8B是展示阻尼传感器116的谐振频率的改变与串联电阻(R_m)的改变(与质量因子成比例)之间的关系的曲线图。在一些实施例中，不同气体可展现不同的关系或比率。图8C是说明当微悬臂暴露于不同气体时微悬臂的谐振频率的改变与串联电阻的改变之间的关系的曲线图。

虽然阻尼传感器116(图1)已描述为包括微悬臂传感器700(图7A，图7B)，但本发明不如此受限制。在其它实施例中，阻尼传感器116可包含谐振传感器，例如薄膜传感器、石英晶体微天平(QCM)传感器、表面声波(SAW)传感器或另一谐振传感器。另外，阻尼传感器116的所述至少一个谐振参数可通过例如所谓的“缓冲器”方法等方法确定。

虽然微悬臂传感器700(图7A，图7B)已描述为经配置以确定样本的粘性阻尼或谐振性质，但在一些实施例中，微悬臂传感器700可经配置以测量在一或多个温度下样本的热导率、在一或多个温度下的催化响应、在一或多个温度下样本的催化活性，或其组合。借助于非限制性实例，微悬臂传感器700可包含感测机构(例如，感测电路)，其经配置以例如根据上文的等式(1)至(3)确定用以将微悬臂传感器700维持在第一温度和第二温度的功率。因此，在一些此类实施例中，微悬臂传感器700可用以确定在第一温度下和至少在第二温度下样本的热导率，且可进一步经配置以确定其一或多个谐振特性。在一些实施例中，微悬臂传感器700可振动以增加从微悬臂传感器700到接近于微悬臂传感器700的样本的热传递。因此，在一些实施例中，热导率传感器114(图1)可包括微悬臂传感器700。在一些实施例中，微悬臂传感器700可在其一端(例如，在自由端730)包含圆盘或脚座形结构。所述圆盘或脚座形结构可经配置以受热且传递热到接近于微悬臂传感器700的自由端730的样本。

在一些实施例中，可通过与经调配且经配置以与一或多个特定分析物相互作用的一或多个涂层材料进行相互作用来识别一或多个分析物。涂层材料可与例如经涂布微悬臂115(图1)、金属氧化物半导体微热板115或这两者相关联。再次参考图1、图7A和图7B，在一些实施例中，检测器100(图1)可进一步包含一或多个经涂布微悬臂115(即，包括涂层材料的微悬臂)。经涂布微悬臂也可与将涂层764添加到微悬臂的自由端一起使用。所述一或多个经涂布微悬臂115可大体上类似于上文参考图7A和图7B描述的微悬臂传感器700，其中涂层材料764包括用于吸附特定分析物或另外与特定分析物相互作用的选择性涂层材料。涂层材料764可包含(例如)具有特定分析物吸附性质的聚合物、金属、化学品或生物涂层。在一些实施例中，经涂布微悬臂115可实现通过ΔTC对ΔVD向量可检测的低于阈值的灵敏度。经涂布微悬臂115也可以适用于检测挥发性有机化合物(VOC)。除论述的具体实例之外，经涂布微悬臂还可提供对特定分析物的额外灵敏度。聚合物微悬臂涂层的示例性列表包含聚二甲基硅氧烷(PDMS；非极性聚合物)、聚(表氯醇)(PECH；包含聚合物的两极H键)、聚(甲基丙烯酸丁酯)(PBMA；两极碱性聚合物)、OV275(可购自俄亥俄州玛利埃塔市的俄亥俄州Valley Specialty公司的聚硅氧烷聚合物)、聚(2-二甲氨基乙基甲基丙烯酸脂(PDMAEMC；强碱性聚合物)、BPS-3(含双酚聚合物)、PDZ(可极化苯基)、SCF101(可购自加利福尼亚州卡尔斯巴德市的Seacoast Science公司的超支化氟醇聚碳硅烷)和氟醇聚硅氧烷(SXFA；酸性聚合物)，及类似物。金属微悬臂涂层的示例性列表包含Mo、Au、Pd和Pt，及类似物。也可利用其它化学和生物涂层。

图9A和图9B说明微热板金属氧化物半导体(“MOS”)传感器900，其具有在可为电阻加热器的加热器218(图9A中出于清楚起见未图示)和钝化涂层220上方的叉指形电极930。MOS传感器900可大体上类似于上文参考图2A和图2B描述的微热板传感器200，不同之处在于MOS传感器900可包含直接在电极930上方的MOS涂层928以使得可通过标记为IDE-和IDE+的结合垫919来测量MOS涂层的电特性。MOS涂层928可包括金属氧化物(例如，氧化锡、氧化锌、氧化钨(例如，WO₃)、氧化锰(例如，MnO、MnO₂、Mn₂O₃)、LaCoO₃、LaNiO₃、氧化钒(例如，V₂O₅)、五氧化磷(例如，P₂O₅)、氧化钼(MoO₂)、氧化铯(例如，Cs₂O)等)、掺杂金属氧化物(例如，掺杂铂的氧化锡)、聚合物材料(例如，导电聚合物材料)、离子导体(例如，电化学涂层(也被称作电化学涂层材料)、n型半导体材料、p型半导体材料、热电材料、另一种材料，或其组合。MOS微热板有时不需要精确的温度控制，因此开尔文测量点已经省略。可通过基于在图9A上示出的I+和I-端子214上汇集到加热器的电流和电压计算电阻来控制和测量温度。

MOS传感器900可经配置以与所关注的一或多种特定分析物相互作用，例如一氧化碳、氧气、二硫化氢或另一气体。可测量MOS传感器900的随温度而变的电阻。MOS响应化学灵敏度随着温度变化，且因此温度曲线可作为额外的化学区分因子。在一些实施例中，可基于在一或多个温度下MOS传感器900的电阻而确定样本中的一或多个分析物的存在。

图10是数据收集和分析过程的概述。在数据采集动作1010中收集来自传感器(例如，热导率传感器114(图1)、催化传感器112(图1)、经涂布微悬臂传感器115(图1)、阻尼传感器116(图1)和环境传感器118(图1)中的一或多个)的原始数据。在动作1020从原始数据提取来自传感器的突出特征。借助于非限制性实例，所述突出特征可包含在一或多个温度下热导率传感器114对暴露于样本的功率响应、在一或多个温度下催化传感器112对暴露于样本的响应、阻尼传感器116对暴露于样本的响应，以及经涂布微悬臂传感器115和经涂布微热板传感器115中的至少一个对暴露于样本的响应。在动作1030针对温度、压力湿度和/或流动速率的环境影响补偿所述突出特征。在补偿之后，在动作1040进一步处理数据且与所存储的数据进行比较以产生应答向量。在动作1050报告气体浓度(易燃物品的百万分率(ppm)或爆炸下限(LEL))和气体识别，并且接着可重复过程。在一些实施例中，在动作1030针对环境影响的补偿可以在动作1010之后、在动作1040之后或在过程中的任何地方执行。

虽然检测器100(图1)已描述为使用变量的特定组合确定气体的一或多个性质，例如在第一温度下的热导率(例如，当热导率传感器处于第一温度时相对于基线的热导率的改变)、在第二温度下的热导率(例如，当热导率传感器处于第二温度时相对于基线的热导率的改变)、在第一温度下催化传感器的响应、在第一温度下催化传感器的催化活性(例如，当催化传感器处于第一温度且暴露于样本时催化传感器的响应相对于当催化传感器处于第一温度且暴露于参考时催化传感器的响应的改变)、在第二温度下催化传感器的响应、在第二温度下催化传感器的催化活性(例如，当催化传感器处于第二温度且暴露时催化传感器的响应相对于当催化传感器处于第二温度且暴露于参考时催化传感器的响应的改变)、在第一温度下的催化活性与在第二温度下的催化活性的比率、在第一温度下催化传感器的放热响应、在第二温度下催化传感器的放热响应、在第一温度下的放热响应与在第二温度下的放热响应的比率、阻尼传感器116的至少一个谐振参数的改变等，但本发明不如此受限制。在一些实施例中，可测量三个或更多个变量且与气体的一或多个性质相关(例如，识别、浓度等)。

图11是展示ΔTC对ΔF_R对ΔQ或ΔR_m(因为ΔQ与ΔR_m成比例)的三维绘图。如上文所描述，可基于相对于基线热导率响应的热导率传感器114(图1)对暴露于样本的响应来确定ΔTC，且可基于阻尼传感器116(图1)对暴露于样本的响应来确定ΔF_R和ΔQ(或ΔR_m)。参看图11，气体可展现在曲线图上具有唯一方向(例如，斜率)和量值的位置(即，ΔTC、ΔF_R和ΔQ(或ΔR_m)中的每一个与ΔTC、ΔF_R和ΔQ(或ΔR_m)中的另一个之间的关系。举例来说，气体1、气体2和气体3可各自包含在曲线图上的唯一坐标(即，方向)。因此，气体可展现三个参数的唯一组合和比率，其可用以识别气体的组成。在一些实施例中，至少三个参数的值可用以确定样本的组成和样本中的气体的浓度。虽然图11已描述为包含质量因子的改变或串联电阻的改变、热导率的改变和谐振频率的改变，但在其它实施例中，所述三个参数可包含质量因子的改变、谐振频率的改变、热导率的改变、在一或多个温度下的热导率、在一或多个温度下的催化传感器响应、在第一温度下的热导率与在第二温度下的热导率的比率、在第一温度下的催化响应与在第二温度下的催化响应的比率、在给定温度下的催化响应与在给定温度下的热导率响应的比率、在一温度下的催化响应与谐振频率的比率、在一温度下的催化响应与R_m的比率、谐振频率与热导率的比率、在第一温度下的催化活性与在第二温度下的催化活性的比率、在给定温度下的催化活性与在给定温度下的热导率响应的比率、在一温度下的催化活性与谐振频率的比率、在一温度下的催化活性与R_m的比率、谐振频率与热导率的比率、在第一温度下的反应性与在第二温度下的反应性的比率、在给定温度下的反应性与在给定温度下的热导率响应的比率、在一温度下的反应性与谐振频率的比率、在一温度下的反应性与R_m的比率以及R_m与热导率的比率的组合。

虽然图11已描述为以三个参数识别样本中的一或多种气体，但本发明不如此受限制。在其它实施例中，可以更多参数确定气体的组成。图12A是在多维分析中可如何将四个参数可视化为六个二维投影的说明。换句话说，图12A说明四个个别参数如何产生相异的六对参数。图12A中说明的四个参数是以下各项的比率：F_R/TC_T2、R_m/TC_T2、TC_T1/TC_T2、和Exo_T1/Exo_T2，其中TC_T1是在第一温度下的热导率的改变，TC_T2是在第二温度下样本的热导率的改变，Exo_T1是在第一温度下的反应性(在第一温度下通过等式(8)确定)，也被称作在第一温度下的放热响应，且Exo_T2是在第二温度下的反应性(在第二温度下通过等式(8)确定)，也被称作在第二温度下的放热响应。图12A中的每一参数与样本组成之间的关系是近似线性的，且气体的混合物表现为线性组合。换句话说，且借助于非限制性实例，按体积计50％的戊烷和按体积计50％的丙烷的混合物位于按体积计100％的戊烷的样本与按体积计100％的丙烷的样本之间的近似中点处。图12A的投影中的正交性可预测多种分析物识别和浓度。借助于非限制性实例，甲烷和乙烷可展现谐振频率与串联电阻、热导率和反应性中的每一者的相似比率。然而，甲烷和乙烷可基于以下各项中的至少一者而区别于彼此：谐振频率与在一温度下的热导率改变的比率、在第一温度下的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率，以及在第一温度下的反应性与在第二温度下的反应性的比率。

因此，变量的各种组合和变量的比率可用以确定气体的组成。比率可包含谐振频率与在一温度下的热导率改变的比率、R_m与在一温度下的热导率改变的比率、在第一温度下的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率、在第一温度下的催化活性与在第二温度下的催化活性的比率、在第一温度下的反应性与在第二温度下的反应性的比率、在第一温度下的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率同在第一温度下的反应性与在第二温度下的反应性的比率之间的比率(例如，((ΔTCT1/ΔTCT1)/(Exo_T1/Exo_T2))、在给定温度下的催化活性与在给定温度下的热导率响应的比率、在一温度下的催化活性与谐振频率的比率、在一温度下的催化活性与R_m的比率、在一温度下的反应性与谐振频率的比率，以及在一温度下的反应性与R_m的比率。

因此，可基于由热导率传感器114、催化传感器112和阻尼传感器116中的一或多个测得的一或多个性质来分析和确定气体。所述一或多个性质可包含在第一温度下的热导率的改变、在第二温度下的热导率的改变、在第一温度下催化传感器112的响应、在第二温度下催化传感器112的响应、在第一温度下的催化活性、在第二温度下的催化活性、在第一温度下的反应性(放热响应)、在第二温度下的反应性(放热响应)、阻尼传感器116响应于暴露于样本的质量因子(例如，质量因子移位)、阻尼传感器116(例如在室温下)响应于暴露于样本的谐振频率(例如，谐振频率移位)、阻尼传感器116的串联电阻(阻尼)、在高温下阻尼传感器116的谐振频率、在高温下阻尼传感器116的质量因子、阻尼传感器116的较高模式谐振频率、阻尼传感器116响应于暴露于样本的等效电路参数移位、在第一温度下响应于暴露于样本的金属氧化物半导体电阻移位、在第二温度下响应于暴露于样本的金属氧化物半导体电阻移位或另一性质、所述性质中的一个与所述性质中的至少另一个的比率，及其组合。

图12B说明使用图12A中说明的相同数据(即，使用F_R/TC_T2、R_m/TC_T2、TC_T1/TC_T2和Exo_T1/Exo_T2的比率)用所谓的“雷达图表”或“雷达绘图”确定样本的至少一个性质(例如，至少一种组分的身份)的另一方法。不同气体在图12B中说明的绘图中可展现不同形状或“指纹”，因为气体的一或多个性质可不同。因此，例如用中央处理单元124(图1)或处理子系统140(图1)，可通过在绘图上标绘参数中的每一者的值且辨识图案或指纹来确定样本中的一或多种气体或分析物的身份。在一些实施例中，可基于指纹(例如，在指纹内的区域)的形状和大小中的至少一者确定一或多种气体的浓度。在一些实施例中，图12B和图12C的投影中的正交性可预测多种分析物识别和浓度。借助于非限制性实例，甲烷和乙烷可展现一或多个相似性质。然而，甲烷和乙烷可基于一或多个性质之间的差异而区别于彼此，例如Exo_T1、Exo_T2、TC_T1、TC_T2、R_m和F_R或其比率中的一或多者。因此，可基于样本的多维分析基于选自由以下各项组成的群组的一或多个(例如，两个更多更多)传感器参数而确定样本的一或多个性质：在第一温度下的热导率的改变、在第二温度下的热导率的改变、在第一温度下催化传感器的响应相对于基线的改变(例如，在第一温度下的催化活性)、在第二温度下催化传感器的响应相对于基线的改变(例如，在第二温度下的催化活性)、在第一温度下的反应性、在第二温度下的反应性、阻尼传感器116(图1)响应于暴露于样本的质量因子(例如，质量因子移位)、阻尼传感器116(例如在室温下)响应于暴露于样本的谐振频率(例如，谐振频率移位)、阻尼传感器116的串联电阻(阻尼)、在高温下阻尼传感器116的谐振频率、在高温下阻尼传感器116的质量因子、阻尼传感器116的较高模式谐振频率、阻尼传感器116对暴露于样本的等效电路参数移位、在第一温度下响应于暴露于样本的金属氧化物半导体电阻移位、在第二温度下响应于暴露于样本的金属氧化物半导体电阻移位，或另一性质。在一些实施例中，可基于传感器参数集合中的传感器参数中的每一个与传感器参数集合中的其它传感器参数中的每一个之间的关系来确定样本的所述一或多个性质。

虽然图12B说明雷达绘图包含六个变量，但本发明不如此受限制。在其它实施例中，雷达绘图可包含更少或更多变量。借助于非限制性实例，雷达绘图可包含三个变量、四个变量或五个变量。在其它实施例中，雷达绘图可包含多于六个变量，例如七个、八个、九个、十个等变量。图12C和图12D说明确定样本的至少一个性质的另一方法。参看图12C，可基于来自传感器组合的响应组合而确定样本的组成。借助于非限制性实例，检测器100(图1)可包含包括钼催化剂的催化传感器、包括金催化剂的催化传感器、包括钯催化剂的催化传感器、包括铂催化剂的催化传感器、热导率传感器、阻尼传感器、包括第一聚合物的经涂布微悬臂传感器、包括第二聚合物的经涂布微悬臂传感器、包括第三聚合物的经涂布微悬臂传感器、包括BPS-3聚合物的经涂布微悬臂传感器、包括经配置以与酸相互作用的涂层的经涂布微悬臂传感器、包括经配置以与氢键相互作用的涂层的经涂布微悬臂传感器、包括经配置以与苯基相互作用的涂层的经涂布微悬臂、包括经配置以与碱性气体相互作用的涂层的经涂布微悬臂、包括经配置以与一氧化碳相互作用的涂层的MOS传感器、包括经调配以与二氧化碳相互作用的涂层的MOS传感器、包括经调配以与硫化氢相互作用的涂层的MOS传感器。可测量来自传感器中的每一个响应于暴露于样本的响应的量值(或相对于基线响应的响应的改变)。可绘制所述响应以确定样本的组成。借助于非限制性实例，所关注的每一气体或分析物可展现不同的所谓的“指纹”。在一些实施例中，可基于指纹的大小确定样本中的不同分析物的浓度。可通过将来自每一传感器的响应与存储于查找表中的值进行比较、通过图案辨识技术或其组合来确定样本的组成。

图12D是展示雷达绘图(指纹)可如何响应于样本退出浓缩器或分离器而改变的时间序列，在所述时间序列中每一样本具有不同组成。浓缩器可含有随时间积聚一或多个分析物的吸附剂材料。当吸附剂材料受热时，分析物可解吸附。不同分析物在不同温度下解吸附，并因此当温度随时间斜变时在不同时间解吸附。在一些实施例中，检测器100(图1)可包含分离器110(图1)，其经定位以使得样本在传感器之前暴露于分离器110。借助于非限制性实例，分离器110可接近于传感器定位(例如，处于一位置以使得样本在暴露于热导率传感器、催化传感器和阻尼传感器之前通过分离器)。分离器110可包含气相色谱仪(GC)或柱，其具有用于各种气体分析物的不同运送时间，因此产生在不同时间退出所述柱的不同分析物。分离器110可经配置以分离样本的不同组分以使得传感器(例如，热导率传感器、催化传感器和阻尼传感器)在不同时间暴露于样本的不同组分。因此，样本的不同组分(例如，气体)可在不同时间洗提通过分离器，从而促进样本中的多于一种分析物的识别。在一些此类实施例中，处理子系统可经配置以基于特定组分洗提通过分离器的时间而针对样本中的每一组分产生不同指纹。

图13是说明确定气体样本的一或多个性质的方法1300的简化流程图。方法1300包含：动作1302，包含使检测器的一或多个传感器暴露于包含所关注的一或多个分析物的样本；动作1304，包含当热导率传感器处于第一温度时和当热导率传感器处于第二温度时测量样本的热导率；动作1306，包含测量在第一温度下和在第二温度下催化传感器的响应；动作1308，包含确定阻尼传感器响应于暴露于样本的一或多个性质；动作1310，包含确定经涂布微悬臂传感器和MOS传感器中的至少一者的一或多个性质；动作1312，包含针对温度、压力、相对湿度、绝对湿度和流动速率中的一或多者补偿在动作1304至1310中接收的响应；动作1314，包含基于在动作1302至1312中获得的信息确定样本的一或多个性质；动作1316，包含确定样本中的一或多种气体的存在(例如，身份)；以及动作1318，包含确定样本中的所述一或多种气体的浓度。

动作1302可包含使检测器的一或多个传感器暴露于包含所关注的一或多个分析物的样本。在一些实施例中，检测器可至少包含热导率传感器、催化传感器和阻尼传感器。在一些实施例中，检测器可进一步包含经涂布微悬臂传感器和MOS传感器中的至少一者。

动作1304可包含当热导率传感器在第一温度和第二温度下响应于暴露于样本时测量样本的热导率。在第一温度和第二温度中的每一者下的热导率可根据上文参考图4描述的方法400确定。在一些实施例中，可确定当热导率传感器处于第一温度和第二温度中的每一者时样本的热导率相对于在相应第一温度和第二温度中的每一者下的基线热导率的改变。换句话说，在一些实施例中，可在第一温度和第二温度中的每一者下确定ΔTC的值(等式(3))。

动作1306可包含测量在第一温度下和在第二温度下催化传感器对暴露于样本的响应。在一些实施例中，动作1306可以与动作1304基本上同时执行。可如上文参考上文参考图6描述的方法600所描述来确定在第一温度下和在第二温度下催化传感器的响应。在一些实施例中，动作1306可包含确定在第一温度和第二温度中的每一者下的催化活性(即，差量Cat(等式(7)))。

动作1308可包含确定阻尼传感器响应于暴露于样本的一或多个性质。在一些实施例中，动作1308可以与动作1304和1306基本上同时执行。所述一或多个性质可选自由以下各项组成的群组：阻尼传感器的谐振频率、串联电阻、串联电感、串联电容、并联电容、质量因子和带宽。可如上文参考图8A和图8B以及等式(9)和等式(10)所描述确定所述一或多个性质。

动作1310可包含确定经涂布微悬臂传感器和金属氧化物半导体传感器中的所述至少一者的可测量的一或多个性质，例如随温度而变的传感器的电阻或经涂布微悬臂传感器的至少一个谐振参数的改变。经涂布微悬臂传感器和金属氧化物半导体传感器中的所述至少一者可暴露于样本。电阻可以是金属氧化物半导体传感器中的所述至少一个与样本中的一或多个分析物的相互作用的指示。经涂布微悬臂传感器的至少一个谐振参数的改变可以是经涂布微悬臂传感器与样本中的一或多个分析物的相互作用的指示。

动作1312可包含针对温度、压力、相对湿度、绝对湿度和流动速率中的一或多者补偿在动作1304至1310中接收的响应。所述补偿可基于以例如一或多个环境传感器118(图1)测得的样本的温度、压力、相对湿度、绝对湿度和/或流动速率。

动作1314可包含基于在动作1304至1312中获得的信息确定样本的一或多个性质。借助于非限制性实例，所述一或多个性质可包含当热导率传感器在第一温度下响应于暴露于样本时样本的热导率相对于在第一温度下的基线热导率的改变、当热导率传感器在第二温度下响应于暴露于样本时样本的热导率相对于在第二温度下的基线热导率的改变、当催化传感器处于第一温度时催化传感器的催化响应、当催化传感器处于第二温度时催化传感器的催化响应、当催化传感器处于第一温度时催化传感器的催化活性、当催化传感器处于第二温度时催化传感器的催化活性、在第一温度下的放热响应、在第二温度下的放热响应、阻尼传感器的谐振频率的改变、阻尼传感器的带宽或质量因子的改变、在一或多个温度下的MOS传感器的电阻，或另一性质。

动作1316可包含确定样本中的一或多种气体的身份(例如，存在)。可基于本文所描述的方法中的任一者确定一或多种气体的存在。在一些实施例中，可基于以下各项中的一或多项确定样本中的一或多种气体的身份：在第一温度下的热导率改变与在第二温度下的热导率改变的比率、在第一温度下的反应性改变与在第二温度下的反应性改变的比率、在第一温度下的催化活性与在第二温度下的催化活性的比率、在一温度下的热导率改变与在同一温度下的反应性改变的比率、暴露于样本的阻尼传感器的质量因子与热导率改变的比率、质量因子与谐振频率的比率、在两个温度下的热导率改变比率与在所述两个温度下的反应性改变比率的比率(即，(TC_T1/TC_T2)/(Exo_T1/Exo_T2)，或其组合。

动作1318可包含确定样本中的一或多种气体的浓度。可基于本文所描述的方法中的任一者确定一或多种气体的浓度。

虽然图13被说明为包含特定次序，但本发明不如此受限制。在一些实施例中，确定气体的一或多个性质的方法可不包含参考图13所说明和描述的所有动作。在一些实施例中，动作1302至1318可以按任何次序执行。

图14中说明适合于识别一或多种可燃气体的根据一个实施例的简化过程流程图。在动作1410，利用催化传感器和热导率传感器确定放热气体是否存在。动作1465包含如果未检测放热气体的存在则更新基线数据。可根据上文的等式(8)，响应于Exo(新)的非零值(例如具有大于预定阈值的量值的Exo(新)值)而检测放热气体的存在。如果未检测到反应起始，那么更新用于催化传感器和热导率传感器的基线数据。如果检测到放热气体，那么在动作1415使用最后存储的基线作为基线值，且可重复过程而无需基线更新直到不再检测到放热反应为止。在动作1420针对温度、压力、湿度(相对湿度、绝对湿度或这两者)和流动速率的环境影响补偿测得的结果。

在1460计算向量差量功率(与TC改变成比例)对差量频率(与粘性阻尼或改变成比例)的斜率。换句话说，动作1460包含根据上文的等式(4)确定差量TC的改变与阻尼传感器的谐振频率改变的比率。所述斜率，且因此所述比率，可用以在动作1455确定气体ID和适当校准以用于后续处理。校准可在实验室中确定，且可用以基于校准值以及差量TC值的量值和谐振频率值确定所识别气体的浓度。一旦应用校准数据，差量功率对差量频率向量的量值便可用以在动作1440确定气体浓度，有时表达为可燃气体的百分比爆炸下限(LEL)，而且在气体的身份确定且％LEL与ppm之间的关系已知的情况下表达为百万分率(ppm)。量值可基于以下等式(11)而确定：

量值＝(VD²+TC²)^1/2 (11)，

其中VD是粘性阻尼且TC是热导率。

应注意，在一些实施例中，在不首先识别气体以使得可应用适当校准的情况下无法准确量化气体浓度，因为量值随着气体类型变化。

进一步气体数据区分分析在动作1445利用来自热导率传感器的在多个温度下收集的TC数据。各种气体的TC随着温度增加而增加。由于TC的速率和量值随温度的增加是按气体类型唯一的，因此TC对温度向量的量值和斜率可在分析中用作额外的气体浓度和身份区分因子。

在分析的完成时，在动作1450报告结果且可使用经处理数据来更新补偿和校准数据。举例来说，可将催化传感器响应的量值与差量功率对差量频率向量的量值进行比较。如果催化响应已经由于毒化或老化而减弱，那么可对催化响应应用适当的补偿。如果在预设限制内无法补偿或校准催化传感器的响应，或其已经降级到低于可接受的性能阈值，那么报告故障。

图15A是根据本发明的实施例且适合于可燃和非可燃气体检测和识别应用的确定样本的一或多个性质的另一实施例的简化流程图。所述方法包含在动作1502确定是否存在样本的热导率相对于基线热导率的移位(例如，改变)(即，ΔTC的值是否大于预定数字或是非零值)。如果在动作1502不存在样本的热导率的改变，那么所述方法包含在动作1504根据需要更新从一或多个传感器接收的基线值。动作1506包含建立在第一温度下(即，当热导率传感器处于第一温度时)样本的热导率和在第二温度下(即，当热导率传感器处于第二温度时)样本的热导率。动作1508可包含针对温度、压力、相对湿度、绝对湿度和流动速率中的至少一者执行环境补偿。动作1512可包含确定在第一温度下的热导率与在第二温度下的热导率的向量的斜率、方向或这两者。在一些实施例中，确定向量的斜率可包含确定在第一温度下样本的热导率(例如，在第一温度下传感器的响应)与在第二温度下样本的热导率(例如，在第二温度下传感器的响应)的比率。动作1514可包含将向量的斜率、方向或这两者与存储于数据库(例如，存储器)中的值进行比较以确定样本中的一或多种气体的身份且选择适当校准数据(例如，k因子)。动作1516可包含根据上文的等式(5)确定一或多种气体的浓度(C)(例如百分比爆炸下限(％LEL)或ppm)。在一些实施例中，可基于在单个温度下的热导率确定浓度。在一些此类实施例中，可基于以下等式(12)确定浓度：

C＝k(TC_T1) (12)，

动作1518可包含向处理器报告结果，且更新数据库中的补偿和校准数据。

图15B是不利用催化传感器(即，催化传感器112)且因此适合用于可燃和非可燃气体检测和识别应用的确定样本的至少一个性质的另一实施例的简化流程图。在图15B中，附图标记可对应于图14的附图标记，不同之处在于附图标记以“15”开始而不是“14”。因此，附图标记1520、1560、1555、1540、1545、1550、1565可分别对应于附图标记1420、1460、1455、1440、1445、1450和1465。在此实施例中，在动作1510监视阻尼传感器和热导率传感器的谐振频率以检测VD或TC的移位(ΔVD或ΔTC)。如果在动作1510中未检测到VD或TC的移位，那么在动作1565更新用于TC和VD的基线值且重复动作1510。当检测到从基线数据的移位时发起在动作1515的后续处理。在处理中还可以使用其它传感器，例如MOS和经涂布微悬臂传感器，以提供增加的气体类型选择性，如图16中所图示。

图16展示利用本发明的方面的过程流程图。应当了解可以更改处理的确切排序，且展示为并行地操作的一些过程可以循序地执行。为了最佳了解图16说明的处理可能，考虑其关于以下气体的操作：氦气(He)、氢气(H₂)、甲烷(CH₄)、硫化氢(H₂S)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)。

方法可包含动作1612，其包含读取传感器(例如，催化传感器、热导率传感器、阻尼传感器、MOS传感器、经涂布微悬臂传感器等)且针对样本的温度、压力、相对湿度、绝对湿度和流动速率的环境影响补偿所述传感器。氦气、氢气和甲烷具有相似的TC和VD性质，使得单独使用这些性质难以区分它们。氦气是非可燃的，因此在动作1614将不检测到放热反应(例如，放热事件)。取决于在动作1634使用的MOS和经涂布微悬臂的混合，氦气可以或不可以具有交叉灵敏度，在此实例中假设对MOS或经涂布微悬臂不存在交叉灵敏度，且处理将前进到在动作1648检查ΔTC或ΔVD改变。氦气将触发ΔTC和ΔVD两者的检测到的改变，因此其将在动作1650被分类为非可燃的而无交叉灵敏度，且处理将前进到在动作1620建立用于TC和VD的基线响应，同时也确定TC对VD向量的斜率。接着在动作1652将从存储的无交叉灵敏度的非易燃物品的斜率列表通过其斜率来识别氦气。在恰当地识别氦气的情况下，在动作1624可使用校准数据和TC对VD向量的量值现在确定浓度。TC对VD向量的量值可与气体浓度成比例，但按气体类型变化，因此有必要应用对气体识别唯一的校准数据以确定恰当浓度。在过程中的此时，氦气已区分于氢气和甲烷且已恰当地识别和量化。

TC对温度也是按气体类型唯一的且可进一步用以精炼分析结果，且在动作1628作为总体传感器性能或故障检测的系统验证/置信度检查。可在动作1630在多维分析中比较来自所有传感器的数据。图12B和图12C中说明此多维“指纹”分析的实例。图12D说明当分离器110(图1)或气相色谱仪在系统传感器前方(接近)使用时可如何在时间序列中应用此分析。在动作1632中报告结果，更新补偿值，更新校准值，且报告任何检测到的故障。随后重复处理而无需更新基线数据值。如果通过在动作1614的放热事件、在动作1636或1648的ΔTC或ΔVD未检测到气体，那么更新基线数据然后重复过程。

接着考虑具有H₂或CH₄的流，两者是具有相似的ΔTC对ΔVD向量的可燃气体。将检测在动作1614的放热反应(事件)(例如反应性或放热响应，如通过大于预定阈值的Exo(新)值确定)，且在动作1616将保存反应起始(起燃)温度和放热反应(事件)的量值。在还检测到MOS或经涂布微悬臂响应的情况下，在动作1618的可燃检测信息在动作1638与MOS/经涂布微悬臂处理共享，因此可分析适当传感器交叉灵敏度。在动作1620确定与基线值进行比较的ΔTC对ΔVD向量，且在动作1622通过向量斜率和反应起始(起燃)温度识别可燃气体。H₂通过其较低的反应起始(起燃)温度而区分于CH₄。在恰当地识别气体的情况下，在动作1626应用适当的ΔTC对ΔVD量值校准数据以确定气体浓度。剩余处理与先前针对He描述相同，且重复过程而无需更新基线值直到不再检测到放热事件为止。如果多种可燃气体存在，那么将观察多个起燃温度且可用以识别个别气体组分。再次参考图3C，可基于在第一温度下的热导率与在第二温度下的热导率的比率确定样本中的多个气体。可基于k因子确定其浓度。在一些实施例中，气体的混合物可展现取决于混合物的组成的比率。仅借助于实例，包含50％己烷和50％氢气的混合物可具有约等于个别组分的平均比率的在第一温度下的热导率与在第二温度下的热导率的比率。

列表中将考虑的下一气体是H₂S。在一些实施例中，H₂S MOS传感器可以比通过ΔTC或ΔVD可检测到的浓度低得多的浓度检测H₂S。在此情况下，将在动作1634通过H₂S MOS传感器检测H₂S，但在动作1636通过ΔTC或ΔVD移位将检测不到。处理将前进到在动作1644将气体识别为具有类似于空气的ΔTC或ΔVD而具有MOS响应，或在H₂S的情况下ΔTC或ΔVD可能太小而检测不到。将在动作1646将气体识别为H₂S且处理将前进到在动作1630的多维分析。在动作1632报告结果之后，将在动作1642更新基线，因为未检测到ΔTC或ΔVD移位。整个过程将随后重复。

一氧化碳(CO)是也可容易用MOS传感器检测的气体。COΔTC和ΔVD移位类似于标准空气组成的所述移位，且因此将不产生显著的ΔTC或ΔVD移位。在H₂S和CO两者的情况下，在动作1630的多维分析有用于恰当地识别和量化不存在ΔTC或ΔVD移位的气体。

二氧化碳(CO₂)是不容易通过MOS传感器检测的气体。由于其非可燃，因此在动作1614通过放热事件将检测不到，在动作1634通过MOS传感器也检测不到。CO₂将在动作1648产生ΔTC或ΔVD移位，且将在动作1650通过在动作1620的ΔTC对ΔVD向量斜率识别为非可燃而无需MOS响应列表。在动作1624将在应用适当校准数据的情况下从ΔTC对ΔVD量值确定浓度。处理将如先前实例中前进。MOS和经涂布微悬臂也可用以在动作1624的量值校准选择的选择之前通过在动作1640分析交叉灵敏度而剖析任何TC对VD向量不明确性的识别。

组合了在动作1630的响应且如图12B和图12C中说明的多维分析可以极低浓度水平识别和量化多种气体和挥发性有机化合物(VOC)。

图17是说明根据本发明的一些实施例的确定样本的一或多个性质的方法的流程图。方法1700可包含动作1710，其包含执行无涂层(或具有基本上惰性涂层)的微悬臂传感器(例如，阻尼传感器116(图1))的压电式元件的频率扫掠，且测量惰性微悬臂传感器的振幅响应和谐振频率。在中央处理单元(CPU)124(图1)的控制下通过扫掠频率电压驱动微悬臂传感器。数控振荡器或频率合成器执行对压电式元件或压阻式元件的数/模(D/A)转换器120(图1)扫掠频率驱动。CPU 124经由模/数(A/D)转换器120读回所感测电压振幅和相位以检测驱动电压频率何时经过微悬臂的机械谐振频率。可使用例如等效电路模型根据在频率扫掠期间获得的数据确定微悬臂传感器的电感、串联电容、并联电容、串联电阻、谐振频率、质量因子和带宽中的一或多者，如上文参考等式(9)和等式(10)所述。

动作1720可包含使参考微热板传感器(例如，热导率传感器112(图1))和催化微热板传感器(例如，催化传感器112(图1))暴露于参考(例如，空气)且使其温度斜变。可在每一温度下测量参考到微热板传感器(例如，热导率传感器)和催化微热板传感器中的每一者的功率、电阻、电压和电流，如上文参考等式(1)至(3)、(7)和(8)所述。动作1730可包含在数据库中存储传感器响应和校准数据。在动作1730，数据库存储在分析中使用的传感器响应、训练数据和校准数据。

动作1740包含使热导率传感器和催化微热板传感器的温度重新斜变，且分别根据上文描述的等式(3)、(7)和(8)确定ΔTC、差量Cat和Exo(新)中的每一者。如果所得放热信号中的功率Exo(新)偏离其标称值，那么在动作1750检测到放热反应，下文称为起燃事件。起燃的温度是检测到的气体类型的另一识别符。在不同温度下的多次起燃是在样本中存在的多种可燃气体的指示。因此，动作1750包含确定Exo(新)偏离其标称值(例如，零)时的一或多个温度。Exo(新)偏离标称值时的一或多个温度可用以识别样本中的一或多种气体的存在。

动作1760可包含使MOS传感器暴露于样本。MOS传感器数据包含在分析中使用的传导性对温度以及MOS电化学测量值。

可用由环境传感器118测得的数据针对温度、湿度和压力条件补偿测得的谐振频率。动作1770可包含针对温度、相对湿度、绝对湿度和压力中的一或多者补偿谐振频率、热导率微悬臂的响应和催化微悬臂的响应中的一或多者。

动作1780可包含分析从传感器中的每一个接收的数据。所述分析可包含使用数据库中的数据校准传感器。动作1780可包含基于传感器响应于暴露于样本的响应而确定样本的一或多个性质。

下文阐述本发明的额外非限制性实例实施例。

实施例1：一种用于检测、识别和量化气体的系统，所述系统包括：微热板传感器，其感测气体的热导率；微悬臂探针传感器，其感测气体的粘性阻尼；以及子系统，其与所存储基线响应相比而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，从所得向量斜率确定气体识别，且从根据特定气体识别校准的所得向量量值确定气体浓度。

实施例2：一种用于检测、识别和量化可燃气体的系统，所述系统包括：微热板催化传感器，其检测气体的放热反应和起燃温度；微热板参考传感器，其感测气体的热导率且还用以补偿催化传感器；微悬臂探针传感器，其感测粘性阻尼；以及子系统，其利用放热反应的检测来触发额外处理，且相对于所存储基线响应而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，其中分析热导率、粘性阻尼和起燃温度数据以确定所述可燃气体的识别，且其中从基于所述气体识别校准的所得向量量值确定所述气体的浓度。

实施例3：一种用于检测、识别和量化气体的系统，所述系统包括：微热板催化传感器，其检测气体的放热反应和起燃温度；微热板参考传感器，其感测气体的热导率且还用以补偿催化传感器；微悬臂探针传感器，其感测粘性阻尼；多个微热板MOS传感器；以及子系统，其剖析可燃与非可燃气体，相对于所存储基线响应而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，通过起燃温度和热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体，通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体，利用MOS传感器响应来剖析气体识别不明确性以识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体，且通过将所存储气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化具有检测到的热导率和粘性阻尼改变的气体。

实施例4：一种用于检测、识别和量化气体的系统，所述系统包括：微热板催化传感器，其检测气体的放热反应和起燃温度；微热板参考传感器，其感测气体的热导率且用以补偿催化传感器；微悬臂探针传感器，其感测粘性阻尼；多个微热板MOS传感器；多个经涂布微悬臂传感器；以及子系统，其剖析可燃与非可燃气体，与所存储基线响应相比而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，通过起燃温度、热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体，通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体，利用MOS传感器响应和经涂布微悬臂响应来剖析气体识别不明确性且识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体，以及通过将所存储气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化具有检测到的热导率和粘性阻尼改变的气体。

实施例5：一种用于检测、识别和量化气体的系统，所述系统包括：微热板传感器，其感测气体的热导率；微悬臂探针传感器，其感测气体的粘性阻尼；以及子系统，其与所存储基线响应相比而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，从所得向量斜率确定气体识别，且从根据特定气体识别校准的所得向量量值确定气体浓度。

实施例6：一种用于检测、识别和量化可燃气体的系统，所述系统包括：微热板催化传感器，其检测气体的放热反应和起燃温度；微热板参考传感器，其感测气体的热导率且还用以补偿催化传感器；微悬臂探针传感器，其感测粘性阻尼；以及子系统，其利用放热反应的检测来触发额外处理，且相对于所存储基线响应而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，其中分析热导率、粘性阻尼和起燃温度数据以确定所述可燃气体的识别，且其中从基于所述气体识别校准的所得向量量值确定所述气体的浓度。

实施例7：一种用于检测、识别和量化气体的系统，所述系统包括：微热板催化传感器，其检测气体的放热反应和起燃温度；微热板参考传感器，其感测气体的热导率且还用以补偿催化传感器；微悬臂探针传感器，其感测粘性阻尼；多个微热板MOS传感器；以及子系统，其剖析可燃与非可燃气体，相对于所存储基线响应而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，通过起燃温度和热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体，通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体，利用MOS传感器响应来剖析气体识别不明确性以识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体，且通过将所存储气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化具有检测到的热导率和粘性阻尼改变的气体。

实施例8：一种用于检测、识别和量化气体的系统，所述系统包括：微热板催化传感器，其检测气体的放热反应和起燃温度；微热板参考传感器，其感测气体的热导率且用以补偿催化传感器；微悬臂探针传感器，其感测粘性阻尼；多个微热板MOS传感器；多个经涂布微悬臂传感器；以及子系统，其剖析可燃与非可燃气体，与所存储基线响应相比而测量、补偿和分析热导率对粘性阻尼向量，通过起燃温度、热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体，通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体，利用MOS传感器响应和经涂布微悬臂响应来剖析气体识别不明确性且识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体，以及通过将所存储气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化具有检测到的热导率和粘性阻尼改变的气体。

实施例9：实施例1至8中的任一者所述的系统，其进一步在多个温度下测量热导率且利用所得热导率对温度向量作为气体浓度和识别的额外量度。

实施例10：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中气体的热导率是在大于环境温度的温度下测得。

实施例11：实施例1至8中的任一者所述的系统，其按照与空气相比较不稠密的气体和与空气相比较稠密的气体来剖析气体。

实施例12：实施例1至8中的任一者所述的系统，其进一步包括温度传感器，所述温度传感器用以针对温度变化补偿微热板和微悬臂传感器测量值。

实施例13：实施例1至8中的任一者所述的系统，其进一步包括湿度传感器，所述湿度传感器用以针对湿度变化补偿微热板和微悬臂传感器测量值。

实施例14：实施例1至8中的任一者所述的系统，其进一步包括压力传感器，所述压力传感器用以针对压力变化补偿微热板和微悬臂传感器测量值。

实施例15：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中从催化传感器响应减去参考传感器响应以针对温度、压力、湿度和流动变化补偿催化传感器。

实施例16：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中在气体的检测之前存储来自传感器中的每一个的基线响应且随后从每一传感器的响应减去所述基线响应以产生在进一步分析中使用的差量响应。

实施例17：实施例1至8中的任一者所述的系统，其进一步包括过滤器，所述过滤器选择性限制从外部气体环境到微热板的气体流。

实施例18：实施例1至8中的任一者所述的系统，其进一步包括位于微热板与外部气体环境之间的阻焰器。

实施例19：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中导出微悬臂的质量因子且用以剖析密度和粘度的粘性阻尼分量的个别贡献，其中利用密度、粘度和热导率的组合分析来识别气体组分识别及其浓度。

实施例20：实施例2至4或6至8中的任一者所述的系统，其中将从微热板参考传感器、微热板催化传感器和微悬臂传感器响应测得的响应彼此进行比较以补偿传感器漂移且检测故障。

实施例21：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中所述电路在测量之间以减少的功率操作。

实施例22：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中用于传感器的校准数据存储于非易失性存储器中且用以校准传感器测量值。

实施例23：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中用于量化气体浓度的校准数据存储于非易失性存储器中且基于气体身份而选择。

实施例24：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中不同气体的传感器响应曲线存储于非易失性存储器中。

实施例25：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中以单个压电式元件驱动和感测微悬臂振动。

实施例26：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中以压电式元件驱动且以压阻式元件感测微悬臂振动。

实施例27：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中压阻式元件用以热驱动微悬臂中的振动。

实施例28：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中压阻式元件用以感测微悬臂中的振动。

实施例29：实施例27或实施例28所述的系统，其中压阻式元件通过沉积多晶硅而形成于单晶硅层上，其中电介质层定位于所述单晶硅层与压阻式层之间。

实施例30：实施例27或实施例28所述的系统，其中所述压阻式元件包括薄膜金属层。

实施例31：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中电阻加热器包含在微悬臂的表面上以用于设定和感测微悬臂的温度。

实施例32：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中将从所有传感器收集的数据与存储的指纹数据库进行比较以检测、识别和量化经取样气体。

实施例33：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中气体在暴露于传感器之前经浓缩。

实施例34：实施例1至8中的任一者所述的系统，其中气体在暴露于传感器之前通过分离器。

实施例35：实施例34所述的系统，其中通过分离器的气体运送时间按气体类型变化。

实施例36：实施例35所述的系统，其中所述分离器是气相色谱仪。

实施例37：实施例35所述的系统，其中气体在一时间中周期性地经取样且与存储的指纹数据和分离器的已知气体运送时间相关。

实施例38：实施例2至4或6至8中的任一者所述的系统，其中在催化微热板和催化参考微热板两者上温度以预定温度阶梯斜变，且通过测量到微热板上的电阻加热器的电压和电流来监视实现每一温度阶梯所需的功率。

实施例39：实施例38所述的系统，其中从当前温度斜变减去实现先前测得的基线温度斜变的每一温度阶梯所需的功率以产生差量催化信号和差量催化参考信号。

实施例40：实施例39所述的系统，其中从差量催化信号减去差量催化参考信号以产生与由催化传感器产生的放热热量信号成比例的测量值。

实施例41：一种检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼；针对温度、压力和湿度的影响补偿热导率和粘性阻尼；相对于所存储的基线确定热导率对粘性阻尼向量的斜率和量值；通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化气体。

实施例42：一种检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的放热反应和起燃温度；检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼；针对温度、压力和湿度的影响补偿热导率和粘性阻尼；相对于所存储的基线确定热导率对粘性阻尼向量的斜率和量值；通过热导率对粘性阻尼向量的斜率和起燃温度识别气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化气体。

实施例43：一种用于检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的放热反应和起燃温度；检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼；从多个MOS传感器收集响应；针对温度、压力和湿度补偿检测到的响应，剖析可燃与非可燃气体；相对于所存储的基线通过起燃温度和热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体；相对于所存储的基线通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体；利用MOS传感器响应来剖析气体识别不明确性且识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而以检测到的对热导率和粘性阻尼的改变来量化气体。

实施例44：一种用于检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的放热反应和起燃温度；检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼：从多个MOS传感器收集响应；从多个微悬臂传感器收集响应；针对温度、压力和湿度补偿所有传感器响应，剖析可燃与非可燃气体；相对于所存储的基线通过起燃温度和热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体；相对于所存储的基线通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体；利用MOS传感器响应和经涂布微悬臂响应来剖析气体识别不明确性且识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而以检测到的对热导率和粘性阻尼的改变来量化气体。

实施例45：一种检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼；针对温度、压力和湿度的影响补偿热导率和粘性阻尼；相对于所存储的基线确定热导率对粘性阻尼向量的斜率和量值；通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化气体。

实施例46：一种检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的放热反应和起燃温度；检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼；针对温度、压力和湿度的影响补偿热导率和粘性阻尼；相对于所存储的基线确定热导率对粘性阻尼向量的斜率和量值；通过热导率对粘性阻尼向量的斜率和起燃温度识别气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而量化气体。

实施例47：一种用于检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的放热反应和起燃温度；检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼；从多个MOS传感器收集响应；针对温度、压力和湿度补偿检测到的响应，剖析可燃与非可燃气体；相对于所存储的基线通过起燃温度和热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体；相对于所存储的基线通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体；利用MOS传感器响应来剖析气体识别不明确性且识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而以检测到的对热导率和粘性阻尼的改变来量化气体。

实施例48：一种用于检测、识别和量化气体的方法，所述方法包括：检测气体的放热反应和起燃温度；检测气体的热导率；检测气体的粘性阻尼：从多个MOS传感器收集响应；从多个微悬臂传感器收集响应；针对温度、压力和湿度补偿所有传感器响应，剖析可燃与非可燃气体；相对于所存储的基线通过起燃温度和热导率对粘性阻尼向量的斜率识别可燃气体；相对于所存储的基线通过热导率对粘性阻尼向量的斜率识别非可燃气体；利用MOS传感器响应和经涂布微悬臂响应来剖析气体识别不明确性且识别和量化不可通过热导率对粘性阻尼向量检测的气体；以及通过将所存储的气体特定校准应用于热导率对粘性阻尼向量的量值而以检测到的对热导率和粘性阻尼的改变来量化气体。

实施例49：实施例41至48中的任一者所述的方法，其进一步在多个温度下测量热导率且利用所得热导率对温度向量作为气体浓度和识别的额外量度。

实施例50：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中在大于环境温度的温度下测量气体的热导率。

实施例51：实施例41至48中的任一者所述的方法，其按照与空气相比较不稠密的气体和与空气相比较稠密的气体来剖析气体。

实施例52：实施例41至48中的任一者所述的方法，其进一步利用温度传感器，所述温度传感器用以针对温度变化补偿微热板和微悬臂传感器测量值。

实施例53：实施例41至48中的任一者所述的方法，其进一步利用湿度传感器，所述湿度传感器用以针对湿度变化补偿微热板和微悬臂传感器测量值。

实施例54：实施例41至48中的任一者所述的方法，其进一步利用压力传感器，所述压力传感器用以针对压力变化补偿微热板和微悬臂传感器测量值。

实施例55：实施例42至44或46至48中的任一者所述的方法，其中从催化传感器响应减去参考传感器响应以针对温度、压力、湿度和流动变化补偿催化传感器。

实施例56：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中在气体的检测之前存储来自传感器中的每一个的基线响应且随后从每一传感器的响应减去所述基线响应以产生在进一步分析中使用的差量响应。

实施例57：实施例41至48中的任一者所述的方法，其进一步利用过滤器，所述过滤器选择性限制从外部气体环境到微热板的气体流。

实施例58：实施例41至48中的任一者所述的方法，其进一步利用位于微热板与外部气体环境之间的阻焰器。

实施例59：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中导出微悬臂的质量因子且用以剖析密度和粘度的粘性阻尼分量的个别贡献，其中利用密度、粘度和热导率的组合分析来识别气体组分识别及其浓度。

实施例60：实施例42至44或46至48中的任一者所述的方法，其中将从微热板参考传感器、微热板催化传感器和微悬臂传感器响应测得的响应彼此进行比较以补偿传感器漂移且检测故障。

实施例61：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中在测量之间以减少的功率操作电路。

实施例62：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中用于传感器的校准数据存储于非易失性存储器中且用以校准传感器测量值。

实施例63：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中用于量化气体浓度的校准数据存储于非易失性存储器中且基于气体身份而选择。

实施例64：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中不同气体的传感器响应曲线存储于非易失性存储器中。

实施例65：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中使用微悬臂感测粘性阻尼且使用单个压电式元件驱动和检测微悬臂振动。

实施例66：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中使用微悬臂感测粘性阻尼，且以压电式元件驱动且以压阻式元件感测微悬臂振动。

实施例67：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中使用微悬臂感测粘性阻尼且使用压阻式元件热驱动微悬臂中的振动。

实施例68：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中使用微悬臂感测粘性阻尼且使用压阻式元件感测微悬臂中的振动。

实施例69：实施例67或实施例68所述的方法，其中压阻式元件通过沉积多晶硅而形成于单晶硅层上，其中电介质层定位于所述单晶硅层与压阻式层之间。

实施例70：实施例67或实施例68所述的方法，其中压阻式元件由薄膜金属层形成。

实施例71：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中将从所有传感器收集的数据与存储的指纹数据库进行比较以检测、识别和量化经取样气体。

实施例72：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中气体在暴露于传感器之前经浓缩。

实施例73：实施例41至48中的任一者所述的方法，其中气体在暴露于传感器之前通过分离器。

实施例74：实施例73所述的方法，其中通过分离器的气体运送时间按气体类型变化。

实施例75：实施例73所述的方法，其中分离器是气相色谱仪。

实施例76：实施例73所述的方法，其中气体在一时间中周期性地经取样且与存储的指纹数据和分离器的已知气体运送时间相关。

实施例77：实施例42至44或46至48中的任一者所述的方法，其中在催化微热板和催化参考微热板两者上温度以预定温度阶梯斜变，且通过测量到微热板上的电阻加热器的电压和电流来监视实现每一温度阶梯所需的功率。

实施例78：实施例77所述的方法，其中从当前温度斜变减去实现先前测得的基线温度斜变的每一温度阶梯所需的功率以产生差量催化和差量催化参考信号。

实施例79：实施例78所述的方法，其中从差量催化信号减去差量催化参考信号以产生与由催化传感器产生的放热热量信号成比例的测量值。

实施例80：一种用于确定一或多个样本的一或多个性质的系统，所述系统包括：热导率传感器，其经配置以在两个或更多个温度下测量热导率传感器对暴露于样本的响应；以及处理子系统，其经配置以：响应于热导率传感器的输出确定在所述两个或更多个温度中的每一个温度下的样本的热导率；以及至少部分地基于在所述两个或更多个温度中的每一个温度下的样本的热导率而确定所述样本的至少一种组分的存在。

实施例81：实施例80所述的系统，其中处理子系统经配置以通过从在所述两个或更多个相应温度中的每一温度下热导率传感器对暴露于样本的响应减去热导率传感器的基线响应而确定在所述两个或更多个温度中的每一温度下的样本的热导率。

实施例82：实施例80或实施例81所述的系统，其中处理子系统经配置以基于在所述两个或更多个温度中的第一温度下样本的热导率与在所述两个或更多个温度中的第二温度下样本的热导率的比率而确定样本的身份。

实施例83：实施例80至82中的任一者所述的系统，其中处理子系统进一步经配置以基于在第一温度下样本的热导率和在第二温度下样本的热导率中的至少一者而确定样本的浓度。

实施例84：实施例80至83中的任一者所述的系统，其进一步包括催化微热板传感器，其中处理子系统进一步经配置以响应于在所述两个或更多个温度中的每一温度下使催化微热板传感器暴露于样本而接收催化微热板传感器的输出。

实施例85：实施例84所述的系统，其中催化微热板传感器经定位以与热导率传感器暴露于在所述两个或更多个温度中的每一温度下的样本在同时暴露于在所述两个或更多个温度中的每一温度下的样本。

实施例86：实施例84或实施例85所述的系统，其中处理子系统经配置以确定在第一温度下的催化微热板传感器对暴露于在第一温度下的样本的输出与在第二温度下的催化微热板传感器对暴露于在第二温度下的样本的输出的比率。

实施例87：实施例84至86中的任一者所述的系统，其中处理子系统经配置以基于热导率传感器的输出补偿催化微热板传感器的输出。

实施例88：实施例84至87中的任一者所述的系统，其中处理子系统经配置以基于催化微热板传感器的输出确定放热反应和反应起始中的一者的温度。

实施例89：实施例84至88中的任一者所述的系统，其中处理子系统进一步经配置以基于在所述两个更多温度中的一或个温度下催化微热板传感器的输出的量值与热导率传感器的输出的量值中的至少一者确定样本的至少一种组分的浓度。

实施例90：实施例84至89中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以暴露于气体样本的微悬臂传感器，其中处理子系统经配置以确定微悬臂传感器的至少一个性质，微悬臂传感器的所述至少一个性质选自由微悬臂传感器的质量因子、谐振频率、串联电容、串联电感、串联电阻、粘性阻尼和带宽组成的群组，其中处理子系统经配置以至少部分地基于微悬臂传感器的所述至少一个性质确定样本的至少一种组分的存在。

实施例91：实施例90所述的系统，其中处理子系统经配置以基于在所述两个或更多个温度中的一或多个温度下样本的粘性阻尼和样本的热导率而确定样本的所述至少一种组分的浓度。

实施例92：实施例80至91中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的经涂布微悬臂传感器和金属氧化物半导体传感器中的至少一者。

实施例93：一种用于确定样本的至少一个性质的系统，所述系统包括：惰性微悬臂，其经定位以暴露于包括所关注的分析物的样本；以及处理子系统，其包括：存储器，其包含基线数据，所述基线数据包括惰性微悬臂的谐振频率以及惰性微悬臂响应于暴露于参考样本的质量因子和串联电阻中的至少一者；以及处理器，其经配置以至少部分地基于谐振频率的改变以及惰性微悬臂响应于暴露于样本的质量因子和串联电阻的改变中的至少一者而确定所关注的分析物的存在。

实施例94：实施例93所述的系统，其进一步包括热导率传感器，其中处理子系统进一步经配置以基于在一或多个温度下样本的热导率而确定所关注的分析物的存在。

实施例95：实施例93或实施例94所述的系统，其中处理子系统经配置以基于谐振频率改变的量值、惰性微悬臂响应于暴露于样本的质量因子改变的量值以及串联电阻改变的量值中的至少一者而确定所关注的分析物的浓度。

实施例96：一种确定样本的至少一个性质的方法，所述方法包括：使检测器的热导率传感器暴露于样本；确定在第一温度下和在第二温度下样本的热导率；以及至少部分地基于在第一温度下样本的热导率与在第二温度下样本的热导率的比率而确定样本中的一或多个分析物的存在。

实施例97：实施例96所述的方法，其进一步包括将第一温度选择为在约50℃与约250℃之间且将第二温度选择为在约300℃与约800℃之间。

实施例98：实施例96或实施例97所述的方法，其进一步包括基于在第一温度下样本的热导率和在第二温度下样本的热导率而确定所述一或多个分析物的浓度。

实施例99：实施例96至98中的任一者所述的方法，其进一步包括将第一温度和第二温度选择为大于在选定大气压力下的水的沸点。

实施例100：实施例96至99中的任一者所述的方法，其进一步包括将第一温度和第二温度中的至少一者选择为空气的热导率与水的热导率大体上相同的温度。

实施例101：实施例96至100中的任一者所述的方法，其进一步包括在第一温度和第二温度下使催化微热板传感器暴露于样本，且测量在第一温度和第二温度中的每一温度下催化微热板传感器对暴露于样本的响应。

实施例102：实施例101所述的方法，其中确定一或多个分析物的存在进一步包括基于在第一温度下催化微热板传感器的响应与在第二温度下催化微热板传感器的响应的比率而确定所述一或多个分析物的存在。

实施例103：实施例101或实施例102所述的方法，其中确定一或多个分析物的存在进一步包括基于在一或多个温度下催化微热板传感器的响应与在所述一或多个温度下热导率传感器的响应的比率而确定所述一或多个分析物的存在。

实施例104：实施例96至103中的任一项所述的方法，其进一步包括确定谐振频率以及暴露于样本的惰性微悬臂的质量因子和串联电阻中的至少一者。

实施例105：实施例104所述的方法，其中确定样本中的一或多个分析物的存在进一步包括基于谐振频率与惰性微悬臂的质量因子和串联电阻中的所述至少一者的比率而确定样本中的一或多个分析物的存在。

实施例106：实施例96至105中的任一者所述的方法，其进一步包括测量金属氧化物半导体传感器和经涂布微悬臂中的至少一者对暴露于样本的响应。

实施例107：实施例106所述的方法，其中确定样本中的一或多个分析物的存在进一步包括至少部分地基于金属氧化物半导体传感器响应于暴露于样本的电阻而确定样本中的一或多个分析物的存在。

实施例108：一种气体分析系统，其包括：至少一个传感器；处理子系统，其与所述至少一个传感器成可操作连通，所述处理子系统经配置以基于传感器参数集合的两个或更多个传感器参数产生一或多个向量，所述传感器参数集合包含：在第一温度下样本的热导率；在第二温度下样本的热导率；在第一温度下的放热响应；在第二温度下的放热响应；微悬臂响应于暴露于样本的谐振频率移位；微悬臂响应于暴露于样本的质量因子移位；微悬臂响应于暴露于样本的至少一个等效电路参数移位；在第一温度下响应于暴露于样本的金属氧化物半导体电阻移位；在第二温度下响应于暴露于样本的金属氧化物半导体电阻移位；其中所述处理子系统进一步经配置以：针对温度、压力和湿度中的一或多者的影响补偿所述至少一个传感器的响应；基于所述一或多个向量的方向确定样本中的一或多种气体的身份；以及基于所述一或多个向量的量值确定样本中的所述一或多种气体的浓度。

实施例109：实施例108所述的气体分析系统，其中处理子系统经配置以基于由所述传感器参数集合的三个或更多个传感器参数形成的多维向量而确定样本中的一或多种气体的身份和浓度。

实施例110：实施例108或实施例109所述的气体分析系统，其中所述处理子系统经配置以基于所述传感器参数集合的至少两个传感器参数与所述传感器参数集合的传感器参数中的至少两个其它传感器参数中的每一者之间的关系而确定样本中的一或多种气体的身份。

实施例111：实施例108至110中的任一者所述的气体分析系统，其中所述处理子系统经配置以基于在第一温度下样本的热导率、在第二温度下样本的热导率、在第一温度下的放热响应以及在第二温度下的放热响应之间的关系而确定样本中的一或多种气体的身份。

实施例112：实施例108至111中的任一者所述的气体分析系统，其中所述处理子系统进一步经配置以基于微悬臂响应于暴露于样本的谐振频率移位以及微悬臂响应于暴露于样本的至少一个等效电路参数移位而确定样本中的一或多种气体的身份。

实施例113：一种用于确定一或多个样本的一或多个性质的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器，其经配置以当至少一个热导率传感器处于第一温度时和当至少一个热导率传感器处于至少第二温度时测量至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；以及子系统，其经配置以至少部分地基于当至少一个热导率传感器处于第一温度时至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应以及当至少一个热导率传感器处于至少第二温度时至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例114：实施例113所述的系统，其中所述子系统经配置以：确定当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应与当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时所述至少一个热导率传感器的基线响应之间的第一差；以及确定当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应与当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器的基线响应之间的第二差。

实施例115：实施例114所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一差与所述第二差的比率而确定样本的身份。

实施例116：实施例114所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一差、所述第二差的组合向量的量值、所述第一差的量值和所述第二差的量值中的至少一者而确定样本的浓度。

实施例117：实施例114至116中的任一者所述的系统，其中当至少一个热导率传感器处于第一温度和处于至少第二温度时的基线响应包括当至少一个热导率传感器处于相应第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于空气的响应。

实施例118：实施例114至116中的任一者所述的系统，其中当至少一个热导率传感器处于第一温度和至少第二温度时的基线响应包括当所述至少一个热导率传感器处于相应第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于参考气体的响应。

实施例119：实施例118所述的系统，其中所述子系统经配置以：确定当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时样本的热导率与参考气体的热导率之间的差；以及确定当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时样本的热导率与参考气体的热导率之间的差。

实施例120：实施例113至119中的任一者所述的系统，其中所述至少一个热导率传感器包括经配置以当第一热导率传感器处于第一温度时暴露于样本的第一热导率传感器以及经配置以当第二热导率传感器处于至少第二温度时暴露于样本的第二热导率传感器。

实施例121：实施例113至119中的任一者所述的系统，其中所述至少一个热导率传感器包括单个热导率传感器，其经配置以当所述单个热导率传感器处于第一温度和至少第二温度时暴露于样本。

实施例122：实施例113至121中的任一者所述的系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以当所述至少一个热导率传感器暴露于样本时使所述至少一个热导率传感器的温度斜变到预定温度。

实施例123：实施例113至122中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以基于当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的比率而确定样本的身份。

实施例124：实施例113至123中的任一者所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于样本的浓度与当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时或当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应之间的关系而确定样本的平均分子量和浓度中的至少一者。

实施例125：实施例113至124中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以基于样本的热导率等于空气的热导率的温度而确定样本的身份。

实施例126：实施例113至125中的任一者所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以确定在空气的热导率等于潮湿空气的热导率的温度下样本的热导率。

实施例127：实施例113至126中的任一者所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应对当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的向量的量值以及当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和所述至少第二温度中的一者或两者时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的量值中的至少一者而确定样本的浓度。

实施例128：实施例113至127中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以针对温度、压力、湿度和流动速率中的所述至少一者补偿所述至少一个热导率传感器的输出。

实施例129：实施例113至128中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以确定当所述至少一个热导率传感器处于在约50℃与约250℃之间的第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应以及当所述至少一个热导率传感器处于在约300℃与约800℃之间的第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应。

实施例130：实施例113至129中的任一者所述的系统，其进一步包括催化传感器，其中所述子系统经配置以基于当催化传感器处于第一温度和至少第二温度中的一者时催化传感器对暴露于样本的响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的相应一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应之间的差而确定所述至少一种组分的存在。

实施例131：实施例113至130中的任一者所述的系统，其进一步包括阻尼传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于阻尼传感器对暴露于样本的响应相对于阻尼传感器对暴露于参考气体的基线响应之间的关系而确定所述至少一种组分的存在。

实施例132：实施例131所述的系统，其中所述子系统经配置以基于阻尼传感器的至少一个谐振参数相对于所述至少一个谐振参数的基线的改变之间的关系而确定所述至少一种组分的存在。

实施例133：实施例130或实施例131所述的系统，其中阻尼传感器包括微悬臂。

实施例134：实施例113至133中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以与样本中的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于金属氧化物半导体传感器对暴露于样本的响应而确定样本的所述至少一种组分的存在。

实施例135：实施例113至134中的任一者所述的系统，其进一步包括微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于微悬臂传感器响应于暴露于样本的一或多个谐振参数而确定样本的所述至少一种组分的存在。

实施例136：一种用于确定样本的至少一个性质的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器；至少一个阻尼传感器；以及子系统，其经配置以：当所述至少一个热导率传感器处于超过约50℃的温度时，确定所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；确定所述至少一个阻尼传感器对暴露于样本的响应；以及至少部分地基于当所述至少一个热导率传感器处于超过约50℃的温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应与阻尼传感器对暴露于样本的响应之间的关系而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例137：实施例136所述的系统，其中所述子系统经配置以：相对于所述至少一个热导率传感器的基线响应确定所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；以及相对于所述至少一个阻尼传感器的基线响应确定所述至少一个阻尼传感器对暴露于样本的响应。

实施例138：实施例136所述的系统，其中所述子系统经配置以：基于样本的热导率与参考气体的热导率之间的差而确定样本相对于参考气体的热导率的改变；以及基于所述至少一个阻尼传感器对暴露于样本的响应与所述至少一个阻尼传感器的基线响应之间的差而确定所述至少一个阻尼传感器的至少一个谐振参数的改变。

实施例139：实施例138所述的系统，其中所述子系统经配置以基于样本的热导率与参考气体的热导率之间的差和所述至少一个阻尼传感器对暴露于样本的响应与所述至少一个阻尼传感器的基线响应之间的差的比率而确定样本的身份。

实施例140：实施例138或实施例139所述的系统，其中所述子系统经配置以基于热导率的改变对所述至少一个谐振参数的改变的向量的量值而确定样本的浓度。

实施例141：实施例138至140中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以基于样本相对于参考气体的热导率的改变、所述至少一个阻尼传感器的所述至少一个谐振参数的改变和所述至少一个阻尼传感器的至少另一谐振参数的改变之间的关系而确定样本的所述至少一种组分的存在。

实施例142：实施例136至141中的任一者所述的系统，其中所述至少一个阻尼传感器包括微悬臂。

实施例143：实施例136至142中的任一者所述的系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以当所述至少一个热导率传感器暴露于样本时使所述至少一个热导率传感器的温度斜变到预定温度。

实施例144：实施例136至143中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以针对温度、压力、湿度和流动速率中的所述至少一者补偿所述至少一个热导率传感器的输出和所述至少一个阻尼传感器的输出。

实施例145：实施例136至144中的任一者所述的系统，其进一步包括催化传感器，其中所述子系统进一步经配置以响应于使催化传感器暴露于样本而接收来自催化传感器的输出，且进一步经配置以基于催化传感器的输出确定所述至少一种组分的存在。

实施例146：实施例145所述的系统，其中所述催化传感器包括催化微热板传感器和催化微悬臂传感器中的一者。

实施例147：实施例145或实施例146所述的系统，其中所述子系统经配置以响应于检测到来自催化传感器的放热响应而至少部分地基于所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应与所述至少一个阻尼传感器对暴露于样本的响应之间的关系而确定样本的至少一种组分的身份和浓度中的至少一者。

实施例148：实施例136至147中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于金属氧化物半导体传感器对暴露于样本的响应而确定样本的所述至少一种组分的存在。

实施例149：实施例136至148中的任一者所述的系统，其进一步包括微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于微悬臂传感器响应于暴露于样本的一或多个谐振参数而确定样本的所述至少一种组分的存在。

实施例150：一种用于确定样本的至少一个性质的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器；至少一个催化传感器；以及子系统，其经配置以：确定当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；确定当所述至少一个催化传感器处于第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于样本的响应；以及至少部分地基于当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应和当所述至少一个催化传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于样本的响应而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例151：实施例150所述的系统，其中所述子系统经配置以相对于在第一温度和至少第二温度中的每一者下的基线热导率响应而确定当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的改变；通过相对于在相应第一温度和至少第二温度中的每一者下的基线催化响应确定当所述至少一个催化传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于样本的响应的改变而确定在第一温度和至少第二温度中的每一者下的催化活性；以及基于：当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的改变；以及在第一温度下的催化活性和在至少第二温度下的催化活性而确定所述至少一种组分的存在。

实施例152：实施例151所述的系统，其中所述子系统经配置以基于：通过在第一温度下的催化活性与在第一温度下所述至少一个热导率传感器的响应的改变之间的差确定的在第一温度下的放热响应；以及通过在至少第二温度下的催化活性与在至少第二温度下所述至少一个热导率传感器的响应的改变之间的差确定的在至少第二温度下的放热响应而确定所述至少一种组分的存在。

实施例153：实施例152所述的系统，其中所述子系统经配置以基于在第一温度下的放热响应与在至少第二温度下的放热响应的比率而确定所述至少一种组分的存在。

实施例154：实施例151至153中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以响应于确定所述至少一个热导率传感器的响应的改变和所述至少一个催化传感器对暴露于样本的催化活性大于阈值的温度而确定样本的所述至少一种组分的身份。

实施例155：实施例151至154中的任一者所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于在第一温度下的催化活性与在至少第二温度下的催化活性的比率而确定样本的身份。

实施例156：实施例151至155中的任一者所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于在第一温度下的催化活性的量值和在至少第二温度下的催化活性的量值中的至少一者而确定样本中的一或多种气体的浓度。

实施例157：实施例151至156中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项中的至少两者的比率而确定样本的身份：当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的改变；当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的改变；在第一温度下的催化活性；以及在至少第二温度下的催化活性。

实施例158：实施例151至157中的任一者所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项中的至少一项确定样本的至少一种组分的浓度：当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的改变的量值；当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应的改变的量值；在第一温度下的催化活性的量值；以及在至少第二温度下的催化活性的量值。

实施例159：实施例150至158中的任一者所述的系统，其中所述催化传感器包括催化微热板传感器。

实施例160：实施例150至158中的任一者所述的系统，其中所述催化传感器包括包括加热器的微悬臂传感器。

实施例161：实施例150至160中的任一者所述的系统，其进一步包括阻尼传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述阻尼传感器响应于暴露于样本的至少一个谐振参数相对于所述至少一个谐振参数的基线值的改变而确定样本的至少一种组分的身份。

实施例162：实施例150至161中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于测得的温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者而补偿所述至少一个热导率传感器的响应和所述至少一个催化传感器的输出。

实施例163：实施例150至162中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于金属氧化物半导体传感器对暴露于样本的响应而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例164：实施例150至163中的任一者所述的系统，其进一步包括至少一个微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述至少一个微悬臂传感器响应于暴露于样本的一或多个谐振参数而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例165：一种用于确定样本的身份的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器；至少一个催化传感器；至少一个阻尼传感器；以及子系统，其经配置以：基于当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应而确定当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和第二温度中的每一者时样本的热导率；确定当所述至少一个催化传感器处于第一温度和第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于样本的响应；通过相对于在相应第一温度和第二温度中的每一者下的基线催化响应确定当所述至少一个催化传感器处于第一温度和第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于样本的响应的改变而确定在第一温度和第二温度中的每一者下的催化活性；以及确定所述至少一个阻尼传感器对暴露于样本的响应。

实施例166：实施例165所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项确定样本的至少一种组分的存在：通过在第一温度下的催化活性与在第一温度下所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应相对于在第一温度下所述至少一个热导率传感器的基线热导率响应的改变之间的差确定的在第一温度下的放热响应；以及通过在第二温度下的催化活性与在第二温度下所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应相对于在第二温度下所述至少一个热导率传感器的基线热导率响应的改变之间的差确定的在第二温度下的放热响应。

实施例167：实施例165或实施例166所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项的多维分析而确定样本中的一或多个分析物的存在：当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时样本的热导率相对于当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时参考气体的热导率的改变；当所述至少一个热导率传感器处于第二温度时样本的热导率相对于当所述至少一个热导率传感器处于第二温度时参考气体的热导率的改变；在第一温度下所述至少一个催化传感器的催化活性；在第二温度下所述至少一个催化传感器的至少一个催化活性；以及在第一温度和第二温度中的一者或两者下相对于所述至少一个催化传感器的热导率改变和催化活性中的一者或两者的所述至少一个阻尼传感器的至少一个谐振参数的改变。

实施例168：实施例165至167中的任一者所述的系统，其进一步包括经配置以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于金属氧化物半导体传感器对暴露于样本的响应而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例169：实施例165至168中的任一者所述的系统，其进一步包括至少一个微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述至少一个微悬臂传感器响应于暴露于样本的一或多个谐振参数而确定样本的至少一种组分的存在。

实施例170：实施例165至169中的任一者所述的系统，其进一步包括气体预浓缩器，所述气体预浓缩器经定位以在所述至少一个热导率传感器、所述至少一个催化传感器和所述至少一个阻尼传感器之前暴露于样本，其中通过使气体预浓缩器的温度斜变来控制分析物从气体预浓缩器的解吸附，其中所述子系统经配置以基于在至少一个温度下产生的至少一个指纹而确定不同组分的身份。

实施例171：实施例170所述的系统，其进一步包括接近于气体预浓缩器定位的金属氧化物半导体传感器和经涂布微悬臂传感器中的至少一者。

实施例172：实施例165至171中的任一者所述的系统，其进一步包括接近于所述至少一个热导率传感器、所述至少一个催化传感器和所述至少一个阻尼传感器定位的分离器，其中所述子系统经配置以基于在来自分离器的时间定序输出期间的每一组分的至少一个指纹而确定样本中的不同组分的身份。

实施例173：实施例172所述的系统，其进一步包括接近于气体分离器定位的金属氧化物半导体传感器和经涂布微悬臂传感器中的至少一者。

虽然本文公开的本发明的实施例当前被认为是优选的，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种改变和修改。所附权利要求书中指示本发明的范围，且本文包涵属于等效物的意义和范围内的所有改变。

虽然本发明的实施例可以易有各种修改以及替代形式，但特定实施例已经在附图中借助于实例示出并且已经在本文中详细描述。然而，应理解本发明不限于所公开的特定形式。而是，本发明涵盖属于由所附权利要求书及其合法等效物界定的本发明范围内的所有修改、变化、组合和替代方案。

Claims (20)

1.一种用于确定一或多个样本的一或多个性质的系统，所述系统包括：

至少一个热导率传感器，其经配置以测量当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时和当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；以及

子系统，其经配置以：

确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述第一温度下的第一基线热导率响应之间的第一差；

确定当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述至少第二温度下的第二基线热导率响应之间的第二差；以及

至少部分地基于所述第一差与所述第二差的比率而确定所述样本的至少一种组分的存在。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述第一温度下的所述第一基线热导率响应包括当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于参考气体的响应；且

所述至少第二温度下的所述第二基线热导率响应包括当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述参考气体的响应。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述子系统经配置以：

确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述样本的所述热导率与所述参考气体的所述热导率之间的差；以及

确定当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述样本的所述热导率与所述参考气体的所述热导率之间的差。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统经配置以基于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的比率而确定所述样本的身份。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于所述样本的浓度与当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时或当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的关系而确定所述样本的平均分子量和浓度中的至少一者。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统经配置以进行以下各项中的至少一项：

基于所述样本的热导率等于空气的热导率的温度而确定所述样本的身份；以及

确定在空气的所述热导率等于潮湿空气的热导率的温度下所述样本的所述热导率。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于以下各项中的至少一者确定所述至少一种组分的浓度：

当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应对当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的向量的量值；以及

当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的一者或两者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的量值。

8.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以针对温度、压力、湿度和流动速率中的所述至少一者补偿所述至少一个热导率传感器的输出。

9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括催化传感器，其中所述子系统经配置以基于当所述催化传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的一者时所述催化传感器对暴露于所述样本的响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的所述一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的差而确定所述至少一种组分的所述存在。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述子系统经配置以：

通过确定当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者下的基线催化响应的改变而确定所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者下的催化活性；以及

基于以下各项确定所述至少一种组分的所述存在：

所述第一差和所述第二差；以及

所述第一温度下的所述催化活性和所述至少第二温度下的所述催化活性。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项确定所述至少一种组分的所述存在：

通过所述第一温度下的所述催化活性与所述第一差之间的差确定的所述第一温度下的放热响应；以及

通过所述至少第二温度下的所述催化活性与所述第二差之间的差确定的所述至少第二温度下的放热响应。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一温度下的所述放热响应与所述至少第二温度下的所述放热响应的比率而确定所述至少一种组分的所述存在。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项中的至少一者确定所述样本的所述至少一种组分的浓度：

第一差的量值；

所述第二差的量值；

所述第一温度下的所述催化活性的量值；以及

所述至少第二温度下的所述催化活性的量值。

14.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括阻尼传感器，其中所述子系统进一步经配置以：

基于所述阻尼传感器对暴露于所述样本的响应相对于所述阻尼传感器对暴露于参考气体的基线响应之间的关系而确定所述至少一种组分的存在；以及

基于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述阻尼传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的关系而确定所述至少一种组分的所述存在。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一差和所述阻尼传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述阻尼传感器的基线响应之间的差的比率而确定所述样本的身份。

16.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述微悬臂传感器响应于暴露于所述样本的一或多个谐振参数而确定所述样本的所述至少一种组分的所述存在。

17.一种确定样本的至少一个性质的方法，所述方法包括：

在第一温度和第二温度下使检测器的热导率传感器暴露于样本；

确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的响应与所述第一温度下的第一基线热导率响应之间的第一差；

确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的响应与所述第二温度下的第二基线热导率之间的第二差；以及

至少部分地基于所述第一差与所述第二差的比率而确定所述样本的至少一种组分的存在。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在所述第一温度和所述第二温度下使催化微热板传感器暴露于所述样本且测量所述第一温度和所述第二温度中的每一者下所述催化微热板传感器响应于暴露于所述样本的响应，其中确定所述样本的至少一种组分的存在进一步包括确定所述第一温度下所述催化微热板传感器的所述响应与所述第二温度下所述催化微热板传感器的所述响应的比率。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括通过确定当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述第一温度和所述第二温度中的每一者下的基线催化响应的改变而确定所述第一温度和所述第二温度中的每一者下的催化活性，其中确定所述至少一种组分的存在进一步包括基于所述第一温度下的所述催化活性和所述至少第二温度下的所述催化活性而确定所述至少一种组分的所述存在。

20.根据权利要求19所述的方法，其中确定至少一种组分的存在进一步包括基于以下各项确定所述至少一种组分的所述存在：

通过所述第一温度下的所述催化活性与所述第一差之间的差确定的所述第一温度下的放热响应；以及

通过所述至少第二温度下的所述催化活性与所述第二差之间的差确定的所述至少第二温度下的放热响应。

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