基于石墨烯的频率可调超表面传感器

分子振动谱广泛应用于化合物分子结构的测定、未知物的鉴定以及混合物成分的分析,是传感识别物质性质和特征的重要指纹.本文设计了基于石墨烯的频率可调超表面传感模型,结合数值仿真方法对模型进行了验证.结果表明,通过调节石墨烯的化学势、基底相对介电常数和石墨烯超表面层的结构参数可以优先调谐传感器的谐振频率;在检测区域加入检测物质后,发现透射谱的形状和物质分子谱的变化相一致,说明传感器可以对分子进行有效的检测和识别.     

红外光谱在黑曜石真伪鉴定中的应用研究

当前珠宝市场上的人造黑曜石在外观特征、基本性质、物相组成等方面与天然黑曜石十分接近。这给消费者带来困惑,也给常规检测带来挑战。以天然黑曜石和人造黑曜石为研究对象,采用红外反射光谱法及透射光谱法相结合的方法进行了测试及对比研究。结果表明,两种材料均为“非晶质SiO2类”物质,即玻璃态物质。因形成过程、介质环境不同,在红外光谱指纹区600～1400 cm-1波段内谱带的分裂程度不同;在特征频率区2600～3700 cm-1波段内,H2O、O-H振动吸收谱带的位置及强度亦有差异。该研究结果为快速、准确、无损地鉴定黑曜石提供了一种新的技术思路。     

太赫兹超材料生物检测应用研究进展

超材料作为一种具备超常物理性质的人工复合材料,能够突破常规材料的限制,为设计先进功能材料开辟一种全新的思路。太赫兹波由于具有光子能量低、对生物物质无电离损害和分子指纹谱等特性,通过与超材料结合,可实现对生物物质高灵敏检测,越来越受到国内外学者的广泛关注。本文总结了近几年来太赫兹超材料传感器在生物分子和细胞检测领域上取得的进展,首先介绍了太赫兹超材料传感器的传感原理和性能指标,其次从超材料结构设计、衬底选择、以及与微流控和新材料结合等方面阐述了太赫兹超材料传感器在生物检测领域的发展。通过对超材料结构进行优化、采用低介电常数薄型衬底、结合微流控技术或在传感器上粘附新材料涂层,可进一步提高超材料传感器的灵敏度,并丰富其在生物医学检测上的功能。最后,对太赫兹超材料传感器的发展趋势和前景进行了展望。     

蒸气化学分析用传感器阵列

已经报道了一些传感器阵列,在这些阵列中,加热催化丝与随后的低温测量电流气体敏感器组合以检测电化学活性和惰性化合物及增强识别不同化合物的能力,此工作有五个目的:(i)通过催化丝温度的快速调制,从传感器阵列得到更多的信息内容;(ii)通过传感     

压敏指纹传感器

日本三洋电机公司和ＢＭＦ公司合作开发了压敏指纹传感器。该器件为利用三洋电机公司的低温多晶硅ＴＦＴ阵列技术与ＢＭＦ公司压敏指纹传感技术相结合而开发的新产品。传感器尺寸为 16 .0ｍｍ× 2 3.4ｍｍ ,像素为 2 5 6× 384 ,像素尺寸为 0 .0 5 8ｍｍ×0 .0 5 8ｍｍ ,功耗为 3ｍＷ。压敏指纹传感器不仅应用于识别指纹而且广泛应用于保密系统和各种终端器 ,其性能远远优于静电电容式和接触式指纹传感器。价格约为 2 0 0 0日元。压敏指纹传感器     

嵌入式纳米金阵列的表面等离子共振传感特性研究

基于本征值方程及时域有限差分(FDTD)算法,研究了嵌入二氧化硅衬底的菱形纳米金阵列表面等离子共振传感特性,推导出共振模式随嵌入深度变化的关系式.计算结果与数值模拟一致,验证了金纳米颗粒阵列上下介质的不对称性可以等效为单层介质光栅.理论分析了透射谱中产生多个共振峰的物理机制与影响因素,进一步探讨了透射谱与嵌入深度、长短轴比例、周期尺寸等参数的关系,分析了阵列结构的传感性能特点,为制作多波段工作的表面等离子体共振(SPR)传感器基底提供了理论依据.     

光波导模式谱(OWLS)用于生物医学检测的研究进展

生物分子的识别、检测技术是生物分子学和生物医学研究中极为重要的领域。光波导模式谱（optical waveguide lighmmde spectroscopy．OWLS）是一种非标记光学检测方法。OWLS方法通过检测波导附近的有效折射率的变化进行传感,无需进行放射性、荧光、或其他标记方法。通过同时对TM／TE两种传导模式的测定,可以实时定量分析波导表面吸附物质的质量。OWLS目前已经被应用到生物大分子相互作用、生物材料表征、环境及食品安全监测等领域。总结了以OWLS为原理构建的光栅生物传感器（optical grating coupler biosensor,OGCB）的原理,与其他非标记方法在传感指标方面的比较及应用领域的最新国外研究进展,并对该传感器的发展方向进行预测。     

金属纳米孔阵列透射增强的数值研究

纳米孔阵列的透射增强现象在许多领域都具有重要的应用和前景。采用时域有限差分(FDTD)方法对金属薄膜纳米孔阵列的透射增强特性进行了模拟研究。针对圆孔半径、薄膜厚度、阵列周期以及不同材料等因素进行了分析,讨论了不同参数条件下透射增强谱线的变化规律。研究表明大的圆孔半径和薄的薄膜厚度有利于提高透射性能,另外孔阵列周期较大时不利于增强透射。探讨了不同小孔形状对透射增强的影响,并采用矩形孔阵列进行了对比。最后通过改变薄膜材料计算了相应的透射性能。     

二茂铼分子吸附Zigzag型石墨烯纳米带自旋输运性质的理论研究

基于非平衡格林函数结合第一性原理的计算,研究了二茂铼分子(Re(cp)_2)的吸附对Zigzag型石墨烯纳米带(ZGNRs)自旋输运性质的影响。研究发现,对于完美的ZGNRs,当原子宽度m=12时,体系电流异常的小,其余原子宽度的体系都具有良好的导电性;而对于吸附的体系,随着吸附Re(cp)_2数目以及石墨烯宽度的改变,体系的电流出现了负微分电阻效应和开关效应。此外,又进一步通过分析透射谱、局域态密度以及透射通道来深层次的研究其物理本质。     

基于光纤阵列的气流传感方法研究

提出了一种基于光纤光栅阵列的光纤气流传感器。单模光纤光栅的栅区长度为10 mm,将三根光纤光栅均匀环绕布设于硅胶基体。传感器外界环境温度以及气流流速的改变都会引起传感器反射谱的变化。通过监测反射谱可以实现对外界物理量的测量。实验分析可知,硅胶基体与光纤光栅有着很好的耦合效果,通过改变硅胶基体的长度使得传感器的传感特性得到有效改善。实验研究结果表明,在正常室温情况下,传感器的中心波长漂移量与流速成二次函数关系且传感器具有方向传感特性。本文提出的光纤阵列气流传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。     

生物传感器在蛋白质检测中的应用分析

生物传感器是利用蛋白质、酶、核酸等这些活性物质之间的分子识别功能,把被检测的物质的构象变化、浓度变化等生物的微观过程转变成可量化的可视的电信号、荧光信号等物理化学信号,从而达到检测蛋白质、核酸等分子的目的。对于生物传感器检测的设计,选择最适合的与待测物特异性识别的敏感元件是非常重要的,这些直接决定了灵敏度高低和传感器选择性好坏,核酸适体-蛋白质、酶-基质和抗原-抗体都是非常好的待选组合。本文主要研究了蛋白质与生物传感器以及其在检测之间的关系、分析与研究等方面。     

基于傅里叶变换的F-P光纤传感器阵列设计

通过傅里叶变换在频域中对光纤F-P传感器的透射光谱进行研究,简化了腔长解调的过程,使得腔长解调变得简单且易于控制。主要从理论上分析了光纤F-P传感器透射光谱的特性和影响因素,对光纤F-P传感器的并联复用和串联复用的傅里叶变换解调方法进行了研究和讨论,同时利用数值模拟仿真研究了光纤F-P传感阵列应变传感的规律。     

波导型表面等离子体共振传感器传感特性计算

介绍了集成波导型表面等离子体共振传感器工作原理和基本结构,用传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,计算集成波导型表面等离子体共振传感器理论模型的共振波长。通过基于菲涅耳方程的解析分析,得到了含有表面等离子体共振吸收峰的透射谱。通过比较不同折射率被测物的透射谱,粗略确定了集成波导型表面等离子体传感器的检测范围。     

面向生化样品的太赫兹偏振传感研究进展

太赫兹(Terahertz,THz)波具有相干性好、信噪比高、辐射能量低等性质,在传感领域有着广泛应用。此外,THz传感还具有实时、非接触、无标记、非电离等优点,在生化传感特别是生物活性物质的传感中有着重要应用。但THz传感也存在着灵敏度低、水的吸收强、检测信息有限、适用性差等缺陷。介绍在THz时域偏振光谱传感技术方面的系列工作,采用微结构器件作为传感器,使用透射或反射传感方法分别检测了细胞、氨基酸和脱氧核糖核酸(DNA)几种生化样品。实验结果表明：与传统的谐振传感方法相比,偏振传感方法的品质因数和传感灵敏度均有着显著提高;反射式传感有效避免了水对THz的吸收,实现了液体环境下活性生化样品的传感;使用具有手性的微结构器件作为传感器,或利用手性THz波作为激发场,可以增强样品的偏振响应,提高传感灵敏度,实现手性分子的传感。     

应对不规则物体局部温变的柔性阵列压力传感系统

针对柔性压力传感器阵列在形状不规则又局部温变物体表面测量压力时传感量输出漂移的问题,提出了一种采用红外相机与深度相机的非接触式获取柔性压力传感器阵列温度信息与深度信息的补偿手段。采用拟合法建立不同压力下柔性压力传感器阵列传感单元弯曲应变特性与温敏特性的拟合函数,结果表明经弯曲应变、温度联合补偿后,柔性传感器阵列64个传感单元输出阻值的相对误差最大值从85.48%降低到9.23%,补偿后有59个传感单元相对误差小于0.5%,满足本系统精度要求。     

丁基羟基茴香醚的太赫兹时域光谱检测与分析

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对食品添加剂丁基羟基茴香醚（BHA）及其与聚乙烯不同配比的混合物进行了检测,获得了其在0.2-2.6THz波段的吸收谱和折射率谱。实验结果表明,在此波段内该物质有三个明显的吸收峰,分别位于0.64THz,1.14THz和1.81THz,该指纹谱可用于THz波段该物质的检测与识别。此外,利用最小二乘法对混合物太赫兹光谱峰位的吸收系数和质量分数进行线性拟合,结果表明聚乙烯中丁基羟基茴香醚的含量与太赫兹光谱的相关系数大于0.98。最后,用密度泛函理论对单分子丁基羟基茴香醚进行了数值计算,表明太赫兹指纹谱与分子构型和分子内部运动有关系。     

分布式光纤传感信号高识别率技术研究

为提高基于相敏光时域反射计的分布式光纤声传感系统对振动信号的识别速度与识别准确率度,本文提出使用端点检测对光纤传感振动信号进行预识别的方法。该方式首先使用小波阈值折衷去噪对振动信号进行去噪处理,然后使用基于短时能量与短时过零率的端点检测方式对采集到的振动信号进行检测,如果检测到振动信号中存在有振动,则使用Resnet18网络对振动类型进行进一步的识别;若未检出振动信号,则将振动信号判定为噪音,不再进行进一步的检测。实验证明该方式能有效降低分布式光纤声传感系统对振动信号的识别时间,并且通过使用Resnet18网络对一维振动信号进行识别提高了对振动信号的识别准确率,对噪音信号的识别时间降低为3.5 ms,对振动信号的平均识别准确率达到96.3%。     

基于激光传感器的人体参数化运动学模型构建

为了实现对人体运动参数准确跟踪识别,提出基于激光传感器的人体参数化运动学模型.采用激光传感器进行人体运动参数检测,结合激光传感信息融合方法建立人体参数化运动学特征检测的阵列分布模型,通过模糊信息融合方法提取人体参数的关键特征量,根据高维矩阵特征分解方法建立人体参数化运动学激光传感数据特征分解模型,在邻近点中进行人体参数...     

亚波长金属柱阵列光透射增强的带通特性研究

为了研究玻璃衬底上的亚波长紧凑金属柱阵列薄膜的光透射增强特性,采用3维时域有限差分法进行了模拟,得知该膜的增强光透射谱呈现单主峰带结构,透射谱的峰值位置和带宽也因金属柱阵列周期和金属柱高度的不同而不同,并对金和银两种金属的模型进行了优化计算和分析。结果表明,银柱阵列的峰值归一化透过率最大可达到4.55,通过改变阵列周期可使峰值波长在800nm~1600nm之间变化,其透射带的半峰全宽也由220nm增加到380nm。此研究结果为光带通滤波微器件的设计提供了一种新的方案。     

基于钯金复合膜亚波长圆孔阵列的氢气传感器的理论研究

提出了一种基于钯金(Pd/Au)复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感模型,用于氢气泄漏及氢气浓度检测。利用时域有限差分法(finite-difference time-domain, FDTD)对该Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构进行模拟仿真,计算其复合膜的横纵截面电场能量分布及透射特性,并进一步分析在不同结构参数下该传感结构的异常光 透射(extraordinary optical transmission,EOT) 特性和传感特性。模拟结果表明:Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构可产生明显的EOT效应,形成两个突出的异常透射峰,记作峰Ⅰ、峰Ⅱ。当通入氢气时,钯(Pd)膜会吸收氢气引起Pd介电常数的变化,导致EOT特性发生改变,具体表现为波长和透射率的改变。氢气浓度由0%上升至4%时,峰Ⅰ和峰Ⅱ的透射率变化量分别可达到0.16和0.24。由于其透射率强度变化比较明显,因此可通过透射峰强度变化来实现对氢气浓度的监控和检测。本文所提出的基于Pd/Au复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感器的圆孔结构加工简单,所镀的Pd膜很薄使传感器响应速度快,EOT效应使该结构信噪比(signal-to-noise ratio,SNR) 高,可利用光电集成技术进行批量生产,具有很强的实用价值。