基于纳米金修饰的两种无汞型重金属微传感器的对比研究

采用微加工技术制备了集成有工作电极和对电极的两种重金属微传感电极芯片,工作电极表面采用电沉积法修饰纳米金(Gold nanoparticles,GNPs),由半胱氨酸(L-cysteine,Cys)和天冬氨酸(L-aspartic acid,Asp)修饰制备Asp/Cys/GNPs/微传感电极芯片,并利用原位镀锡膜(Sn film)的方法,制成Sn/GNPs/微传感电极芯片。采用方波伏安法和方波溶出伏安法考察了两种微传感电极芯片对重金属离子Cu2+,Pb2+和Zn2+的响应特性。Asp/Cys/GNPs/微传感电极芯片可有效识别Cu2+和Pb2+,线性范围为5～2000μg/L,检出限为1μg/L;Sn/GNPs/微传感电极芯片可有效识别Cu2+,Pb2+和Zn2+,线性检测范围分别为5～500μg/L,5～500μg/L和10～500μg/L,检出限分别为2,3和5μg/L。相比而言,Asp/Cys/GNPs/微传感电极芯片具有较宽的检测范围,而Sn/AuNPs/微传感电极芯片具有较高的灵敏度,两种传感器绿色环保、制备简单、更新简便、易于集成,在水质在线监测方面具有应用前景。

用于氨氮检测的薄层氨气微传感芯片及其系统研究

设计并制备了一种具有微池薄液层结构的氨气微传感芯片,并构建了以此微传感芯片为敏感单元的氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。此微传感芯片采用MEMS工艺制备,通过电化学方法在微电极表面修饰了对氨具有良好电催化氧化性能的纳米铂,提高了传感器的灵敏度。在芯片的SU-8微池中滴入微量碳酸丙烯酯(PC),形成可使氨气迅速扩散到电极表面的薄层电解液,使传感器具有较快的响应速度。使用自行设计的氨氮检测系统对氨氮进行检测,考察了氨氮检测的浓度响应特性、时间响应特性、重复性及选择性。氨氮检测系统的线性范围为0.1～5.0 mg/L;检测下限为0.1 mg/L;响应时间小于1 min;重复性偏差为4.0%。

基于微传感器的智能车灯调整系统

AFS(adaptive Front-lighting System)是一种为智能汽车所控制的前罩大灯,最重要的零件由发动机和智能传感器两大部分组成。传感器内部拥有收集光线信息的CMOS光电传感器、收集转弯时刻对于转弯角度的感应装置、还有能够准确量出上下坡的坡度和角度的微陀螺仪和轻微变换速度的仪器。将其安装在智能车前大灯的内部通过感应系统传到感应器内部能够准确地传达车辆在行驶过程中的状况。所以,AFS能够根据智能汽车在行使过程中汽车内部和外部的环境以及汽车灯光在所处环境中的需要,由此感应装置提高夜间开车的安全,同时也降低夜间开车事故的发生率。

基于5.8G微波雷达蓝牙通讯技术的无线测温传感器

在输电线路的日常运行中,各级线路设备的稳定健康运行存在着一些挑战,尤其是短路、超载、老化、绝缘等引发的过温、超温故障隐患,存在普遍性、隐蔽性和突发性的突出问题。本文通过基于先进的5.8G微波蓝牙通讯技术、微传感技术、高抗干扰QFN32封装技术打造的:微型化、低功耗、高可靠、高防护的无线温度监测传感装置,可实时对各类线路、设备的温度进行监测,并在发生故障时及时的进行保护、故障识别和报警,进一步支撑各类场景的生产、管理。

基于准连续域束缚态介质超表面的光微流折射率传感研究

准连续域束缚态(Quasi-BIC)是超表面中一种特殊共振模,具有极高的品质因子,可以极大地提高光与物质的相互作用,在荧光增强、纳米激光、光传感以及非线性光学等领域均有重要应用。本文基于我们前期对quasi-BIC产生的理论,研究quasi-BIC介质超表面在折射率传感方面的应用。本文给出了传感系统的基本结构,利用电子束光刻技术结合注塑工艺完成了样品光流控结构的制备,并初步测试性能。研究结果表明,得益于产生quasi-BIC的新方法,该超表面具有两个高Q值quasi-BIC共振峰(1.523μm和1.570μm,品质因子分别为3069和4071)。以四种折射率溶液(n分别为1.450/1.462/1.470/1.480)为样品的测试实验表明,两个共振峰均能完成折射率检测,灵敏度S分别为452 nm/RIU、428 nm/RIU,性能评价指标FOM分别为376.7、372,优于现有文献;共振波长和折射率之间线性度良好,展现了quasi-BIC超表面在折射率传感中的应用潜力。

光栅微振动测试传感技术的研究

提出了一种微弱地震波信号新的检波理论和方法 .设计了一种测微振动传感器 ,采用光栅谐振子为敏感元件 ,将地震的机械信号转换成光调制信号———莫尔条纹 ,再用光电器件将其转换成数字化电信号 .采用 80倍细分技术 ,使传感器分辨力达到 12 5nm ;用MATLAB软件对PIC单片机记录的信号进行振动过程重构 .结构中设计了横向限振片和光栅调节器 ,对光栅间隙、光栅间纵横向夹角进行调节 ,有效地限制了光栅间隙及角度的变化产生的误差 .同时也校正了光栅的累积误差 .有效地抑制了横向振动 ,提高了系统精度 ,同时可降低对该系统的横向限振要求 ,有利于结构设计 .由于该传感器直接将地震的机械信号以脉冲数字信号输出 ,避免了器件精度不同对传感器输出数据质量的影响 ,简化了组装工艺 .重点介绍了光栅数字地震检波器的结构设计、理论分析、辨向细分技术等 .

基于FPGA和DSP的微振动传感器信号采集系统设计

为实现对双M-Z型光纤微振动传感器的振动信号进行实时检测和处理,提出一种基于FPGA和DSP的数据采集和实时处理系统。通过描述系统的硬件设计原理和寄存器配置,以及软件框架和流程,介绍了系统的设计和实现方法。经验证,该系统实现对微振动传感器的实时数据采集并实时进行信号处理,能满足微振动传感器系统对实时性的要求。该系统具有可重构性,方便实现不同算法。

基于FBG的悬臂梁式微力与微位移传感单元

设计了一种基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的微力与微位移双物理量传感单元,采用矩形悬臂梁型弹性体结构以及两片FBG布片方式,提高了力和位移灵敏度,实现了温度补偿,位移灵敏度可通过改变悬臂梁的固定位置和长度进行调整。对传感单元的性能进行了理论分析和实验验证,结果表明:在0~1.2 N测量范围内,力实验灵敏度为889 pm/N,理论和实验的平均相对误差为6.6%,力分辨力为1.1 mN,位移灵敏度随着悬臂梁长度L的增大而减小,位移灵敏度在L为149 mm时为60.7 pm/mm,在L为99 mm时为200.3 pm/mm,位移分辨力为5μm,传感单元的线性度均达0.999以上,保持了优良的线性,可满足不同量程的微力和微位移应用场合。

基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的微位移传感研究

研究了一种基于全光纤马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的高灵敏度微位移传感器,将干涉仪的一个臂固定在微动平台上,在消除环境干扰的情况下,通过对干涉仪臂的拉伸,从光谱仪观察干涉谱线中某一特定波长的移动与拉伸长度成正比,从而实现了一种位相调制型微位移传感器。当位移变化0.0020mm时,波长移动了0.61nm,调谐速率为305nm/mm,线性拟合度为0.9994。

多光束干涉光纤FP探针脉动微压传感研究

本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。建立探针多光束干涉波长漂移与微压传感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。利用医用注射器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围14.41~85.22 kPa、液相环境压强范围4.50~26.02 kPa的测试条件下,对3支光纤探针微压传感特性进行分析。实验结果表明,气、液相环境中,探针波长均随压强增大发生红移现象,反之,发生蓝移现象;气相环境探针平均微压灵敏度可达8.210 pm·kPa,液相环境探针平均微压灵敏度可达66.720 pm·kPa,高于气相环境,与理论模型相符。选取气、液相环境中微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。实验结果表明,5个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误差较小。本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现1 Hz频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压传感提供了重要的参考价值。

基于激光自动搜寻的微位移传感系统设计

基于激光自动聚焦探测原理研究开发了一种非接触式微位移传感系统。利用光驱内的激光头,根据自动聚焦的原理进行设计,在“S”曲线法的基础上又提出了一种新的测量方法——自动搜寻法。将这2种方法相结合,既可进行大量程的测量,也可进行较小量程内高分辨力的测量。大量程(1.8mm)内的分辨力为2μm,较小量程(200μm)内的分辨力可达0.2μm。试验表明该系统具有良好的线性度、重复性和动态响应特性,可用来测量复杂物体表面的面形。

一种微振动光纤传感系统信号预处理电路

长距离分布式微振动光纤传感系统的系统噪声的重要产生原因是光源噪声。为了消除这类噪声,设计了预处理电路将一路光电信号转化为两路差分信号。电路将输入的光电流通过对管结构形成差分电流再分别转换成电压信号输出。仿真结果显示该电路可成功的输出两路差分信号,且带宽、增益和信号处理能力都比较强。

微纳传感技术在组织电生理研究中的进展

微纳传感技术在研究组织和细胞的电生理活动、揭示细胞网络属性、研究神经传导及药物安全性测试等方面展现了它独特优势。针对组织电生理检测的多种微纳传感技术及其特点进行了描述与评价,着重对多点实时监测的微阵列传感技术的研究和应用进展进行了详细介绍和讨论。最后结合本实验室的研究工作,介绍了微电极阵列技术在嗅觉组织研究中的进展。在探索细胞的离子通道、突触特性及细胞内信号转导时,玻璃微电极记录特别是膜片钳技术是目前比较理想的手段;在研究信号传导、突触传递时,多电极阵列具有明显的优势。微电极传感阵列技术是未来神经科学研究的主要方法之一,它将在提高信噪比及生物相容性、减少对组织的损伤、扩大应用等方面有新的发展。

微振动光纤传感系统光源的选择

搭建长距离分布式微振动光纤传感系统时光源的选择非常重要。结合传感系统实际使用背景,详细讨论了光源选择时需要考虑的功率、线宽、噪声等问题。针对上述问题,提出了具体选择的标准和减少光源相位噪声的方法。

悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的研究

针对传统微压传感器灵敏度低、体积大的问题,提出了一种新型悬臂梁式环形谐振腔微压传感器。首先理论分析了悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的工作原理,然后对悬臂梁结构进行了建模仿真,同时也确定了悬臂梁和环形谐振腔的最佳结构参数,最后利用MEMS工艺在SOI材料上制备了该新型传感器。利用光学耦合测试平台,对所加工的环形谐振腔进行性能测试,实验测得环形谐振腔的Q值为7.75×10~4,传感器的灵敏度为31 pm/k Pa,可以满足微压传感器高灵敏度的要求。

多芯光纤端面上对称耦合双环微腔气体传感特性研究

光纤传感具有耐高温、抗腐蚀、无需供电、灵敏度高和可集成等优点,在光纤端面上设计制备微纳传感结构是实现探针式光纤传感器的重要途径.本文以七芯光纤端面作为平台,在其上设计了微纳波导对称耦合的双环微腔光学系统.环形微腔与微纳波导间隔一定距离,实现倏逝波耦合,波导中的光耦合进入腔内激发其高品质因子回音壁共振.当外界气体刺激改变微腔光学参数后,共振波长发生改变,从而实现对气体的传感.采用3D双光子光刻技术在多芯光纤端面上实现系统的制备.实验上观测到共振模式的品质因子最高可达2.66×10^(4),其对酒精蒸气的传感灵敏度为2.08×10^(−6)pm.

MEMS压阻超声传感器的设计与优化

提出了一种新的压阻式超声传感器结构,该结构由主振梁和微传感梁组成,在声压的作用下,主振梁振动从而带动微传感梁的振动。通过有限元软件Ansys仿真分析该结构的灵敏度,并与悬臂梁结构压阻式声传感器相比,结果表明灵敏度有了一定的提高。为了实现结构的优化,仿真了结构的尺寸与共振频率的关系,对相同共振频率的结构进行了静力分析,计算并对比了不同尺寸结构的灵敏度,从而得到灵敏度最高的结构,实现了结构的优化。

一种基于能量优化的无线传感网络自适应组织结构和协议

本文提出了一种新的无线微传感器网络协议和组织结构ALEP。与传统的无线微传感器网络协议相比 ,ALEP更加充分地考虑到实际应用 ,将一种高效能量控制算法引入组网协议 ,提高了网络的能量利用率 ,显著延长了无线网络的生命周期 ,增强了网络的健壮性。通过对ALEP协议进行OPNET仿真 ,结果显示该协议与传统模式的无线微传感器网络协议相比 ,在传送相同的数据量的条件下有更高效的能量特性和信息传输特性。

基于微纳传感调控技术的细胞胞内电子学的研究进展

建立可靠的电生理记录平台对于心脏病学和神经科学的研究至关重要。近十年来,基于微纳传感调控技术的器件被开发用于电生理平台的搭建,其独特的形貌优势和新颖的加工方式,使得高通量、高保真的电信号记录有望被实现。本综述分别从微纳传感调控器件的材料、结构、加工和穿膜策略等方面进行了总结,并对其在心肌细胞和神经细胞电生理检测上的应用进行了分析。在微纳传感调控技术所面临的机遇挑战下,对其广阔的发展前景进行了展望,希望借助其快速发展来推动更高层次的电生理平台搭建,以满足实验研究以及临床应用的需求。