基于微纳光纤模式干涉仪和石墨烯薄膜的氨气传感器

将单锥微纳光纤模式干涉仪和石墨烯相结合,实现了一种高灵敏度的光纤式氨气传感器,其利用石墨烯的特异性吸附效应及微纳光纤结构的高灵敏度传感特性,通过检测干涉光谱的漂移量实现了对氨气浓度微弱变化的检测.对不同组传感器进行了对比分析,结果表明当光纤直径为3.4μm时最大检测灵敏度为10.8 pm/ppm,与文献中采用其它光纤结构所报道的结果相比几乎提高了一倍.该传感器具有结构简单、易于实现及灵敏度高等优点,在危害气体浓度报警和人体健康检测等领域有潜在的应用前景.     

聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器

以聚苯胺作为敏感材料,实验制备了高灵敏快速响应的声表面波(SAW)氨气传感器器件,结合鉴相式传感电路,构建了传感系统.聚苯胺对氨气的选择性吸附所产生的质量负载及声电耦合效应引起声传播速度的变化,进而以鉴相器输出的电压信号来表征待测氨气体积浓度.实验结果表明,在室温工作条件下,传感器显示出高灵敏度(0.11 mV/10—...     

新型的ISFET微传感器读出电路单芯片集成研究

生化微传感集成系统是目前的研究焦点,本文以在线性区和饱和区两种模式下工作的pH-ISFET作为研究对象,提出ISFET微传感器与其信号读出电路的单芯片集成,并深入研究传感机理以及与标准CMOS兼容的敏感材料制备技术.整个芯片包含ISFET/REFET微传感差分对、双模式ISFET/REFET放大器、次级差分放大、参比电极Pt、恒流源等,采用新加坡Chartered半导体集成电路公司3.3V标准CMOS工艺流片.同时进行传感器芯片的pH响应实验测试,获得53mV/pH灵敏度.     

基于荧光猝灭原理的光纤溶解O_2传感特性研究

采用荧光猝灭法检测溶解O2浓度。以邻菲咯啉钌作为荧光指示剂,用溶胶-凝胶法制备含有荧光指示剂的敏感材料,采用塑料光纤作为传感和传光元件,传感头做成U型以提高灵敏度,采用相移法实现对荧光寿命的测定。通过实验得出,溶解O2浓度在10mg/L以下时,荧光指示剂的荧光寿命与溶解O2浓度呈线性关系,实验测得该传感器的检测下限是0.36mg/L,系统的灵敏度为0.02mg/L。     

微纳双FBG高灵敏度折射率传感特性研究

光纤布拉格光栅(FBG)的倏逝波场随着其半径的 减小而增强,从而对环境折射 率响应灵敏度同步提高,但其对折射率敏感的同时存在温度交叉敏感性;而微纳双FBG传感 器实现高灵敏度折射率传感的同时又可解决温度交叉敏感问题。本文利用2层和3层光纤纤芯 基模的色散方 程分析了微纳双FBG的折射率传感灵敏度与其半径之间的关系,发现其半径越小,折射率 传 感灵敏度越大。实验研究了不同半径的双FBG在温度补偿情况下的折射率传感灵敏度,得到 半径为0.3μm的双FBG折射率传感灵敏度为1.057μm/RIU。     

基于微纳加工技术的生物传感器研究进展

微/纳电子机械系统MEMS/NEMS(Micro/Nano Electro-Mechanical Systems)技术作为一种成熟的微结构制造技术,可实现硅基纳米级传感器器件的批量化、集成化制造,形成具有体积小、质量轻、性能高的微型传感器及其测试系统.生物传感技术可以将生物敏感反应信号转化为光电等信号而被检测.与其他生物传感器相比,采用MEMS/NEMS技术制备的生物传感器,灵敏度更高、响应时间更短、检测性能更强,更为实现自动化高通量的医学诊断提供了有力的支持.本文着重探讨MEMS/NEMS生物传感器常见的器件类型和对应器件的制备工艺、材料、传感机理、分类及其传感局限,通过综述MEMS/NEMS生物传感器及其国内外研究进展,最后总结MEMS/NEMS生物传感器关键的技术难点与重点,并展望未来MEMS/NEMS生物传感技术的发展前景以及存在的挑战.     

基于聚合物薄膜的光纤Bragg光栅甲醇传感器

为了稳定准确地检测甲醇蒸汽浓度,该文提出了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的光纤Bragg光栅(FBG)甲醇传感器。首先使用氢氟酸腐蚀部分包层,在栅区表面涂覆一层PMMA薄膜;然后构建测量系统,建立了传感器检测甲醇蒸汽的理论模型;最后引入温度补偿单元,消除温度对甲醇蒸汽浓度测量产生的影响。实验研究了PMMA薄膜厚度和温湿度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性和检测下限。研究结果表明,在甲醇质量浓度为20～160 mg/L时,传感器的中心波长漂移与浓度间具有线性关系(线性系数R²=0.992)。在温度20～40℃,相对湿度40%～80%时,传感器能够准确检测甲醇蒸汽浓度的变化,其灵敏度为0.292 pm/(mg·L^-1),相对误差为9.3%,检测下限为20 mg/L。     

一种选择性检测4-氟苯酚浓度的光纤倏逝波传感器

为了实现对水体中4-氟苯酚(4-FP)选择性检测,利用塑料光纤、4-FP分子印迹聚合物、壳聚糖构建了4-FP高选择性敏感的D形塑料光纤倏逝波传感器。首先制备了4-FP分子印迹聚合物溶胶及D形光纤,并将分子印迹聚合物溶胶涂覆在D形塑料光纤传感器敏感区表面。然后建立了传感器测量理论模型。最后实验研究了4-FP分子印迹聚合物涂覆厚度对传感器灵敏度的影响,以及传感器的响应时间、检测下限及选择敏感性。研究表明：传感器对4-FP具有高选择敏感性;当聚合物膜厚度约为20μm时,传感器灵敏度达到-0.000 5 L/mg,检测下限达到180μg/L。     

基于NASICON和Co_3O_4敏感电极的丙酮传感器的研究

以溶胶-凝胶法制备的NASICON为基体导电层材料,以水热法制备的纳米片状Co3O4为敏感电极材料,制备了一种检测低浓度丙酮的管式结构固体电解质型气体传感器,利用静态配气法对传感器的气敏性能进行了测试,结果表明:当工作温度为300~375℃时,传感器对体积分数为0.5×10–6~100×10–6的丙酮表现出了较好的气敏性能,其检测下限能达到0.5×10–6(体积分数),传感器电动势变化值(?V)与丙酮浓度的对数呈线性关系,在温度为350℃时,传感器对丙酮的灵敏度达到最大值–24.5 mV/decade,另外,该传感器还具有较快的响应恢复速度和较好的选择性。     

Sn掺杂ZnO纳米结构湿度传感器的制备与特性

首先采用水热法制备了四种不同Sn掺杂量的一维Zn1-xSnxO纳米结构材料,然后通过介电泳纳米操控技术将制备的四种纳米结构排布到预先设计的Ti/Au电极之间,进而构建四种湿度传感器,并进行传感特性测试。通过对四种传感结构的测试结果分析发现,采用原子数分数为3%的Sn掺杂ZnO纳米材料构建的传感器具有较好的传感特性,相对湿度在11.3%～97.3%内其最大灵敏度为7 397%,响应与恢复时间均为2 s。结合湿度多层吸附理论深入研究掺杂对湿度传感特性的影响。结果表明,通过Sn掺杂对纳米结构中载流子浓度以及晶格应变的调控,可以有效改善材料的电导与表面特性,提升Zn1-xSnxO纳米湿度传感器的灵敏度、响应与恢复时间和迟滞等传感特性。     

基于AT89C51的酒精浓度测试仪设计

采用单片机AT89C51和MQ3酒精传感器设计了一种酒精浓度检测装置,具有酒精浓度检测和监控功能.系统选用集成AT89C51、ADC0804、DS1302时钟芯片等小体积、低功耗的芯片作数据处理单元,使系统微型化,同时极大程度地减小了系统的功耗.经测试表明,系统误差不超过0.03mg/L,测量范围0.03mg/L～0.75mg/L.该测试仪便携、使用简洁,既可用于驾驶员自测是否饮酒过量,也可用于酒精浓度监控.     

基于AD7150微位移电容传感器的研究

利用了集成芯片AD7150完成了对微位移电容传感器的电容采样。对AD7150芯片设计了相应的外接电路,为了增强电路的抗干扰能力,加入相应滤波电路;通过单片机模拟I2C通信方式来进行AD7150的读写控制。测量结果给出了10 pF以下不同标称电容值的电容,误差在2.5%以内。初步实验结果表明,当接入双叉电容传感器探头时,电容值随测量距离的增大而增加;在不同位移量下,传感器的灵敏度不同,距离越近,灵敏度越高,最大灵敏度为686 fF/mm,给出了不同情况下的灵敏度分布,并总结了影响电容传感器工作的电路要点。     

Electrospun Polyaniline Fibers as Highly Sensitive Room Temperature Chemiresistive Sensors for Ammonia and Nitrogen Dioxide Gases

Electrospun polyaniline (PAni) fibers doped with different levels of (+)‐camphor‐10‐sulfonic acid (HCSA) are fabricated and evaluated as chemiresistive gas sensors. The experimental results, based on both sensitivity and response time, show that doped PAni fibers are excellent ammonia sensors and that undoped PAni fibers are excellent nitrogen dioxide sensors. The fibers exhibit changes in measured resistances up to 60‐fold for ammonia sensing, and more than five orders of magnitude for nitrogen dioxide sensing, with characteristic response times on the order of one minute in both cases. A time‐dependent reaction‐diffusion model is used to extract physical parameters from fitting experimental sensor data. The model is then used to illustrate the selection of optimal material design parameters for gas sensing by nanofibers.     

Novel hydrogen gas sensor based on single ZnO nanorod

For extensive use in an industrialized process of individual ZnO nano/microrods as building nanoblock in novel hydrogen sensors, a simple, inexpensive, and bio-safe synthesis process and nanofabrication route is required. Here, we report a cost-effective and fast synthesis route for ZnO one-dimensional nanorod using an aqueous-based approach in a reactor. Our synthesis technique permits nano/microrods to be easily transferred to other substrates and to be distributed on the surface. This flexibility of substrate choice opens the possibility of using focused ion beam (FIB/SEM) system for handling and fabricating nanosensors. The main advantage of this procedure is a quick verification/testing of concept and is compatible with micro/nanoelectronic devices. The described nanofabrication steps permitted us to obtain a 90% success rate for building single nanorod sensor. A sensitivity of ∼4% was obtained for a single ZnO nanorod hydrogen sensor at 200 ppm H₂ in the air at room temperature. The nanosensor has a high selectivity for H₂, since its sensitivity for O₂, CH₄, CO, ethanol or LPG are less than 0.25%.     

Microfabricated amperometric gas sensors

A series of Nafion-based amperometric gas sensors have been constructed using microelectronic fabrication technology. These sensors use a gold sensing-electrode in the shape of a square grid. Three different grid densities were used. To ascertain the optimal design parameters for such sensors, the response characteristics of the various microfabricated sensors were compared to each other and to a conventional `macro' amperometric sensor. The critical performance criteria considered were sensor response time, structural integrity under operating conditions, selectivity, and sensitivity to the analyte vapor. The response time of the miniaturized sensors was over an order of magnitude faster, although they had a lower sensitivity than conventional sensors. The sensitivity of these sensors was dependent on the total length of the gold-Nafion interface. A model that rationalizes this dependence is presented     

Inverse eigenvalue sensing with corner coupled square plate MEMS resonators array

Monitoring the collective behaviour of coupled micro/nano resonators array provides a distinct opportunity for high resolution multi-function sensing. We report an inverse eigenvalue analysis based sensing approach for large array of coupled micro/nano resonators. A new characterization algorithm is proposed to precisely extract the system matrix of those multiplexed sensors with reduced algorithmic complexity and below 1% relative error. The method has been verified experimentally using five corner coupled square plate MEMS resonators with a natural frequency close to 0.85 MHz. The method is also capable of characterizing the fabrication process and important sensor parameters such as the spring constant and coupling ratio.     

一种基于厚膜陶瓷电容的微位移传感器

为深入研究微纳米环境中物体的受力与运动状态,实现微纳米环境下的位置感知与位移操作,建立纳米尺度下位移、力检测的理论方法,研制了一种基于厚膜陶瓷电容的微位移传感器。通过采用厚膜混合集成工艺将信号处理电路与厚膜电容芯片一体化集成,即用厚膜电路替代PCB电路板,以达到降低由于温度效应和寄生电容等导致的非线性误差,提高传感器的分辨率和稳定性的效果。传感器性能标定实验结果表明,0~1 000nm量程范围内位移检测分辨率优于2nm,传感器稳定性得到显著提高,能够用于检测纳米级微小位移变化量。此外,还从材料物理属性和电路优化设计等方面分析了一体化集成的厚膜电路相对于PCB电路板的优越性。     

基于虚拟仪器氨氮在线检测系统研究

针对治理水体富营养化厌氧氨氧化工艺中多参数检测如ph值、氨氮、总磷、总氮、溶解氧等。本系统选用STM32作为处理芯片,结合污水处理工艺特点,实现对温度、PH值和氨氮等指标监控,实现了对多参数水质指标监控。本系统用到了虚拟仪器技术、电化学分析技术、无线通信技术等相关技术,结果表明所采集的数据稳定可靠,满足了厌氧氨氧化工艺中对数据监测要求。     

基于中红外DFB-ICL的氨气传感器设计

氨气是主要恶臭物质之一,为了实现工业环境污染源中氨气排放的连续监测,研制了中红外激光气体传感器,与传统近红外氨气传感器受干扰气体影响较大不同的是,该传感器采用中红外分布反馈结构的带间级联激光器(distributed feedback inter-band cascade laser, DFB-ICL)为光源,工作波长在3 μm附近,避免了水和CO2干扰气体的影响,同时以空芯光波导（芯径1 mm、长度5 m）做气体池,采用自制多通道数字锁相放大器,同时解调1f和2f谐波信号,实现免校准测量,获得了传感器的梯度实验结果,线性度高达0.99917,不确定度高达0.9%。Allan方差评价结果显示其稳定性非常出色,在最佳积分时间167 s时,本传感器的检测限低至9.7 ppb。