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关键词： 膜   检测   传感器   综述  

摘要： 传感器检测技术是工业生产检测的重要技术之一,相比较于传统的检测技术,具有更及时、灵敏、高效等优点。因膜的分离与富集作用,其在传感器中的应用一直备受科研工作者的关注。多年来,基于膜法传感器检测技术在应用范围,检测灵敏度,响应时间等方面都取得了很大的进展。本文对膜法传感器检测技术进行了综述,并对膜法传感器未来的发展方向进行了展望。

关键词： 模块化钢结构建筑   串联传感器   变形性能   检测技术  

摘要： 模块单元吊装、安装阶段及模块化建筑使用阶段的变形指标是模块化钢结构建筑质量检测的主控项目,而传统的检测方法不再适用。本文推导了重力加速度三分量姿态定向公式以及空间轨迹曲线公式。介绍了基于此原理研制的串联传感器系统模块化钢结构建筑变形性能检测方法,并进行了1个模型试件的验证性检测试验。试验结果表明,采用研制的串联传感器系统测得的试件侧移曲线与常规测量仪器测得侧移曲线基本一致,跨中最大侧移误差满足工程精度要求,可以采用这种方法来检测模块化钢结构建筑模块单元各阶段的变形性能。

关键词： “1+X”   教学改革   传感器  

摘要： 指出了随着国家职业教育改革实施方案与“1+X”证书制度试点方案的实施,贵州农业职业学院作为第二批“1+X”证书试点院校,对机电一体化专业核心课程《传感器检测技术》的进行了教学内容的整合与组织,并从理论和实验两方面进行了教学改革。改革后,学生的创新精神、实践能力和学习能力得到有效提高。通过此门课程的教学改革,探索并提出了一些适合“1+X”证书制度试点方案的课程改革路径。

关键词： 翻转课堂   教学改革   传感器与检测技术  

摘要： 随着时代的进步以及信息技术的发展,翻转课堂作为一种新的教学模式,在教学改革中得到广泛应用。该文分析了目前"传感器与检测技术"课程传统课堂教学的现状,并针对存在的一些问题,提出了基于翻转课堂的"传感器与检测技术"课程教学改革。翻转课堂下的"传感器与检测技术"课程教学设计与实施主要包括课前准备、课堂教学和课后环节三个部分。在翻转课堂教学模式下,学生学习的积极性和主动性提高了,思考钻研能力和团队协作能力得到了培养,课程教学效果也得到了增强。

关键词： 电化学   核酸检测   比率型检测   生物传感器   电沉积  

摘要： 众所周知,核酸是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。传统的核酸检测技术需使用酶和精密的控温仪器等,增加了检测成本。DNA电化学生物传感器因其具有无需靶标扩增过程、特异性强,且微型化应用的特点,已被认为是最有前途的生物标志物快速检测方法,并引起了广泛的关注和研究兴趣。本论文基于电化学生物传感器核酸检测技术开展了如下研究。比率型检测因其具有良好的稳定性和抗干扰能力,在电化学生物传感器的构建中得到了广泛应用。然而,如何通过比率型检测来构建高灵敏度的电化学生物传感器仍然是一个挑战。在本研究中,借助于临近界面杂交和发卡型捕获探针结构的高度特异性且能够进一步降低检测背景的特点,并结合比率型检测的优势,构建一种新型比率型电化学生物传感器核酸检测技术。发夹型捕获探针结构的设计能够减少在没有靶标的情况下与检测探针杂交的可能性,进一步提高检测的特异性。且比率型检测能够消除由实验条件引起的信号波动误差,提高检测的稳定性。此生物传感器在靶标DNA浓度范围1.0×10M到1.0×10M间具有良好的线性关系,且灵敏度较高,检测限能够达到6.4×10M。此外,该生物传感器具有良好的生物选择性,能够识别单碱基错配的靶标。因此,该比率型电化学生物传感器在食品分析和医学诊断等方面具有广泛的应用前景。在传统的电化学生物传感器制备过程中,捕获探针的固定耗时较久,一般需过夜修饰12 h。所以可通过减少探针修饰时间来提高电化学生物传感器靶标检测效率。靶标DNA链的5’端修饰有二茂铁基团,因此本研究可通过检测二茂铁电化学信号来表征靶标杂交结果。首先,通过吡咯电聚合化学包埋法修饰DNA探针,即把捕获探针通过外加电场包埋到聚吡咯的网状结构中。研究发现这种方法修饰的探针在电极表面是无规律排列的,所以对此进行了改进。在捕获探针的3’端修饰有吡咯单体,通过电聚合吡咯共价键合法进行探针的修饰。此种方式在金电极表面形成的探针比较规律。但是这两种方法在靶标杂交后都检测不到二茂铁信号。根据研究推测可能是在金电极表面形成的吡咯层太厚或捕获探针完全包埋到聚吡咯层中,阻碍了二茂铁在金电极表面的电子传递或无法进行后续靶标杂交过程。最终本研究通过电沉积方法将3’端修饰巯基的DNA捕获探针链固定到金电极表面,此过程只需要5min。这种修饰捕获探针的方法达到了本研究检测二茂铁电化学信号的要求,且极大缩短了电化学生物传感器检测靶标的时间。本研究采用的电沉积修饰捕获探针的方法为生物传感器的批量化生产、靶标的现场高效率检测提供了研究新思路。

关键词： 液体检测   普适计算   特征工程   支持向量机  

摘要： 现如今,随着人们的生活压力和工作压力的不断提高,人们的健康问题日益凸显,据统计数据显示中国人民约70%的人处于亚健康状态,因此关注自身健康变得愈发重要。目前健康管理的理念逐渐走进人们视野,并且健康管理的国内市场也逐步火热。健康管理中比较重要的一部分就是营养摄入平衡,而人体每日所需营养中通过液体摄入的不占少数,例如水,维生素,蛋白质等,因此液体检测技术作为营养监测的一种途径显得尤为重要。液体检测技术可以通过检测液体剩余量来帮助人们检测牛奶、果汁、水等液体的摄入情况,为后续的健康管理与商家精准推荐提供相关支持。本文研究基于智能手机传感器,针对如何检测桶装牛奶剩余量这一液体检测问题,提出了一套有效可行的系统,我们称之为DeMilk。DeMilk的核心思想是通过识别桶装牛奶左右晃动声音的不同,从而达到检测桶装牛奶剩余量的目的。DeMilk通过以下4个模块来实现:(1)数据的采集。采集桶装牛奶不同剩余量的晃动声音数据,并通过线性加速度计和陀螺仪来规范晃动牛奶的姿态,随后进行数据分割,数据降噪的预处理;(2)特征的提取。从每一个样本数据中提取相应的特征;(3)特征的筛选。通过不同的方法对提取的特征进行筛选;(4)模型的训练。基于采集的数据集以及筛选得到的最优特征集进行模型的训练。本文主要创新点以及研究成果如下:(1)本文研究首次通过融合智能手机线性加速度计、陀螺仪和麦克风传感器来检测液体剩余量。(2)本文研究一共提取26个特征用于检测液体剩余量。特征提取分别基于短时傅里叶变换,短时平均过零率,频谱质心,小波变换,梅尔频率倒谱系数和音符起始点检测6个方面。(3)本文研究训练生成的支持向量机模型效果最优,其准确率达0.9240,F1分数为0.9208,AUC值为0.9857。(4)本文将整个DeMilk系统实现为一个Android应用程序。

关键词： 多孔硅布拉格反射镜   荧光图像   半导体量子点   平均灰度值  

摘要： 多孔硅是一种纳米结构的材料,因其具有比表面积大,易于生物分子修饰,折射率可调节的优势,可被制作成各类生物传感器件。本文对多孔硅生物传感器的数字图像检测技术做出了研究,该项研究通过记录多孔硅布拉格反射镜中生物反应前后的图像,计算图像的平均灰度值,来表征被测分子的浓度。该项技术研究具有灵敏度高、检测周期短、实验成本低以及使用方便、快捷的优势。本论文的主要研究内容如下:首先,提出了基于布拉格结构的多孔硅透射光数字图像生物检测技术。该技术采用位于布拉格反射镜禁带边缘处的红外激光为探测光,入射至DNA杂交反应前后的多孔硅表面,其透射光经红外观察卡转换为可见荧光,再由数字显微镜接收该荧光图像。并对图像的做去除噪声处理,分别计算去除噪声处理前后图像的平均灰度值,得到其与被测DNA分子浓度的关系。其次,提出了用手机作为光探测器的透射光图像生物检测技术。该检测方法将波长位于布拉格反射镜禁带边缘处的激光器产生的探测光,入射至DNA杂交反应前后的多孔硅表面,红外观察卡将其透射光转换为可见荧光,并由手机接收该荧光图像,分别计算图像的平均灰度值,得到手机检测的图像的灰度值与被测DNA分子浓度的变化关系。实验结果表明,使用手机进行的透射光图像检测,获得的DNA分子的检测极限为n M级别。最后,提出了用手机作为光探测器的荧光图像生物检测方法。该检测方法将半导体量子点(Cd Se/Zn S)与探针DNA偶联,然后将二者的产物修饰至偶联目标DNA的多孔硅布拉格反射镜的孔洞内。通过半导体激光器(λ=375 nm)产生的激发光,激发多孔硅孔洞内的Cd Se/Zn S,其产生的荧光图像由手机记录,通过计算荧光图像的平均灰度值,得到目标DNA浓度与其平均灰度值变化的关系。实验结果表明,使用手机进行的荧光检测,获得的DNA分子的检测极限为p M级别。

关键词： 交流电磁场检测   高分辨率磁传感器阵列   多路复用   缺陷成像   RCNN  

摘要： 结构缺陷的形貌成像和智能判定一直是无损检测领域的研究热点和技术难点,本文基于交流电磁场检测技术,探究缺陷形貌和扰动电流之间的正反演关系,提出基于Tikhonov正则化的缺陷形貌成像方法,并发明基于RCNN的缺陷智能判定算法,最后搭建了一套完整的集阵列探头—仪器—缺陷成像智能检测软件为一体的交流电磁场高分辨率成像智能检测系统,最终实现了结构缺陷的形貌高分辨率成像和智能判定,为结构的智能检测和可视化评估提供重要的方法和手段。论文主要从如下4个方面展开:(1)交流电磁场阵列仿真模型建立与研究基于交流电磁场检测技术的基本原理,建立交流电磁场阵列有限元仿真模型,分析结构缺陷对感应电流的扰动规律,并对传感器数量、间距、排布方式等参数进行优化设计,为缺陷形貌成像算法和高分辨率阵列探头的设计奠定基础。(2)基于Tikhonov正则化方法的缺陷反演智能判定算法建立畸变磁场和扰动电流之间的逆问题模型,应用Tikhonov正则化方法,利用感应磁场重构缺陷周围扰动电流,进而实现缺陷几何特征的重构,在此基础上,利用不同角度裂纹、不同直径腐蚀的缺陷验证缺陷成像算法的可行性,并建立不同缺陷的图像库,开发基于RCNN的缺陷智能识别算法,最终形成一套缺陷形貌成像和智能判定方法。(3)基于高分辨率磁传感器阵列的缺陷成像智能检测系统开发基于仿真结果,优选高分辨率磁传感器,设计并制作高分辨率阵列检测探头,设计开发多路复用模块、放大滤波模块,并根据检测仪器的设计需求,对其他硬件进行选型,并开发缺陷成像智能检测软件,最终形成一套完整的集阵列探头—仪器—智能可视化软件为一体的检测系统。(4)基于高分辨率磁传感器阵列的缺陷成像智能检测系统测试利用搭建完成的交流电磁场高分辨率磁传感器阵列的缺陷成像智能检测系统,对不同材料中的裂纹和腐蚀缺陷进行检测实验,验证基于Tikhonov正则化方法的缺陷反演成像算法,并对训练完成的RCNN模型进行准确度测试,实现缺陷实时检出以及表面形貌反演,对缺陷分类准确度达100%,对缺陷智能判定的置信度达85%以上。

关键词： 弱磁探测   灵敏度   单光束   三维磁场线圈  

摘要： 弱磁探测作为研究物质特性和探测未知世界的一种有效手段,已经在各个领域得到了广泛的应用。但是近年来,随着现代科技的快速发展,人们对磁场传感器的灵敏度和尺寸结构提出了更高的要求,如何去提高磁场传感器的灵敏度和减小磁场传感器的尺寸成为了各个国家在磁场领域研究的热点。但是,在保证磁场传感器正常工作的前提下,如何在噪声中提取微弱的信号是具有极其重要的研究价值。在传统的磁场探测中,对微弱信号的提取主要采用双光束的方式,这种方式无疑增加了系统结构的尺寸,降低了系统的灵敏度。本论文采用单光束的方案进行测量,利用原子磁力仪的结构,在信号的检测原理上做出了分析,对微型结构的磁场传感器研究具有十分重要的参考价值。其主要研究内容如下:1、进行了原子磁力仪工作原理的研究。主要以铷原子为例,分别探讨了铷原子的精细和超精细结构,研究了铷原子在泵浦光作用下的泵浦作用还有外磁场作用下的极化作用,并分析了铷原子的三种弛豫机制。2、进行了三维磁场线圈的设计与仿真。主要设计了（?）80×260mm3尺寸骨架和（?）19×80mm3尺寸骨架的三维消磁线圈,从理论出发,建立了三维磁场线圈的数学模型,并进行求解,得到了能产生最大均匀磁场的线圈结构尺寸,并通过仿真和实验验证了线圈设计的合理性和可行性。从补偿剩余磁场的角度上,进一步提高了系统的灵敏度。3、进行了微弱信号的提取。通过分析磁场信号与铷原子之间的相互作用,得到了铷原子与外磁场之间的相互关系,并以此关系为基础,给磁场信号提供特定的调制信号,通过解调技术得到铷原子的吸收曲线和色散曲线。同时给出了磁场传感器灵敏度的标定方式,并通过优化光源、调制参数等进一步提高系统的灵敏度。4、进行了整体实验系统研究。针对实验的结果进一步提出了影响灵敏度的主要因素,其中包括光源的圆偏振度、铷原子气室的温度、激光频率的漂移等,并通过实验分别对这些因素进行了详细的分析。

关键词： 磁电效应   磁电传感器   涡流检测   差分探头   缺陷识别  

摘要： 近年来随着工业的迅猛发展,金属材料遍布各行各业。但由于金属在空气中容易被氧化腐蚀进而产生裂纹或缺陷,存在一定的安全隐患。涡流检测技术具备快速性、便捷性、无需耦合剂的优势,被广泛应用于检测金属导电材料。及时识别金属的缺陷,能够有效的预防事故发生。但对于微小裂纹,传统检测线圈的灵敏度不足以识别。而磁电传感器有着灵敏度高、噪声小、结构简单、成本低的优势,在涡流检测中有着很大的应用前景。为解决传统检测线圈灵敏度低、噪声大等问题,提出了用磁电传感器来代替传统检测线圈作为检测探头。本文首先通过等效电路法对磁电传感器的原理进行深入研究,建模计算了不同频率下磁电传感器的磁电系数。进一步研究了尺寸和直流偏置磁场对磁电效应的影响。在此基础上,制备了磁电传感器并搭建了磁电测试系统。测试了全频域磁电传感器的磁电系数,验证了在谐振频率时磁电传感器的高灵敏度。进而研究了磁电传感器的线性度、迟滞性、重复性等磁传感静态特性。利用COMSOL有限元仿真软件建立了涡流检测模型,分析了激励频率、提离值、被检测体导电率对涡流效应的影响。继而设计了适用于涡流检测的磁电式涡流探头。针对磁电传感器的自身噪声会影响检测精度的问题,提出了使用差分磁电传感器来消除噪声的策略,并从共模抑制比的角度从理论分析了差分磁电传感器的灵敏度优于单个磁电传感器。通过涡流检测平台对金属缺陷进行具体实验,验证了磁电传感器对缺陷识别的能力远远优于传统检测线圈。并对比了差分磁电传感器和单个磁电传感器的检测精度,结果与理论分析一致。最后,利用L-M优化算法对数据处理实现了缺陷长度和深度的定量评估。