隧穿磁电阻效应磁场传感器中的噪声分析及降低噪声的方法

隧穿磁电阻效应磁场传感器(TMR)虽具有灵敏度高、功耗低等特点,但器件的低频噪声限制了其在微弱磁场探测方面的应用。文章分析了隧穿磁场传感器中散粒噪声、热磁噪声、1/f噪声的产生机理,并结合几种噪声的解析式分析了各自的频率依赖关系。在低频率范围内,TMR传感器的噪声主要表现为1/f噪声。阐述了降低器件噪声的若干方法,并结合理论和实践分析了优化TMR传感器的结构、优化MTJ材料制备工艺、运用斩波技术、交流励磁以及MEMS聚磁器等方法后的降噪效果。通过对比分析发现MEMS磁聚集器是隧穿磁场传感器的最优降噪手段,利用MEMS磁聚集器可有效地将1/f噪声压制103倍,使TMR磁传感器的噪声低于10 pT/√Hz@1Hz。

基于适配体的荧光生物传感器对Hg^(2+)的检测技术研究

工业迅速发展所带来的重金属污染,是目前威胁人类健康的重要环境问题之一。Hg^(2+)是一种毒性强且污染较为普遍的重金属离子,较低浓度Hg^(2+)就会对人体造成很大危害。基于核酸适配体错配结合Hg^(2+)的原理,以特异性双链核酸染料SYBR GreenⅠ为荧光指示探针,构建了新型的无标记核酸适配体荧光生物传感器,建立了一种高灵敏度、快速检测Hg^(2+)的方法,实现了Hg^(2+)高效检测。在优化条件下,传感器对Hg^(2+)的检测线性范围为10 nmol/L~1μmol/L,相关系数(r^(2))为0.99,检出限为1 nmol/L。5种干扰离子(Ca^(2+)、Fe^(2+)、Cu^(2+)、Ni^(2+)、Ag^(+))的存在不影响Hg^(2+)检测,表明该方法对Hg^(2+)检测具有较好的特异性。在自来水样的Hg^(2+)加标检测实验中,平均回收率达到95.8%,具备分析实际样品的能力。

基于氧化石墨烯的适配体生物传感器检测Hg^(2+)

针对汞离子(Hg^(2+))作为一种毒性强且污染较为普遍的重金属离子,会严重危害人体健康的问题,设计了Hg^(2+)特异识别探针T_(28)-FAM,T_(28)-FAM可与Hg^(2+)共价结合形成稳定的T-Hg^(2+)-T配位结构,以T_(28)-FAM为荧光信号源,氧化石墨烯(GO)为猝灭剂,构建基于T_(28)-FAM/GO的适配体荧光传感器,实现对Hg^(2+)浓度的高灵敏定量检测。该传感器检测Hg^(2+)的线性范围为100~600 nmol/L,相关系数R^(2)为0.996 12,检出限为0.458 nmol/L。9种干扰离子(Co^(2+),Cu^(2+),Cl^(-),Mg^(2+),Ca^(2+),Ag^(+),Fe^(2+),Pb^(2+),NO_(3)^(-))的存在不影响该方法检测Hg^(2+),表明该方法对Hg^(2+)检测具有较好的特异性。在自来水样Hg^(2+)加标检测实验中,平均回收率为95.77%,有望用于实际样品的检测。

生物传感器的应用现状与发展趋势

生物传感器是一种以生物活性单元为敏感元件,结合化学、物理转换元件,对被分析物具有高度选择性的装置,它具有灵敏度高、检测速度快、操作简便、成本低、可进行连续动态监测等优点。在介绍生物传感器发展现状、组成及工作原理的基础上,对生物传感器在生命科学、医学、环境检测、食品工程及军事等领域中的应用研究进行了综述,并探讨了生物传感器的发展前景。

基于Au NPs-CeO_2@PANI纳米复合材料固定化酶的葡萄糖生物传感器

制备了一种基于金纳米粒子(Au NPs)、氧化铈纳米颗粒(CeO2)和导电聚苯胺(PANI)的具有核壳结构的纳米复合材料(Au NPs-CeO2@PANI),利用该纳米复合材料和壳聚糖形成的复合膜成功实现了对葡萄糖氧化酶(GOD)的固定。采用透射电镜和X射线衍射对Au NPs-CeO2@PANI材料进行了表征。电化学方法研究了传感器性能,结果表明基于Au NPs-CeO2@PANI纳米复合材料修饰的葡萄糖生物传感器线性范围为6.2×10-6mol/L～2.8×10-3mol/L,响应时间为5 s,检测下限为1.0×10-6mol/L;相同条件下Au NPs-CeO2@PANI纳米复合材料修饰的电极也显示出了比单一或二者复合的纳米材料修饰电极更优越的性能。

基于MoS_2纳米片的荧光生物传感器对饮用水中Hg^(2+)的检测

本文利用MoS)2纳米片优异的荧光淬灭能力以及其与DNA分子之间的相互作用,构建了一种检测Hg^(2+)的新型荧光生物传感器,并考察了其用于饮用水中微量Hg^(2+)测定的可行性.实验优化了MoS_2纳米片浓度、p H值、盐浓度及反应时间等参数对荧光生物传感器性能的影响.在此基础上建立了测定饮用水中微量Hg^(2+)的荧光新方法.在最佳条件下,Hg^(2+)浓度在10—900 nmol·L-1范围内与荧光强度的相对值具有良好的线性关系,检测限为6.3 nmol·L^(-1).该方法简单、灵敏、特异性强.该方法已成功用于饮用水中微量Hg^(2+)的测定,回收率为95.7%—103.3%.该研究工作将MoS_2纳米片的应用拓展到了环境监测领域,这对无机类石墨烯材料的深入研究具有重要意义.

一种基于虚拟技术的气敏传感器测试系统

传统的气敏传感器测试是将传感器固定在一个已知体积的密闭容器中,通入一定浓度的被测气体,借助简单的电路设计,监测传感器的电阻表征性能。该方法存在配气误差大、动态响应弱、测试效率低等问题,无法满足用户的实际测试需求。针对该问题,提出了一种基于Lab VIEW虚拟技术的动态电阻匹配方法。介绍了整个测试系统的模块组成、各个模块的基本原理和实现方法。试验结果表明,应用该系统进行气敏传感器测试,测试误差减小了0.1%,测试时间也缩短一半。气敏传感器测试系统不但降低了试验成本,还解决了许多高灵敏度气体传感器无法测试的问题,为衡量气敏传感器的性能优劣提供了真实可靠的参数,在气敏传感器测试中具有广阔的应用前景。

二氧化锡气体传感器敏感机理的研究

结合晶粒边界的肖特基势垒模型和固体表面对气体的Freundlich等温吸附原理推导了SnO2的电导与气体浓度、工作温度之间的关系,用Mathematica对电阻—浓度的关系进行模拟,分析了模拟结果和实际的测试结果的异同.通过比较可得出在5000×10-6以下,电阻与气体浓度呈下降趋势,与模拟结果有一定差距,但在高浓度,电阻的变化趋于恒定,下降缓慢,和理论模型非常好地吻合.考虑环境气氛的影响,将模型中的特征常数d,B′适当减小可对低浓度下的模型加以修正.

气体传感器静态测试系统电路设计

研究了一种气体传感器静态测试系统的电路设计原理和测量方法.采用匹配电阻串联分压的测试原理和微处理器程序控制技术,设计了匹配电阻自动切换电路和高精度工作电源、加热电源电路.提高了系统测试精度和测试范围.系统测试电路简单可靠;电源电压连续可调,可适应不同种类气体传感器的测试需求.

基于锑掺杂的高灵敏度纳米SnO_2气体传感器

采用非水溶剂溶胶-凝胶法制备了粒径为10 nm左右的SnO_2基纳米气敏材料,制作成烧结型气体传感器,通过锑的掺杂来提高纳米SnO_2气体传感器的灵敏度和选择性,结果表明,锑的掺杂百分比为0.045%时,传感器对酒精的灵敏度最大,并对酒精显示出良好的选择性和响应恢复特性。

DNA电化学生物传感器的原理与研究进展

DNA电化学生物传感器是近年迅速发展起来的一种全新的生物传感器,该类传感器具有电极制作简便、使用寿命长、重现性好、灵敏度高、成本低、易于实现微型化等诸多优点,在临床医学检验、遗传工程、药物作用机理、新药筛选、环境监测和食品工程等领域已得到广泛地研究与应用。该文简单介绍了DNA电化学生物传感器的基本原理,对其研究进展加以分类和简要评述,最后对其发展方向进行了展望。

生物传感器在食品农药和抗生素残留检测中的应用

介绍了生物传感器的基本结构及其在农药和抗生素残留物检测方面的应用研究现状,指出了目前检测农药和抗生素残留的各类生物传感器存在的利弊和甘肃省进行此方面研究的重要性和必要性.

基于LabVIEW气敏传感器测试系统的设计与实现

针对传统气敏传感器测试系统手工操作耗时长、精度低的问题,设计了基于LabVIEW的多通道气敏传感器测试系统,实现了多路控制、多路采集和强大的数据处理功能,有效的提高了实验效率和数据测试精度,降低了测试成本.

基于纳米铂/碳纤维纸复合电极的甲醛电化学传感器

以处理过的碳纤维纸代替标准电极材料作为基底,在聚邻苯二酚膜修饰的碳纤维纸上进行纳米铂的电化学沉积来制备新型的纳米铂/碳纤维纸复合电极,并以该复合电极作为甲醛的电化学传感器,用循环伏安法（Cv）研究了甲醛在该复合电极上的电化学行为,优化了实验条件。研究表明：该复合电极对甲醛的电催化氧化明显优于标准铂电极,电化学响应显著;在酸性介质的循环伏安分析中,该电极对于甲醛氧化峰电流与甲醛浓度呈良好的线性关系,其氧化峰电流与甲醛浓度在5100mg/L范围内成线性关系,检出限为3.3mg/L。该研究工作为研发简单易行、成本低的新型甲醛电化学传感器奠定了良好的基础。

烧结温度对纳米SnO_2传感器灵敏度的分析研究

通过研究烧结温度对纳米SnO2传感器灵敏度的影响,并与传统的SnO2传感器进行对比分析,得出最佳的烧结温度是660℃,且纳米SnO2传感器的气敏响应远远好于传统SnO2传感器,适合做高灵敏度的气体传感器.

NanoSnO_2酒精传感器的研究

采用溶胶-凝胶技术分别在0.45、1.3 mol/L SnCl2乙醇溶液和0.9 mol/L SnCl2乙二醇溶液3种体系下合成了纳米SnO2粉体,通过XRD和TEM对其结构进行了表征,并对NanoSnO2传感器进行了气敏特性和研制条件的分析.结果表明制作传感器的最佳烧结温度为660℃,加热电压控制在5 V,使其表面温度达到200～250℃,此时传感器的气敏性能最好,而且在0.45 mol/L SnCl2乙醇溶液用溶胶-凝胶法制得的SnO2纳米酒精传感器的气敏性能最好.

基于石墨烯纳米复合材料的有机磷生物传感器

采用还原氧化石墨烯（RGO）/纳米金（AuNPs）/壳聚糖（CS）纳米复合材料固定化乙酰胆碱酯酶（AChE）,制备了高灵敏度的电化学生物传感器用于有机磷农药——毒死蜱的检测.CS/SiO2复合溶胶—凝胶网格状的结构为酶的固定化提供了良好的载体,石墨烯纳米复合材料不仅为AChE提供了良好的生物相容环境,且有效提高了传感器的灵敏度.传感器在最佳条件下对毒死蜱检测的线性范围为0.1~10.0ng/mL,检出限为0.05ng/mL（S/N=3）.

网络化智能传感器

网络化智能传感器是传感技术发展的主要趋势。嵌入式微处理器是网络化智能传感器的核心。

基于地磁传感器的车辆检测算法研究

针对现有地磁传感器车辆检测算法存在基线漂移、固定阈值导致车辆检测准确率低,以及干扰引起的状态机误判等问题,提出了基于地磁传感器的自适应阈值有限状态机车辆检测算法。在研究了三轴异相磁阻(AMR)地磁传感器车辆检测原理的基础上,分析了AMR传感器采集的原始信号,对原始信号进行了滑动窗口均值滤波处理;为了消除基准值漂移造成的检测误差和固定阈值造成的累积误差,提出了基准值和阈值实时更新的自适应车辆检测算法。采用加权函数进行基准值的实时更新,阈值随着基准值的更新而更新。同时,该算法以多状态机判断为主体,在有限状态机中增加了车辆到来计数和波动计数两个状态,消除了干扰引起的误判,提高了车辆检测准确率。现场车辆测试结果表明,该算法的车流量检测准确率在97%以上,可用于智能交通系统中车流量的检测。

基于静电沉积壳聚糖铂纳米颗粒复合膜构建葡萄糖生物传感器

利用电沉积方法对壳聚糖/铂纳米颗粒复合膜进行组装,以戊二醛作为交联剂固定葡萄糖氧化酶,构建葡萄糖生物传感器。实验结果表明:制得的葡萄糖生物传感器响应时间仅为8 s,线性测量范围为1×10-5～1×10-3mol/L,检测限为1.4×10-5mol/L(S/N=3.0)。该传感器灵敏度高,稳定性好。