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ISBN: (纸本)9787312041051

关键词： 传感器与检测技术   一体化教学   分析  

摘要： 《传感器与检测技术》是技工院校中的非常重要的课程,是机电一体化专业的必修课.对于教授这门课程的教师来说,他们的教学任务就是让学生掌握传感器的应用技术和检测方法.因此,教师对于《传感器与检测技术》一体化教学的实施,要以学生为教学主体,使学生在掌握传感器理论的基础上并能很好的应用到实践中,从而培养学生理论应用实践的综合能力.

关键词： 氯离子浓度检测   光纤折射率传感   钢筋锈蚀   无芯光纤多模干涉仪  

摘要： 钢筋混凝土结构的腐蚀是当今大型土木工程及公共交通等领域最为关注的问题之一,关系着建筑结构的使用寿命及安全隐患等问题。传统的钢筋腐蚀程度监测方案都是基于钢筋发生腐蚀后产生的变量进行腐蚀程度监测,无法提前预报锈蚀的起点。由于氯离子的入侵是造成混凝土结构钢筋腐蚀的最主要原因,通过光纤传感器对混凝土结构氯离子浓度的监测,可以预测钢筋混凝土结构的锈蚀程度,实现早期钢筋刚与氯离子接触而未锈蚀状态的检测,为提前预测锈蚀的发生提供了可能性。本文的主要研究工作归纳如下:(1)调研了国内外混凝土腐蚀监测现状以及光纤折射率传感器的发展现状,基于钢筋锈蚀与所处环境氯离子浓度的关系,设计了使用光纤折射率传感器进行混凝土结构氯离子浓度监测的技术方案,为钢筋混凝土结构早期腐蚀程度的监测提供了判断依据。(2)基于长周期光纤光栅(LPFG)的温度及折射率传感特性进行了混凝土结构氯离子浓度梯度分布测量传感研究。从耦合模理论出发研究了LPFG的传感原理,分析了LPFG对温度及折射率的传感特性,实现了对混凝土结构氯离子浓度梯度分布的测量,氯离子浓度分辨率约为25～50 g/L,温度分辨率为0.8℃。(3)基于内嵌保偏光纤(PMF)和LPFG的Sagnac环进行了温度及氯离子浓度双参量光纤传感研究。研究分析了内嵌LPFG和PMF所引入的双折射效应对Sagnac环温度及折射率传感特性的影响,根据折射率和氯离子浓度的对应关系得到氯离子浓度分辨率约为20 g/L,温度分辨率为0.04℃。(4)基于无芯光纤多模干涉仪的传感原理进行了新型的高灵敏度混凝土结构氯离子浓度检测传感研究,研究分析了无芯光纤多模干涉仪对温度及折射率的传感特性,通过加速腐蚀实验验证了无芯光纤多模干涉仪实现混凝土结构氯离子浓度高灵敏度传感的可行性,分辨率约为6.5 g/L,其中由温度变化所引起的氯离子浓度测量误差约为0.5(g/L)/℃。

关键词： 自检测   MEMS振动传感   sigma-delta模数转换  

摘要： 几十年积累的大量设计经验与不断提升的制造工艺水平促成了 MEMS振动传感器研究成果的快速更新。同时,这些成果也渗透到了军品与民品等诸多应用领域。与之相比,振动传感器的检测技术发展相对滞后,且传统检测方法已无法适应现在快速精准的检测需求。在此背景下,本课题设计出一种可实现自检测功能的振动传感器系统。自检测模块使用纯数字方法构建激励产生模块,以产生用于传感器系统静态和动态参数检测的正弦信号,激励产生模块与接口电路制造在同一块芯片上。通过数字谐振器产生多位正弦波,该信号流经sigma-delta调制器转化成一位码流,再以静电力反馈的形式作用在传感器敏感单元上,从而转换成等效检测加速度信号。sigma-delta调制器内嵌在谐振器中,以减小芯片面积和计算时间。通过调节信号发生器的参数,正弦信号的幅度和频率可以精确确定,以适应不同的静态和动态参数的测试。为验证自检测模块的适用性,本课题设计了一款振动传感器的闭环sigma de型数字接口电路。电路整体采用非限制性结构来降低系统参数获取难度。同时引入相位补偿器保证稳定性。在分析系统中主要失真源的基础上,对电荷放大器、跟随缓冲器、相位补偿器、积分器、量化器、时序控制电路等子模块进行晶体管级电路设计。利用SpectreVerilog对电路进行数模联合仿真,接口电路信号带内输出噪声密度小于250nV/Hz1/2,谐波失真小于-120dB,总体信噪比为103.6dB,性能满足需求。同时自检测模块工作正常,最小可检测到45μg的振动加速度信号,检测范围-0.7g～+0.7g。

关键词： 传感器   检测技术   教学探索  

摘要： 没有传感器就没有现代科学技术的观点已为全世界所公认,以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样,源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息,成为人们认识自然、改造自然的有力工具,广泛的应用于工业、农业、国防和科研等领域,已成为工科专业学生必修的专业基础课.

关键词： 表面等离子体共振成像   高灵敏度   消光   数据处理   大肠杆菌   H7N9  

摘要： 三十年来,表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)技术朝着高通量、高灵敏、高空间分辨和多功能等方向飞速发展,应用领域不断被拓宽。其中,表面等离子体共振成像(Surface Plasmon Resonance Imaging,SPRi)技术凭借高通量的优势,成为了近年来的研究热点,相关领域对其提出了越来越高的要求。另外,包括细菌和流感病毒在内的微生物因数量多、变异快,影响着人类的正常生活。因此,提升SPRi传感器的性能,将其应用于微生物检测,具有重大意义。本课题的主要研究内容和成果包括:(1)分析了偏振控制光强调制型SPRi传感器的基本原理,对常用的功能金膜纯水消光方法中的光学参数进行了优化设计及误差仿真,构建了偏振控制光强调制型SPRi传感器系统。测试了传感器的性能,NaCl溶液检出限在50-100 mg/L之间。(2)提出了优化设置消光折射率的方法,即通过改变消光折射率来提高纯水折射率区域的灵敏度,打破了需真实液体消光的思想。构建了基于该方法的SPRi传感器,并进行性能测试,折射率分辨率达到1.35×10-6RIU,NaCl溶液的检出限为25mg/L,最小可检测稀释51200倍的BSA抗体溶液。该方法实用性强,实现了 SPRi传感器对微量水溶液样品的高灵敏检测。(3)研究了零相移数字滤波、小波分析和希尔伯特-黄变换(Hibert-Huangtransform,HHT)变换三种数据处理方法及其在SPRi传感器折射率样品和生物样品检测实验中的应用。HHT变换独具自适应性的特点,可对不同的实验数据,产生相应的基函数,且操作简便,能够获得较为理想的滤波处理效果,从而提高传感器的性能。(4)开展了高通量在线培养、实时检测大肠杆菌的SPRi实验。分别试验了 0.5 μL和1.5 μL两个体积的微腔,结果表明,液滴体积越小,细菌生长扩增速度越快;利用0.5 μL微腔,可在10 h内检测105CFU/mL的大肠杆菌。该方法拓展了 SPRi技术的应用领域,有望解决食品安全等领域细菌检测时间过长、操作繁琐等问题。(5)利用课题组自行研制的通道型角度调制SPR传感器,分别基于抗原-抗体识别体系和碱基互补配对识别体系,进行了 H7N9亚型流感病毒的两项检测实验。两种方法均可检测流感病毒的H7亚型,且简便快速、成本较低,可作为现有流感病毒识别和检测方法的补充,并可作为SPRi传感器高通量样品检测的基础。

关键词： 超声共振   线性调频   采样   DSP   相关性  

摘要： 倒车雷达超声传感器社会需求量巨大,但其批量化生产时合格率较低,一般在50%以下,大量的不合格品意味着大量的资源浪费,原材料的品质决定了传感器成品的品质。因此需要有效的手段检测传感器重要原材料——铝制外壳的共振频点,保证传感器原材料的一致性。传感器外壳体积小,共振频点高,原有用于检测大型低共振频点机件结构的方法难以使用。本文通过分析国内外超声类型传感器共振频率的检测方法,基于共振原理,使用超声无损检测的方法,设计了外壳共振频点检测样机结构。主要包括原理需求分析、系统硬件设计、底层驱动设计、数据采集和分析算法四方面内容。具体工作如下:第一,分析了物体受迫振动以及共振的原理,通过比较确定了动态扫描的测量方法,并对测量方法进行需求分析,确定测量系统总体框架包含四部分:控制、激励、采样、夹具,并对各部分的功能进行定性的分析,为测量系统的设计奠定了基础。第二,设计系统硬件部分,并进行制作和综合调制。介绍了以TMS320C6748为核心的DSP控制板的结构和资源;设计AD9224-40采样电路以及相关的信号调理、电压基准、时钟电路的;比较并确定使用数-模转换器产生动态扫描信号,并设计AD9705电路、数字接口电路与功率放大电路;介绍了系统机械支架的结构和功能。第三,设计调试系统软件部分。阐明了 DSP的启动原理及启动文件设计方法,针对课题实际需求,分析C6748的时钟、中断、定时器、EDMA3、UPP接口及EMIFA接口的原理及其配置方法,设计采样部分、激励部分的驱动程序。最后,推导说明了波形数据的生成和系统固有频响的补偿,使用设计的测量系统对传感器外壳进行测量,利用基于经验函数的相关性分析方法对测量数据进行分析,得到被测件共振频率。

关键词： 黄曲霉毒素B1   呕吐毒素   玉米赤霉烯酮   表面等离子谐振   玉米  

摘要： 黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)、呕吐毒素(Deoxynivalenol,DON)和玉米赤霉烯酮毒素(Zearalenone,ZEN)是饲料中对畜禽危害较大的三种真菌毒素;通过污染植物性原料感染饲料,是继细菌和病毒以外的第三大致病因素,可引起畜禽真菌毒素中毒症。因此,对真菌毒素的检测和监控就变得很有必要。目前,真菌毒素检测方法很多,但这些方法都不同程度地存在样品前处理复杂、操作时间长等缺点,探索快速准确的真菌毒素检测方法是当前热点研究领域。表面等离子谐振(Surfaceplasmon resonance,SPR)技术操作简单、灵敏度高、检测时间短、耗样量少、无需标记,能实时监测反应动态过程、无需纯化各种生物组份、只需对样品进行简单处理等优点,已广泛用于化学性危害物的检测领域。目前在检测玉米和饲料真菌毒素方面,还极少有SPR高通量检测方法的报道。本研究制备了 AFB1、DON、ZEN的人工完全抗原。采用化学偶联法,以牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)、卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)为载体蛋白分别制备了免疫抗原(AFB1-BSA,DON-BSA,ZEN-BSA)和包被抗原(AFB1-OVA,DON-OVA,ZEN-OVA)。使用上述免疫抗原对Balb/c小鼠进行免疫,并采用杂交瘤细胞技术将小鼠脾脏细胞和骨髓瘤细胞进行融合,经筛选后成功制备出AFB1、DON、ZEN单克隆抗体。使用包被抗原对抗体进行鉴定,三种毒素抗体与其它真菌毒素无交叉反应,具有良好的特异性,抗体的亲和力分别是5.4× 107mol/L、7.5×106mol/L、3.1×107mol/L,能够达到检测要求。本研究分别建立了玉米中AFB1、DON、ZEN的SPR检测方法。将AFB1-OVA结合到羧基修饰的SPR芯片上,根据抗原包被的结合区间优化和检测AFB1芯片条件,结果表明使用乙酸盐缓冲条件下偶联比例最高,根据流速结合曲线确定AFB1-OVA最适包被浓度为0.02 mg/mL、最适AFB1单抗稀释度为1:10000。建立的检测玉米中AFB1直接竞争SPR检测方法,检测限为2.94 μg/kg。同样,优化了 DON和ZEN SPR检测方法的最适条件,玉米中DON和ZEN SPR检测方法的检测限分别为96.22 μg/kg和9.32 μg/kg。经实际样本测试,SPR检测方法与HPLC方法的相关性良好,R2均大于0.95。最后,本研究建立了同时检测玉米中AFB1、DON和ZEN的SPR检测方法,检测限分别为3.77μg/kg,109.08 μg/kg和11.11μg/kg。50份实际样本检测结果显示,SPR检测方法与HPLC方法的相关性良好,R2均大于0.94,表明本研究所建立的检测方法能够满足实际样本的检测需求。

关键词： 五位一体化   课程改革   传感器  

摘要： 在"一字二结合"的教学体系下,为了培养出应用型本科人才,提出理论教学、实验教学、实训教学、学科竞赛及大学生创新创业项目"五位一体化"的教学理念,激发学生的学习兴趣,从而培养学生的实践动手能力。

关键词： 传感器   检测技术   机电一体化   应用  

摘要： 机电一体化系统在生产中应用时间已久,随着传感器与检测技术的发展与完善,它们与机电一体化系统又和完美的融合,为我们的生活与生产带来更多便利。本文针对传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用进行研究,首先对传感器与机电一体化进行简单介绍,之后对具体的应用进行说明,并分析其优点所在。