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ISBN: (纸本)9787030778550

关键词： CMUT   COMSOL Multiphysics   ADS   超声驱动与检测系统   高速数据采样  

摘要： 超声技术凭借其无辐射、高空间分辨率和实时检测等优势,成为各项检测任务中不可或缺的技术手段。而超声探头作为超声系统中的关键器件,其性能优劣直接影响检测效果。随着微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)技术的发展,电容式微机械超声换能器(Capacitance Micromachined Ultrasonic Transducer,CMUT)凭借其高灵敏度、宽频带、易于阵列化和集成化等优势,在超声检测领域获得广泛关注。相较于传统的压电陶瓷换能器(Lead Zirconate Titanate,PZT)存在的频率响应窄、声阻抗失配、阵列集成度低等局限性,CMUT更适合构建大规模阵列以实现高性能超声检测。本论文对CMUT进行建模研究及测试,并设计了面向64通道CMUT的驱动与回波检测系统,具体内容包括: 研究了CMUT阵列传感器理论模型,分析了CMUT阵列的结构特点以及工作机理。基于集总参数模型理论推导了圆形CMUT微元的关键特性参数,包括振动位移、电容变化、固有频率、塌陷电压与机械阻抗,并搭建了圆形CMUT等效电路。通过MATLAB分析了面阵CMUT的自然指向性,设计了传感器阵元数量。基于超声相控阵的基本原理,设计了面向不同CMUT结构、聚焦深度、声束纵向以及横向偏转角度的空间聚焦延迟计算算法。 基于COMSOL Multiphysics与Advanced Design System双平台,对CMUT进行系统建模与性能分析。首先,在COMSOL软件建立了CMUT微元的有限元模型,通过模态、稳态、频域及瞬态仿真,验证理论分析与仿真结果的一致性。其次,在ADS平台构建了CMUT等效电路模型,研究微元大小、微元数量及微元间距对CMUT性能的影响,为电路阻抗匹配提供指导。最后,基于CMUT阵列芯片搭建硬件测试平台,得到了CMUT的阻抗与相位、发射灵敏度和接收灵敏度等关键参数,为基于CMUT的驱动与检测系统的设计提供了指导。 面向64路CMUT传感单元,设计了与其适配的超声驱动与检测系统。系统采用FPGA作为控制核心,硬件部分包括电源模块、64路高压脉冲激励模块、30n A高频微弱信号二级放大模块、32通道模数转换模块、数据传输和存储模块。同时,设计基于PC-FPGA架构的数字控制算法,实现了频率10k Hz至6.55MHz范围内可调、激励时长可调、延迟时间(精度达1ns)可调的高压脉冲激励信号。AFE5832采用SPI配置寄存器、LVDS数据接收,实现了12bit、40Mbps数据采样,并设计了自校准算法,确保了32路高速数据同步采样的可靠性。 搭建了超声激励与检测一体化系统的实验平台,验证了系统的可靠性。实验结果表明,面向CMUT传感器的驱动和检测功能均实现,得到了优质的回波信号,为实验室后续基于CMUT面阵换能器的超声成像算法研究提供了可靠实验数据。

关键词： DON   适配体   传感器   纳米材料   扩增策略  

摘要： 脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol,DON）,又称呕吐毒素,是一种具有显著细胞毒性和免疫抑制活性的真菌次级代谢产物,作为污染最为广泛的真菌毒素之一,广泛存在于谷物及其制品中。长期或大量摄入含DON的食品或饲料可引发人畜胃肠道炎症,严重时可导致致命性疾病。鉴于其健康风险,开发高灵敏、高选择性的DON检测技术,不仅是完善食品安全预警体系的关键环节,更是保障农业经济可持续性的重要命题。电化学传感技术以快速响应、操作简便等优势成为现场快速检测的首选方案。基于此,本研究提出跨尺度协同增效设计策略的纳米复合材料,并集成级联信号放大体系,实现飞克级检测灵敏度突破。本论文的研究工作包括: 1.为提升电极界面导电性及检测灵敏度,本研究创新性地构建了基于聚乙烯亚胺功能化多孔还原氧化石墨烯/金纳米线（PEI-PrGO/AuNWs）与亚甲基蓝标记沸石咪唑酯骨架结构材料/链霉亲和素（MB@ZIF-8/SA）的信号放大体系,用于DON的适体传感器构建。具有大表面积和优异导电性的PEI-PrGO/AuNWs作为裸金电极（Au E）的修饰材料提高电极电子转移速率和DNA负载量。ZIF-8/SA作为信号探针材料,实现MB与单链DNA（s DNA）的共负载。当DON存在时,适配体（Apt）优先与其发生特异性识别并脱离电极界面,触发信号探针通过碱基互补配对机制被捕获至电极表面。该传感器在1×10-8 mg/m L–1×10-4 mg/m L浓度范围内呈良好线性关系,检测限（LOD）为2.23×10-9 mg/m L。加标玉米粉样品中目标物回收率为81.85%-109.4%。本研究为基于复合纳米材料的传感器灵敏度提升策略提供了理论依据与实验参考。 2.为提高目标物利用效率,构建了基于*** CI触发型DNA步行器与催化发夹组装（CHA）的双信号放大体系,并将其应用于DON的超灵敏电化学适体传感器开发。通过聚乙烯亚胺功能化还原氧化石墨/铂包金纳米棒（PEI-rGO/Pt@AuNRs）修饰Au E,显著增大电极比表面积并加速电子传输速率。同时引入兼具高比表面积与多孔结构的PtPdAu三元合金纳米材料负载MB作为信号探针,实现检测信号的协同增强。当目标物DON存在时,触发DNA（t-DNA）从Apt/t-DNA复合物中解离并激活DNA步行器,通过循环酶切反应持续释放CHA循环触发链（S）。释放的链S通过碱基互补配对锚定至电极界面并触发CHA循环,驱动信号探针的级联捕获以实现电化学信号的指数级放大。该传感器线性检测范围为1×10-8 mg/m L–5×10-4 mg/m L,检测限为9.35×10-10 mg/m L,在加标玉米粉中回收率为97.15%–107.8%,为实际样品中高灵敏度检测DON提供了一种有效方法。 3.为加快检测效率,解决传感器检测过程的耗时长的问题。最终引入了一种光控核酸置换反应与DNA酶介导的信号放大策略,有效缩短了DON检测时长。采用PEI-rGO/磁性碳球负载铈基金属有机框架（PEI-rGO/MCA@Ce-MOF）作为基底材料,通过高比表面积与优异导电性的PEI-rGO与多孔结构的MCA@Ce-MOF协同作用提升DNA在电极界面的吸附效率及电子传输能力。在DON检测过程中,Apt与DON结合并释放互补DNA（c DNA）,在光响应条件下激活酶对双链DNA的特异性切割,实现信号初级放大;同时释放的单链DNA在钾离子（K+）诱导下形成G-四链体结构,通过负载MB作为信号探针,进一步增强电化学信号的级联放大效应。该传感器检测限达8.37×10-10 mg/m L,检测范围为1×10-8 mg/m L–1×10-3 mg/m L。标准添加法分析结果显示,该传感器在实际样品检测中展现出优异的回收率（93.24%–97.70%）。本研究的三种电化学生物传感器为复杂基质中DON稳定、快速超灵敏检测提供了可靠的技术方案。

关键词： 思政主线   教学理念   教学策略   教学实施  

摘要： 基于“岗课赛证”,以“三科技三精神”为思政主线,创新教学理念、教学策略和教学评价体系,构建“三阶八环”教学实施流程,对“传感器与检测技术”课程进行教学改革和实施。教学实践表明,学生知识、技能和素养增值显著,有效提高了传感器应用型人才培养质量。

关键词： 热敏传感器   微型电子电路   检测技术   应用分析   改进策略  

摘要： 本文主要分析了微型电子电路中热敏传感器检测技术的应用,并探讨了热敏传感器在此领域中的性能优势和改进策略。首先,研究了热敏传感器在微型电子电路中的典型应用场景,并对其工作原理和特点进行了详细阐述。同时,对比分析了热敏传感器与其他传感器(如热电偶、热电阻)在微型电子电路中的性能差异和应用优势。针对热敏传感器在微型电子电路应用中可能出现的问题,如温度漂移、测量精度受限、响应时间慢等,提出了相应的改进策略,具体包括:采用高性能材料提高热敏传感器的灵敏度和稳定性;引入数字处理技术和信号调节电路,以改善测量精度和抗干扰能力;设计高效的散热结构和传热路径,以减少系统热惯性并缩短响应时间。

关键词： 课程思政   教学改革   分类招生   传感器与检测技术   课程育人  

摘要： 现代社会离不开信息技术,而信息采集离不开传感技术,传感器作为信息系统的感官,越来越被重视。传感器课程是电子信息类专业广泛开设的一门专业课,在高职学校分类招生背景下,继续采用传统教学方法讲授,效果往往不尽如人意。根据所在学校物联网、电子信息工程等专业分类招生实际情况,充分尊重当下学情,完善课程教学体系,融入课程思政元素,重构课程教学内容,探索有效教学模式,创新课程考评方式,进行多元化评价。教学改革实践表明,融入课程思政的教学改革举措能够明显提高学生学习兴趣,更好地促进学生全面发展,同时提高专业课程育人效果与专业人才培养质量,为区域经济发展提供更多德技并修的高素质人才。

关键词： 传感器与检测技术   OBE—CDIO   教学模式   实践教学改革  

摘要： 在工程教育领域,提升学生实践技能至关重要。鉴于《传感器与检测技术》课程面临教学方法陈旧和模式僵化等问题,本文以OBE-CDIO教育理念为指导,尝试对课程教学模式、教学方法、课程设计和考核机制进行全面革新。学生需经历从项目构思、方案设计、产品制作至操作完善四个阶段的深入学习,不仅加深了对该课程的理解,更有助于培养具有OBE-CDIO特征和满足产业需求的创新性工程技术人才。此举旨在通过教育创新促进学生综合素质的发展,为工程领域的人才培养提供新思路。

关键词： 课堂有效性   教学实践   教学效果   课堂教学  

摘要： 课堂教学的有效性直接影响学生的学习成绩和个人成长,构建合理的教学模式显得尤为重要。为了提高课堂教学的有效性,整理和研究了课堂教学有效性相关的理论基础和研究动态,分析了不同教学方法对课堂教学成效的影响。我们在《传感器与检测技术》课程教学中尝试变革,进行了课堂教学有效性的相关教学实践,尝试提升课堂教学质量和学生的学习效果。。

关键词： TMR传感器   车辆检测   识别   GA-SVM   嵌入式  

摘要： 为了提高车辆行程检测的灵敏度、准确率以及使用性,提出采用TMR传感器技术的车辆行程检测方法。基于TMR传感器技术实现车辆行程的检测,将TMR传感器作为系统的检测器,对车辆行程信息进行数据采集,采用遗传优化支持向量机(GA-SVM)算法,将支持向量机算法从二维空间优化到高维空间,进而实现对车辆的分类以及识别。通过实验,该系统准确率可达98%,算法准确率可达95%。

关键词： 全球卫星导航系统(GNSS)/多传感器融合定位   欺骗检测   独立信息一致性   信息融合异常  

摘要： 全球卫星导航系统(GNSS)与多传感器组成的融合定位系统由于其精确性和鲁棒性,已经在自动驾驶和无人探测等领域得到广泛应用。然而,GNSS容易受到欺骗干扰影响,导致融合定位系统输出错误信息,进而引发严重后果。鉴于传感器能够提供不受GNSS欺骗干扰的载体状态信息,融合定位系统能够通过GNSS和传感器信息的相互校验实现欺骗检测。本文对此类GNSS欺骗检测技术进行了综述,首先概述了GNSS/多传感器融合定位的传感器组成和信息融合算法;其次将现有GNSS/多传感器定位中的欺骗检测技术分为独立信息一致性监测和信息融合异常检测2类,并总结分析了不同算法的基本原理、实现方法和性能效果;最后对GNSS/多传感器融合定位中欺骗检测技术的未来发展趋势进行了展望。