压电生物传感器设计与实验

压电生物传感器是一种将高灵敏压电传感器与现代生物技术相结合的新型生物传感器,适用于微量物质的精密测量.该文介绍了压电生物传感器的压电质量传感基本原理、系统结构及其应用.实验结果表明,与现有检测法相比,压电生物传感器具有准确、响应快和操作简单等优点.     

基于TSM的压电免疫传感器等效电路模型的研究进展

本文对基于TSM的压电免疫传感器的起源进行了回顾,指出了Sauerbrey方程的局限性,分析、讨论了敏感膜粘弹特性、测试溶液的粘滞性以及测试溶液的电导率和介电常数对压电免疫传感器等效电路的影响,给出了压电免疫传感器在生物敏感膜和溶液共同作用下的等效电路,总结了此研究领域存在的问题及今后的发展方向.     

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器(约8~15cm3),通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点(即声发射信号)并进行分析。结果表明,0.24~0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41~0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。     

压电乙酰胆碱酯酶传感器检测敌百虫的研究

实验用固定化乙酰胆碱酯酶作识别元件，制备了压电生物传感器，考察了压电乙酰胆碱酯酶传感器对敌百虫的响应特性。实验结果表明，在研究的传感器频率和敌百虫浓度（质量百分比浓度）范围内，传感器的频率变化值与敌百虫的浓度成线性关系。当抑制时间为10min时，敌百虫的检出限达到2ng/mL。     

DNA生物传感器的进展

DNA生物传感器是分子生物学与微电子学、电化学、光学等相结合的产物,它将在生命科学与信息科学之间架起一道桥梁,成为DNA信息分析检测最重要的技术之一。简要介绍了电化学DNA生物传感器、压电石英晶体DNA生物传感器、光学DNA生物传感折结构原理。     

压电免疫传感器的研制

介绍了压电免疫传感器的压电质量传感原理、免疫反应及压电免疫传感过程。设计了压电液相谐振电路。测定了压电石英晶体的品质参数。实验结果表明，与现有检测方法相比，压电免疫传感器具有快速、准确、所需样品少、操作简单等特点。     

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器（约8~15 cm3）,通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点（即声发射信号）并进行分析。结果表明,0.24~0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41~0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。     

压电薄膜振动传感器灵敏度与频响标定研究

近年来,压电薄膜振动传感器发展十分迅速,已被广泛应用于结构健康监测、医疗电子、加速度、器件振动等测量。该文针对压电薄膜振动传感器的性能检测,设计了一套以可调频激振台作为核心的压电传感器灵敏度与频响特性标定装置。振动信号由可调频激振台提供,标准压电传感器与自制传感器同步进行振动测试。测试结果表明,该装置可方便地实现对被测传感器灵敏度和频率响应特性的标定。标定系统整体设计简单,操作方便。同时系统体积小,稳定性高,测量误差小,便于对各种类型的压电振动传感器进行检测,具有很强的实用性和广阔的发展空间。基于该系统对自制压电薄膜传感器性能的标定,研究了压电薄膜传感器灵敏度的影响因素。     

新型压电驻极体脉搏分析仪

利用多孔压电驻极体薄膜制备压电传感器,贴在手腕上采集脉搏振动的信号,并配上相应的后端电路和显示装置,制造出一种新型的压电驻极体脉搏分析仪。由于采用压电驻极体薄膜作为脉搏传感器的换能器,脉搏分析仪的灵敏度高,失真度低,重复性好。在脉搏分析仪中,采用塑化膜的形式封装压电电极,易引入干扰。采用压电麦克风的封装形式的传感器抗干扰能力强,且场效应晶体管(FET)易集成,成本低,实测的波形图近似于典型心电图波形,具有很大的医疗参考价值。     

高温压电加速度传感器设计与仿真优化

高温压电加速度传感器被广泛应用于振动与冲击测试、故障诊断与监测方面。针对传统压电加速度传感器灵敏度温度漂移过大的问题,该文设计了一种高温压电加速度传感器,该加速度传感器采用正负温度系数的压电元件堆叠设计,以抵消温度变化的影响,进而降低温度漂移。5层YCOB压电元件和1层GdCOB压电元件堆叠构成压缩型压电加速度传感器。应用ANSYS对传感器的性能进行仿真优化,并对提出的降低灵敏度温度漂移的方法有效性进行了仿真验证。结果表明,在常温～800℃全温度范围内,该传感器的灵敏度温度漂移小于±3%,其具有高温稳定性好、测量精度高的优点。     

雨量传感器用压电换能器设计仿真研究

为突破压电式雨量传感器在小雨滴粒径方面的检测精度,该文提出了一种新型的换能器设计结构。在传统换能器结构四周增加压电双晶片的外围结构,通过ANSYS瞬态分析法分别对中心弧形结构、外围压电双晶片、压电纤维复合材料及压电纤维复合材料双晶片等结构在不同冲击位置的电压进行仿真分析,同时对压电纤维复合材料双晶片因不同水膜厚度引起的阻抗特性进行仿真分析,最后验证了仿真结构的有效性。结果表明,该研究对于新型雨量传感器提高雨滴检测的灵敏度,实现新型雨量传感器关键技术突破起到了一定支撑作用。     

三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明,该传感器的谐振频率为6 300 Hz,工作频率为0.1~2 100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s^-2)时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度。     

压电双晶梁MEMS传感器的稳健设计研究

微机电系统(MEMS)传感器结构参数的微小变差会影响其性能稳定。为提高MEMS传感器性能的稳健性,以压电双晶梁MEMS传感器为例,根据Smits模型,分析压电双晶梁的设计变量和噪声因素的随机性,建立基于随机模型的稳健设计数学模型;编制算法程序,确定MEMS传感器的最优设计解结果优于原设计方案。对比其稳健设计容差模型所得优化解,两者误差率为6.17%,验证了稳健设计结果的正确性。研究表明,即使设计变量存在变差,稳健设计仍能提高MEMS传感器的性能,并保证设计解的稳健性。     

压电陶瓷传感器灵敏度的研究

由于具有压电效应，压电陶瓷能直接将非电量转变为电量，同时它的压电常数可通过调整配方组成或改变陶瓷片的组合方式而得到大幅度提高，从而可有效地提高它的灵敏度，因此，以压电陶瓷作敏感元的传感器越来越受到人们的重视。简单介绍了压电传感器的基本原理及构成，分别从静态和动态两方面，详细讨论了影响压电传感器灵敏度的因素，在此基础上得出了提高灵敏度的有效方法。     

压缩式压电传感器轴向灵敏度的线性度问题

讨论了机械结构的振动与冲击参数测量用压电传感器测试系统的构造设计与响应特性 ,通过对压电传感器正向反向灵敏度幅值线性度测试 ,灵敏度的差异和“饱和现象”的分析 ,提出在生产过程、鉴定和使用中应加以注意的事项。     

多次压电效应对压电力传感器静态特性的影响

采用两片由压电系数d11转换的xy切型压电石英晶片构成单元晶组,研究了多次压电效应对压电传感器的影响,通过与传感器并联电容的方法使其不发生多次压电效应,得出了多次压电效应对传感器静态灵敏度的影响,实验结果表明,在0.1μF的并联电容下,传感器的灵敏度从4.00 pC/N增大到4.07 pC/N,提高了1.75%,进一步分析表明,传感器灵敏度发生变化的实质是多次压电效应影响了压电系数,同时探讨了灵敏度提高后多次压电效应对弹性系数以及传感器刚度和固有频率的影响.多次压电效应的研究为压电类传感器性能的提高提供了一种新方法.     

基于PVDF的表面计测传感特性分析与应用

探讨了聚偏氯乙烯（PVDF）压电薄膜的传感特性,建立了一套包括电荷放大器、数据采集器的计算机信号处理系统,为PVDF传感器用于应变测试提供了理论基础。该文根据PVDF压电薄膜压电特性设计的表面计测传感器,具有压电系数高,柔韧性好,质量轻,易粘贴和价格低廉等优点。将该传感器用于粗糙度测试,实验表明该表面计测传感器能敏感地识别纸张粗糙度的变化。     

压电智能复合材料层板冲击压电响应仿真分析

基于1阶剪切变形理论,采用有限单元方法,建立了压电智能复合材料层板有限元模型,采用低速冲击对其压电传感器的瞬态响应进行了仿真分析.结果表明,各压电传感器响应信号特征与各传感器的布置位置、冲击荷载位置及层板的边界条件等因素有关.综合分析各传感器响应信号并进行特征提取,可建立传感器响应与冲击位置间的非线性关系,从而实现结构加载损伤位置的自诊断.     

面向核电状态监测用的压电加速度传感器设计

我国核电行业呈现规模庞大、发展迅速的特点,核电机组的状态监测系统对具有自主知识产权的耐高温耐辐射压电加速度传感器具有迫切需求。该文针对核电环境检测加速度信号的特点,提出并设计了一种抗辐射的压缩式压电加速度传感器,同时,介绍了传感器的工作原理,推导了其数学模型,并采用ANSYS有限元仿真平台对传感器结构进行优化设计。通过仿真实验探明了传感器结构参数与传感器输出性能的关联关系,仿真结果表明,压电陶瓷厚为0.8mm、质量块厚为3.5mm、螺杆直径为?1.8mm、中心通孔直径为?2mm和陶瓷外径为?4.4mm时,传感器输出电压起伏最优为±0.85%,输出电压幅值高于11mV,传感器灵敏度高且结构应力强度较低,为我国核电行业发展高性能核电机组状态监测系统奠定了基础。     

胃心综合征1例报告

剪切流传感器测量海洋湍流时其内部各部件的受力、变形及内部压电陶瓷产生的电荷量计算较为复杂,由此导致设计不精确,影响传感器性能.该文使用计算流体力学软件FLUENT对传感器工作时的受力进行分析,根据该计算结果使用有限元软件ANSYS中的压电分析单元,对传感器内部结构的变形、产生的电荷量进行计算,仿真其工作状态并得到振动特性.使用该方法能优化设计剪切流传感器,确定传感器各部件尺寸.试验证明该方法所设计剪切流传感器能够满足测量要求.