传感器的原理与应用研究

现代社会,电子设备的普及和数字化,使得市场对传感器的需求日益增多。笔者通过自身所学,对传感器的原理进行阐述,并以车用传感器、温度传感器和热敏电阻为例,对传感器的应用进行分析。     

采用抗体包被纳米金多层自组装膜的HCG安培免疫传感器

研制了一种采用人绒毛膜促性腺激素抗体(anti-HCG)包被巯基丁二酰胺(HL)/纳米金(AuNPs)多层膜修饰金电极的免疫传感器(AU |{HL/AuNPs}n-anti-HCG),用于检测人唾液中的HCG.通过层层自组装技术在Au电极表面交替修饰多层{HL/AuNPs}n膜,再通过膜内的AuNPs吸附anti-HCG,构筑了HCG安培免疫传感器.以K3Fe(CN)6为探针,在pH 7.0的PBS缓冲液中加入HCG,随着HCG与电极表面anti-HCG发生特异性免疫反应,形成的抗原/抗体免疫复合物使得K3Fe(CN)6在电极表面的响应电流减小,减小量(Ip)与膜表面的免疫反应程度相关,以此作为HCG定量的依据.对各修饰电极表面进行了表征和定量分析.实验表明:该免疫传感电极中{HL/AuNPs}n膜内存在的大量AuNPs显著增加了anti-HCG吸附量,从而使得其HCG检测范围变宽(0.1～100 mg/L),检出下限为0.056 mg/L(3σ).     

差异沉降对拓宽路面结构影响机制研究

本文以高速公路拓宽工程为研究背景,借助大型地基沉降模拟试验平台,采用FBG应变传感网络系统,开展了几何相似比为1:2的大比尺模型试验,研究了路面加载条件下新、老路基差异沉降对路面结构层的影响机制问题。试验结果表明:新、老路基过大差异沉降,拓宽路面结构层随着路面荷载的反复作用,路面结构层顶部处于拉压应变的交替变化中,正是这种交替变化带来了路面的疲劳破坏。在新、老路基交界处铺设土工格栅能一定程度的消解新老路基间的不均匀沉降,进而能够一定程度的缓解差异沉降对路面结构应变的影响,但是这种缓解程度较为有限。     

新型复合功能菌群的构建及其在近海养殖水体BOD微生物传感器中的应用

从养殖水体污染严重的三亚海宝近海养殖专业合作社的养殖场水体中,分离得到3株能高效降解蛋白质、淀粉和油脂的菌株:Bacillus HXY-10,Aspergillus sp.HXY-3和Methylobacterium sp.HXY-7,通过共培养构建了能高效去除养殖水体中氨氮和亚硝酸盐氮的固定化复合功能菌群;同时采用夹膜法制作了BOD(生物需氮量)生物传感器微生物膜,传感器响应电流与水体中的BOD质量浓度2~60 mg·L-1呈线性关系,相关系数为0.992 3.对含有已知BOD含量的水样进行8次测量,RSD为3.34%,表明BOD传感器检测体系的重现性良好,这为进一步研究近海养殖水体BOD传感器奠定了基础.     

基于遗传优化策略的传感器配置算法

传感器配置是传感器网络研究的核心问题之一.传感器网络配置可以有效布置传感器网络节点、合理覆盖感知数据区域、延长感知区域传感器网络的运行周期,既能够准确地采集感知区域的数据信息,又能够充分管理传感器网络资源.本文提出了在传感区域中一个有效的基于遗传算法策略的的传感器配置算法,算法目标在于优化传感器数量并且确定它们的位置以...     

基于GA优化BP神经网络的WSN数据融合技术研究

为减少无线传感器网络中节点的数据通讯量,降低能量消耗,达到数据融合的目的,设计了一种基于遗传算法优化BP神经网络的数据融合算法(BPGA),阐述了数据融合原理、BP神经网络和遗传算法,介绍了遗传算法优化BP神经网络的数据融合方法,利用遗传算法优化神经网络的权值、阀值及隐含层结构,然后通过优化后的神经网络提取无线传感器网络中原始数据的特征信息,并将特征信息发送给汇聚节点,从而提高网络数据采集效率,延长网络生命周期。最后通过与LEACH、BPNDA算法进行仿真实验比较,证明了其有效性。     

ZrO_2(掺杂Y_2O_3)固体电解质水蒸气传感器

用ZrO2(掺杂摩尔分数为8%的Y2O3),按照一定的烧结制度得到的小管为固体电解质,分别以已知平衡水蒸气压的H2C2O4和H2C2O4·2H2O的混合物及Na2SO4和Na2SO4·10H2O的混合物为参比电极,同时根据物理化学原理,水溶剂中加非挥发性溶质可以得到不同的水蒸气分压,以纯水和不同浓度的KOH溶液为待测电极,构成水蒸气浓差电池,在0～35℃和8～23℃的范围内,分别对上述两类水蒸气电池做敏感性实验的研究·实验发现,如果以pH2O(Ⅰ)、pH2O(Ⅱ)分别表示待测极和参比极水蒸气压,电池电动势E同lg(pH2O(Ⅰ)/pH2O(Ⅱ))呈现较有规律的变化,即电池的电动势随温度的升高而...     

基于熔锥光纤耦合器的溶液浓度传感器

利用2×2熔锥型光纤耦合器,提出一种检测溶液浓度的新方法.首先,根据熔融光纤拉伸锥形曲线和超模耦合器理论,分析计算出熔锥型光纤耦合器输出分光可见度与其耦合锥区外部介质折射率的关系曲线;然后,实验上将2×2单模光纤耦合器浸入一种溶液中,当光经过熔锥耦合区后,其耦合分光可见度将随锥区外部的溶液浓度（折射率）而变化.由此,可实现对溶液浓度的检测.理论计算和实验结果有较好的一致性.     

无线传感器网络自适应动态簇目标跟踪策略

考虑到无线传感器网络的特点及目标跟踪对实时性要求较高,提出一种基于动态簇的无线传感器网络目标跟踪策略.当目标出现时,基于节点管理机制采用层次分析法选举簇首,定义节点跟踪权值作为参与跟踪的依据,并建立动态簇.目标监视过程中,根据实际跟踪质量自适应调整动态簇规模;为了避免目标丢失,在自适应机制的基础上提出目标恢复机制.目标离开后,解散动态簇,释放节点资源.采用NS2对所提算法进行仿真测试,结果表明,基于动态簇的跟踪策略能够以较少的通信开销为代价获得很好的目标捕获率.     

新型电容传感器结构的设计

提出了一种采用变间距差动式电容结构设计的电容压力传感器,并详细讨论了弹性体厚度的理论计算和版图的设计,此种传感器是用业测量近海海水深度和浪高,并由此得到潮汐的变化的。这种差动式结构是利用压力作用在可动电极上,在微机械加工的过程中,采用某种连接,大大提高了传感器的灵敏度和测量精度。