傳感器檢測技術(shù)學(xué)術(shù)論文
傳感器檢測技術(shù)學(xué)術(shù)論文
隨著人們對環(huán)境質(zhì)量越加重視，在實際的環(huán)境檢測中，人們通常需要既能方便攜帶，又可以夠?qū)崿F(xiàn)多種待測物持續(xù)動態(tài)監(jiān)測的儀器和分析設(shè)備。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的傳感器檢測技術(shù)學(xué)術(shù)論文，僅供參考!
傳感器檢測技術(shù)學(xué)術(shù)論文篇一
試述傳感器技術(shù)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用
摘要：傳感器在環(huán)境檢測中可分為氣體傳感器和液體傳感器，其中氣體傳感器主要檢測氮氧化合物和含硫氧化物;液體傳感器主要檢測重金屬離子、多環(huán)芳香烴類、農(nóng)藥、生物來源類。本文闡述了傳感器技術(shù)在環(huán)境檢測方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：氣體傳感器 液體傳感器 環(huán)境檢測
中圖分類號：O659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
隨著人們對環(huán)境質(zhì)量越加重視，在實際的環(huán)境檢測中，人們通常需要既能方便攜帶，又可以夠?qū)崿F(xiàn)多種待測物持續(xù)動態(tài)監(jiān)測的儀器和分析設(shè)備。而新型的傳感器技術(shù)就能夠很好的滿足上述需求。
傳感器技術(shù)主要包括兩個部分：能與待測物反應(yīng)的部分和信號轉(zhuǎn)換器部分。信號轉(zhuǎn)換器的作用是將與待測物反應(yīng)后的變化通過電學(xué)或光學(xué)信號表示出來。根據(jù)檢測方法的不同，我們將傳感器分為光學(xué)傳感器和電化學(xué)傳感器;根據(jù)反應(yīng)原理的不同，分為免疫傳感器、酶生物傳感器、化學(xué)傳感器;根據(jù)檢測對象不同，分為液體傳感器和氣體傳感器。
1氣體傳感器
氣體傳感器可以對室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測，尤其是有污染的房屋或樓道;也可以對大氣環(huán)境中的污染物進(jìn)行檢測，如含硫氧化物、氮氧化合物等，檢測過程快速方便地。
以含氮氧化物(NOx)為例。汽車排放的尾氣是含氮氧化物的主要來源，但隨著時代的發(fā)展，國內(nèi)消費水平的提高，汽車尾氣的排放量呈逐年上升趨勢。通過金屬氧化物半導(dǎo)體對汽車尾氣及工廠廢氣中的含氮氧化物進(jìn)行直接檢測。如Dutta設(shè)計的傳感器，采用鉑為電極，氧化釔和氧化鋯為氧離子轉(zhuǎn)換器，安裝到氣體排放口，可以檢測到含量為10-4~10-3的NO。含硫氧化物是造成酸雨的主要物質(zhì)，也是目前環(huán)境檢測的重點項目，因為在大氣環(huán)境中的含量低于10-6，需要更高靈敏度的傳感器。如高檢測的靈敏度的表面聲波設(shè)備。
Starke等人采用直徑為8~16nm的氧化錫、氧化銦、氧化鎢納米顆粒制作的納米顆粒傳感器，對NO和NO2的檢測下限可達(dá)到10-8，提高反應(yīng)的比表面積，增加反應(yīng)靈敏度，且工作溫度比常規(guī)的傳感器大大降低，減少了能源消耗。
2液體傳感器
在實際環(huán)境檢測中，液體傳感器大多應(yīng)用于水的檢測。由于水環(huán)境中的污染物種類廣泛，因此液體傳感器比氣體傳感器的應(yīng)用更為廣泛和重要。水中的污染物除了少量的天然污染物以外，大部分都是人為傾倒的無機(jī)物和有機(jī)物。無機(jī)物中，重金屬離子為重點檢測對象;有機(jī)污染物包括殺蟲劑、激素類代謝物、多環(huán)芳香烴類物質(zhì)等。這些污染物的過度超標(biāo)，會嚴(yán)重影響到所有生物體的健康和安全。
2.1重金屬離子檢測
采水體中重金屬離子的主要來源包括開礦、冶金、印染等企業(yè)排放的廢水。這些生產(chǎn)廢水往往混合了多種廢水，所含的重金屬離子種類繁多，常見的有汞、錳、鉛、鎘、鉻等。重金屬離子會不斷發(fā)生形態(tài)的改變和在不同相之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，若處置不當(dāng)，容易形成二次污染。生物體從環(huán)境中攝取到的重金屬離子，經(jīng)過食物鏈，逐漸在高級生物體內(nèi)富集，最終導(dǎo)致生物體的中毒。因此如果供人類食用的魚類金屬離子超標(biāo)，將對人類產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此對于重金屬離子的檢測顯得尤為重要。
Burge等人發(fā)明的傳感器，可以利用1,2,2聯(lián)苯卡巴肼和分光光度計，可以檢測地下水中的重金屬鉻濃度是否超標(biāo)。
除了通過化學(xué)反應(yīng)檢測外，采用特殊的生物物質(zhì)，也可以方便和靈敏地檢測重金屬離子。如大腸桿菌體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)可以結(jié)合鎳離子，有人在這種蛋白質(zhì)的鎳離子結(jié)合位點附近插入熒光基團(tuán)，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)合鎳離子后，熒光基團(tuán)會被淬滅，由于熒光的強(qiáng)度與鎳離子濃度成反比，從而實現(xiàn)對鎳離子的定量檢測，檢測范圍未10-8~10-2mol/L。日方法也可應(yīng)用于檢測Cu2+、Co2+、Fe2+和Cd2+等幾種離子中。他們還結(jié)合了微流體技術(shù)，該技術(shù)只需消耗幾十納升體積的待測液體，就可以對100nmol/L以下濃度的Pb2+進(jìn)行檢測。Matsunaga小組將TPPS固定在多孔硅基質(zhì)中，當(dāng)環(huán)境中存在Hg2+時，隨著Hg2+濃度的變化，TPPS的顏色會從橘黃色逐漸轉(zhuǎn)變成綠色，該傳感器的檢測限為17.5nmol/L，通過加入硅鋁酸去除干擾離子Ni2+和Zn2+。
利用傳感器技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確測定待測物的濃度，而且由于傳感器的微型化技術(shù)特點，還可以通過傳感器的偶聯(lián)，進(jìn)行多項指標(biāo)的檢測。Lau等人設(shè)計了基于發(fā)光二極管原理的傳感器，可以同時檢測Cd2+和Pb2+，該傳感器對Cd2+和Pb2+的檢測限分別為10-6和10-8。
2.2農(nóng)藥殘留物質(zhì)的檢測
農(nóng)藥是一類特殊的化學(xué)品，它在防治農(nóng)林病蟲害的同時，也會對人畜造成嚴(yán)重的危害。中國是農(nóng)業(yè)大國，每年的農(nóng)藥使用量相當(dāng)龐大，因此有必要對其進(jìn)行監(jiān)測。采用鈷-苯二甲藍(lán)染料和電流計就能方便地檢測三嗪類除草劑，無需脫氧，直接檢測的下限為50Lg/L，如果通過預(yù)處理進(jìn)行樣品濃縮后，檢測限可以達(dá)到200ng/L。
采用帶有光纖的紅外光譜傳感器可以進(jìn)行殺蟲劑的快速檢測。將光纖內(nèi)壁涂覆經(jīng)非極性有機(jī)物修飾的氣溶膠材料后，能顯著改善光纖中水分子對信號的耗散作用，并且能夠提取出溶液中的有機(jī)磷類殺蟲劑進(jìn)行光譜分析。此類傳感器對于有機(jī)溶劑，如苯、甲苯、二甲苯的檢測限則可達(dá)10-8~8*10-8。
2.3多環(huán)芳香烴類化合物的檢測
多環(huán)芳香烴類物質(zhì)是另外一大類有害的污染物質(zhì)，這類物質(zhì)具有致癌性，但在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中均會使用或產(chǎn)生此類物質(zhì)。水體中的多環(huán)芳香烴類物質(zhì)含量非常低，一般在10-9范圍內(nèi)，因此需要借助高靈敏度的檢測傳感器，Schechter小組發(fā)明了光纖光學(xué)熒光傳感器。在直接檢測過程中，待測樣本中還可能存在一些如泥土這樣的干擾物質(zhì)，會降低檢測信號值，如果用聚合物膜先將非極性的PAH富集，然后對膜上的物質(zhì)進(jìn)行熒光檢測，從而解決信號干擾問題，報道稱這種經(jīng)膜富集后的傳感器技術(shù)，對pyrene的檢測可達(dá)到6*10-11，蒽類物質(zhì)則可達(dá)4*10-10。Stanley等人利用石英晶振微天平作為傳感器，在芯片表面固定上蒽-碳酸的單分子膜，檢測限可達(dá)到2*10-9。
基于免疫分析原理，采用分子印跡的方法，在傳感器表面印上能夠結(jié)合不同待測物質(zhì)的抗體分子，可以實現(xiàn)多種不同物質(zhì)的檢測。近年來發(fā)展起來的微接觸印刷技術(shù)，也可應(yīng)用到該領(lǐng)域，這樣制備得到的傳感器體積可以更加微型化。
2.4生物類污染物質(zhì)
除了以上的無機(jī)和有機(jī)合成類污染物質(zhì)，還有生物來源的一些潛在污染分子。如激素類分子及其代謝物的污染常常會引起生物體生長、發(fā)育和繁殖的異常。Gauglitz帶領(lǐng)的研究小組采用全內(nèi)反射熒光生物傳感器和睪丸激素抗體，對河流中的睪丸激素直接進(jìn)行了即時檢測，其檢測限為0.2ng/L。該技術(shù)無需樣品的預(yù)處理，對于不同地區(qū)的自然界水體均可以進(jìn)行睪丸激素的現(xiàn)場直接檢測，檢測范圍為9~90ng/L。
另外，致病菌和病毒也是被檢測的對象，水體中出現(xiàn)某些特定菌種，可以表明水體受到了某種污染，利用傳感器技術(shù)非常容易檢測到這些生物樣本的存在，而且選擇性非常高，如可以從煙草葉中快速地發(fā)現(xiàn)植物病毒煙草花葉病毒，采用QCM可以直接檢測到酵母細(xì)胞的數(shù)量。
3結(jié)論和展望
目前，傳感器技術(shù)已開始應(yīng)用于各環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)的應(yīng)急檢測，但是實際應(yīng)用中有諸多的局限性，比如在對大氣中的某些有害物質(zhì)進(jìn)行檢測時，由于其含量往往低于傳感器的最低檢測限，因此在實際應(yīng)用過程中，還需要進(jìn)行氣體的濃縮處理，這樣就使傳感器不容易實現(xiàn)微型化，或者需要借助更高靈敏度的傳感器;同樣，在野外水體檢測時，常常會出現(xiàn)待測水體含有多種復(fù)雜干擾成分的情況，無法與實驗室的標(biāo)準(zhǔn)化條件相比;在有些以膜分離分析技術(shù)為原理的傳感器中，其膜的使用壽命往往較短，而頻繁更換新膜的價格較為昂貴，因此仍然無法得到廣泛的應(yīng)用。
盡管如此，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，仍然有望應(yīng)用于將來工廠企業(yè)排氣、排污的現(xiàn)場直接檢測和野外環(huán)境的動態(tài)無人監(jiān)測，而且其結(jié)果能與實驗室常規(guī)儀器的檢測結(jié)果相符，這樣將大大加快對環(huán)境監(jiān)測和治理的步伐。
參考文獻(xiàn)
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傳感器檢測技術(shù)學(xué)術(shù)論文篇二
傳感器與自動檢測技術(shù)教學(xué)改革探討
摘要：傳感器與自動檢測技術(shù)是電氣信息類專業(yè)重要的主干專業(yè)課，傳統(tǒng)授課方法側(cè)重于理論知識的傳授，而忽略了應(yīng)用層面的培養(yǎng)。針對此問題試圖從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)效果等多個方面進(jìn)行分析，對該課程的教學(xué)方案改革進(jìn)行探討，提出一套技能與理論知識相結(jié)合、行之有效的教學(xué)方案。
關(guān)鍵詞：傳感器與自動檢測技術(shù);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)模式;工程思維
“傳感器與自動檢測技術(shù)”是電氣信息類專業(yè)重要的主干專業(yè)課，是一門必修課，也是一門涉及電工電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、光電檢測技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計技術(shù)等眾多基礎(chǔ)理論和技術(shù)的綜合性技術(shù)，現(xiàn)代檢測系統(tǒng)通常集光、機(jī)、電于一體，軟硬件相結(jié)合。
“傳感器與自動檢測技術(shù)”課程于20世紀(jì)80年代開始在我國普通高校的本科階段和研究生階段開設(shè)。本課程側(cè)重于傳感器與自動檢測技術(shù)理論的傳授，重知識，輕技能;教師之間也缺乏溝通，教學(xué)資源不能得到充分利用，教學(xué)效果不理想，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。
一、教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題及改革必要性分析
筆者在獨立學(xué)院講授“傳感器與自動檢測技術(shù)”課程已有四年，最開始沿用了研究型大學(xué)的教學(xué)計劃和教學(xué)大綱，由于研究型大學(xué)是以培養(yǎng)研究型人才為主，而獨立學(xué)院是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，在人才培養(yǎng)目標(biāo)上有較大差異，在逐漸深入的過程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方案不太符合學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的定位，存在以下幾方面的問題。
1.重理論，輕實踐
該課程是應(yīng)用型課程，其中也有大量的理論知識、數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而傳統(tǒng)的研究型教學(xué)方法普遍都以理論教學(xué)為主，在課堂上大篇幅講解傳感器的原理，進(jìn)行數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，相比而言傳感器的應(yīng)用通常只是通過一個實例簡單介紹，導(dǎo)致最后大多數(shù)學(xué)生只是粗略地知道該傳感器的結(jié)構(gòu)，而不知道如何用，在哪里用。
2.教學(xué)模式單一
該課程傳統(tǒng)上以講授的教學(xué)方式為主，將現(xiàn)成的結(jié)論、公式和定理告訴學(xué)生，學(xué)生不能主動地思考和探索，過程枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生了厭學(xué)情緒。同時理論教學(xué)與實訓(xùn)、實踐教學(xué)脫節(jié)問題也很嚴(yán)重。
3.教學(xué)實驗安排不合理
傳統(tǒng)的實驗課程安排，驗證性實驗比例高達(dá)80%，綜合設(shè)計性實驗極少，缺少實訓(xùn)、實踐環(huán)節(jié)。然而應(yīng)用型人才的培養(yǎng)應(yīng)該以實踐教學(xué)為核心，重點培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和實踐能力、動手能力，以在學(xué)生畢業(yè)時達(dá)到企業(yè)對技術(shù)水平與能力的要求，使學(xué)生畢業(yè)后能盡快適應(yīng)工作崗位。
二、適合獨立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)方案改革
傳統(tǒng)的傳感器與自動檢測技術(shù)課程重理論、輕實踐，教學(xué)模式單一，教學(xué)實驗以驗證性實驗為主，這種方案能夠培養(yǎng)研究型人才，但卻無法培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才。在教學(xué)過程中，筆者潛心研習(xí)，并反復(fù)實踐，總結(jié)出以下幾個可以改革的方面。
1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重工程思維
本課程一個很重要的內(nèi)容是各種類型傳感器的原理，傳統(tǒng)的教學(xué)要講清楚其中的來龍去脈，而本人則認(rèn)為針對應(yīng)用型人才培養(yǎng)，充分講授清楚基本概念、基本原理和基本方法即可，涉及大額數(shù)學(xué)公式可以選擇重要的進(jìn)行講解，其他則可作為學(xué)生的自學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生課余自學(xué)。同時應(yīng)該重點講解該傳感器的工程應(yīng)用實例;另一方面要結(jié)合最新實際工程講解。這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用型工程學(xué)習(xí)思維。
2.改革教學(xué)方法，改變教學(xué)模式
傳統(tǒng)的教學(xué)是“灌輸式”的方法，無論學(xué)生是否接受，直接把要講的內(nèi)容全部講述給學(xué)生，而這也違背了培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力的出發(fā)點和歸宿。筆者認(rèn)為應(yīng)該應(yīng)用工程案例教學(xué)，實行啟發(fā)式、討論式、研究式等與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位。
3.與工程實際相結(jié)合，與其他課程相結(jié)合
教學(xué)過程中要從不同行業(yè)提取典型的工程應(yīng)用實例，精簡以后作為實例進(jìn)行講解。在進(jìn)行教學(xué)時，要培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀，讓學(xué)生明白這不是一門獨立的課程，而是與自動控制原理、智能控制理論等課程相融合的，以達(dá)到融會貫通的學(xué)習(xí)效果。
4.實驗環(huán)節(jié)改革
實驗教學(xué)主要是為了提高學(xué)生的動手能力、分析問題和解決問題的能力，加深學(xué)生對課堂教學(xué)中理論、概念的感性認(rèn)識。以往該課程的實驗內(nèi)容大部分為原理性、驗證性的實驗，學(xué)生容易感到枯燥無味，毫無學(xué)習(xí)積極性，很少有學(xué)生進(jìn)行獨立思考并發(fā)現(xiàn)問題，實驗效果極不理想。為了改變這種模式化的教育，筆者將實驗內(nèi)容由傳統(tǒng)的驗證性實驗調(diào)整為設(shè)計開發(fā)型實驗。在實驗教學(xué)中根據(jù)客觀條件在適當(dāng)減少驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加了開拓性實驗項目以及設(shè)計綜合性實驗。
5.改革教學(xué)評價方法，提高課堂教學(xué)效率
高效的學(xué)習(xí)成果反饋機(jī)制是促進(jìn)教學(xué)相長的必要手段，目前該課程都是通過課程作業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)效果反饋，可以采用每一個章節(jié)布置一道設(shè)計型題目，讓學(xué)生更加廣泛地查閱資料，并在一定知識廣度的基礎(chǔ)上深入分析題目中用到的內(nèi)容，進(jìn)而從更深的層面分析解決問題，以達(dá)到深度、廣度相結(jié)合的效果。
本文針對傳感器與自動檢測技術(shù)傳統(tǒng)研究型大學(xué)的方案，提出了三個方面的問題，并根據(jù)四年的教學(xué)積累，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實驗環(huán)節(jié)、教學(xué)評價及反饋等幾個方面進(jìn)行了探討分析并提出了一套改革的方法和措施。本方案以實際工程應(yīng)用實例為核心，在教學(xué)內(nèi)容上側(cè)重于傳感器應(yīng)用方面的講解，以提出問題、分析問題、解決問題為主線調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和能力，重視實驗環(huán)節(jié)，以設(shè)計性、綜合性實驗代替驗證性實驗培養(yǎng)學(xué)生將抽象的知識具體化、培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力、動手能力和創(chuàng)新能力。
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