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傳感器論文范文1
關(guān)鍵詞：生物傳感器；發(fā)酵工業(yè)；環(huán)境監(jiān)測(cè)。
中圖分類號(hào)：TP212.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-883X(2002)10-0001-06
一、引言
從1962年，Clark和Lyons最先提出生物傳感器的設(shè)想距今已有40年。生物傳感器在發(fā)酵工藝、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等方面得到了深度重視和廣泛應(yīng)用。在最初15年里，生物傳感器主要是以研制酶電極制作的生物傳感器為主，但是由于酶的價(jià)格昂貴并不夠穩(wěn)定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應(yīng)用受到一定的限制。
近些年來，微生物固定化技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識(shí)別元件，與酶電極相比有其獨(dú)到之處。它可以克服價(jià)格昂貴、提取困難及不穩(wěn)定等弱點(diǎn)。此外，還可以同時(shí)利用微生物體內(nèi)的輔酶處理復(fù)雜反應(yīng)。而目前，光纖生物傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛。而且隨著聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的發(fā)展，應(yīng)
用PCR的DNA生物傳感器也越來越多。
二、研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)用領(lǐng)域
1、發(fā)酵工業(yè)
各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發(fā)酵工業(yè)的測(cè)定。因?yàn)榘l(fā)酵過程中常存在對(duì)酶的干擾物質(zhì)，并且發(fā)酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測(cè)定。而應(yīng)用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發(fā)酵液混濁程度的限制。同時(shí)，由于發(fā)酵工業(yè)是大規(guī)模的生產(chǎn)，微生物傳感器其成本低設(shè)備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)使其具有極大的優(yōu)勢(shì)。
(1).原材料及代謝產(chǎn)物的測(cè)定
微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測(cè)定，代謝產(chǎn)物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類、青霉素、乳酸等的測(cè)定。測(cè)量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測(cè)量氧電極電流的變化量來測(cè)量氧氣的減少量，從而達(dá)到測(cè)量底物濃度的目的。
在各種原材料中葡萄糖的測(cè)定對(duì)過程控制尤其重要，用熒光假單胞菌（Psoudomonasfluorescens）代謝消耗葡萄糖的作用，通過氧電極進(jìn)行檢測(cè)，可以估計(jì)葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測(cè)定結(jié)果是類似的，而微生物電極靈敏度高，重復(fù)實(shí)用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。
當(dāng)乙酸用作碳源進(jìn)行微生物培養(yǎng)時(shí)，乙酸含量高于某一濃度會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，因此需要在線測(cè)定。用固定化酵母（Trichosporonbrassicae），透氣膜和氧電極組成的微生物傳感器可以測(cè)定乙酸的濃度。
此外，還有用大腸桿菌（E.coli）組合二氧化碳?xì)饷綦姌O，可以構(gòu)成測(cè)定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細(xì)胞固定化在膠原蛋白膜內(nèi)，由細(xì)菌—膠原蛋白膜反應(yīng)器和組合式玻璃電極構(gòu)成的微生物傳感器可應(yīng)用于發(fā)酵液中頭孢酶素的測(cè)定等等。
(2).微生物細(xì)胞總數(shù)的測(cè)定
在發(fā)酵控制方面，一直需要直接測(cè)定細(xì)胞數(shù)目的簡(jiǎn)單而連續(xù)的方法。人們發(fā)現(xiàn)在陽(yáng)極表面，細(xì)菌可以直接被氧化并產(chǎn)生電流。這種電化學(xué)系統(tǒng)已應(yīng)用于細(xì)胞數(shù)目的測(cè)定，其結(jié)果與傳統(tǒng)的菌斑計(jì)數(shù)法測(cè)細(xì)胞數(shù)是相同的[1]。
(3).代謝試驗(yàn)的鑒定
傳統(tǒng)的微生物代謝類型的鑒定都是根據(jù)微生物在某種培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況進(jìn)行的。這些實(shí)驗(yàn)方法需要較長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間和專門的技術(shù)。微生物對(duì)底物的同化作用可以通過其呼吸活性進(jìn)行測(cè)定。用氧電極可以直接測(cè)量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來測(cè)定微生物的代謝特征。這個(gè)系統(tǒng)已用于微生物的簡(jiǎn)單鑒定、微生物培養(yǎng)基的選擇、微生物酶活性的測(cè)定、廢水中可被生物降解的物質(zhì)估計(jì)、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗(yàn)、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。
2、環(huán)境監(jiān)測(cè)
(1).生化需氧量的測(cè)定
生化需氧量（biochemicaloxygendemand–BOD）的測(cè)定是監(jiān)測(cè)水體被有機(jī)物污染狀況的最常用指標(biāo)。常規(guī)的BOD測(cè)定需要5天的培養(yǎng)期，操作復(fù)雜、重復(fù)性差、耗時(shí)耗力、干擾性大，不宜現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，所以迫切需要一種操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、適用廣的新方法來測(cè)定。目前，有研究人員分離了兩種新的酵母菌種SPT1和SPT2，并將其固定在玻璃碳極上以構(gòu)成微生物傳感器用于測(cè)量BOD，其重復(fù)性在±10%以內(nèi)。將該傳感器用于測(cè)量紙漿廠污水中BOD的測(cè)定，其測(cè)量最小值可達(dá)2mg/l，所用時(shí)間為5min[3]。還有一種新的微生物傳感器，用耐高滲透壓的酵母菌種作為敏感材料，在高滲透壓下可以正常工作。并且其菌株可長(zhǎng)期干燥保存，浸泡后即恢復(fù)活性，為海水中BOD的測(cè)定提供了快捷簡(jiǎn)便的方法[4]。
除了微生物傳感器，還有一種光纖生物傳感器已經(jīng)研制出來用于測(cè)定河水中較低的BOD值。該傳感器的反應(yīng)時(shí)間是15min，最適工作條件為30°C，pH=7。這個(gè)傳感器系統(tǒng)幾乎不受氯離子的影響（在1000mg/l范圍內(nèi)），并且不被重金屬（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影響。該傳感器已經(jīng)應(yīng)用于河水BOD的測(cè)定，并且獲得了較好的結(jié)果[4]。
現(xiàn)在有一種將BOD生物傳感器經(jīng)過光處理（即以TiO2作為半導(dǎo)體，用6W燈照射約4min）后，靈敏度大大提高，很適用于河水中較低BOD的測(cè)量[5]。同時(shí)，一種緊湊的光學(xué)生物傳感器已經(jīng)發(fā)展出來用于同時(shí)測(cè)量多重樣品的BOD值。它使用三對(duì)發(fā)光二極管和硅光電二極管，假單胞細(xì)菌（Pseudomonasfluorescens）用光致交聯(lián)的樹脂固定在反應(yīng)器的底層，該測(cè)量方法既迅速又簡(jiǎn)便，在4℃下可使用六周，已經(jīng)用于工廠廢水處理的過程中[5]。
(2).各種污染物的測(cè)定
常用的重要污染指標(biāo)有氨、亞硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽、致癌物質(zhì)與致變物質(zhì)、重金屬離子、酚類化合物、表面活性劑等物質(zhì)的濃度。目前已經(jīng)研制出了多種測(cè)量各類污染物的生物傳感器并已投入實(shí)際應(yīng)用中了。
測(cè)量氨和硝酸鹽的微生物傳感器，多是用從廢水處理裝置中分離出來的硝化細(xì)菌和氧電極組合構(gòu)成。目前有一種微生物傳感器可以在黑暗和有光的條件下測(cè)量硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOx-)，它在鹽環(huán)境下的測(cè)量使得它可以不受其他種類的氮的氧化物的影響。用它對(duì)河口的NOx-進(jìn)行了測(cè)量，其效果較好[6]。
硫化物的測(cè)定是用從硫鐵礦附近酸性土壤中分離篩選得到的專性、自養(yǎng)、好氧性氧化硫硫桿菌制成的微生物傳感器。在pH=2.5、31℃時(shí)一周測(cè)量200余次，活性保持不變，兩周后活性降低20%。傳感器壽命為7天，其設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，操作方便。目前還有用一種光微生物電極測(cè)硫化物含量，所用細(xì)菌是Chromatium.SP，與氫電極連接構(gòu)成[7]。
最近科學(xué)家們?cè)谖廴緟^(qū)分離出一種能夠發(fā)熒光的細(xì)菌，此種細(xì)菌含有熒光基因，在污染源的刺激下能夠產(chǎn)生熒光蛋白，從而發(fā)出熒光。可以通過遺傳工程的方法將這種基因?qū)牒线m的細(xì)菌內(nèi)，制成微生物傳感器，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。現(xiàn)在已經(jīng)將熒光素酶導(dǎo)入大腸桿菌（E.coli）中，用來檢測(cè)砷的有毒化合物[8]。
水體中酚類和表面活性劑的濃度測(cè)定已經(jīng)有了很大的發(fā)展。目前，有9種革蘭氏陰性細(xì)菌從西西伯利亞石油盆地的土壤中分離出來，以酚作為唯一的碳源和能源。這些菌種可以提高生物傳感器的感受器部分的靈敏度。它對(duì)酚的監(jiān)測(cè)極限為5´10-9mol。該傳感器工作的最適條件為：pH=7.4、35℃，連續(xù)工作時(shí)間為30h[9]。還有一種假單胞菌屬（Pseudomonasrathonis）制成的測(cè)量表面活性劑濃度的電流型生物傳感器，將微生物細(xì)胞固定在凝膠（瓊脂、瓊脂糖和海藻酸鈣鹽）和聚乙醇膜上，可以用層析試紙GF/A，或者是谷氨酸醛引起的微生物細(xì)胞在凝膠中的交聯(lián)，長(zhǎng)距離的保持它們?cè)诟邼舛缺砻婊钚詣z測(cè)中的活性和生長(zhǎng)力。該傳感器能在測(cè)量結(jié)束后很快的恢復(fù)敏感元件的活性[10]。
還有一種電流式生物傳感器，用于測(cè)定有機(jī)磷殺蟲劑，使用的是人造酶。利用有機(jī)磷殺蟲劑水解酶，對(duì)硝基酚和二乙基酚的測(cè)量極限為100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。還有一種新發(fā)展起來的磷酸鹽生物傳感器，使用丙酮酸氧化酶G，與自動(dòng)系統(tǒng)CL-FIA臺(tái)式電腦結(jié)合，可以檢測(cè)(32~96)´10-9mol的磷酸鹽，在25°C下可以使用兩周以上，重復(fù)性高[12]。
最近，有一種新型的微生物傳感器，用細(xì)菌細(xì)胞作為生物組成部分，測(cè)定地表水中壬基酚（nonyl-phenoletoxylate--NP-80E）的含量。用一個(gè)電流型氧電極作傳感器，微生物細(xì)胞固定在氧電極上的透析膜上，其測(cè)量原理是測(cè)量毛孢子菌屬（Trichosporumgrablata）細(xì)胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應(yīng)時(shí)間為15~20min，壽命為7~10天（用于連續(xù)測(cè)定時(shí)）。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內(nèi)，電信號(hào)與NP-80E濃度呈線性關(guān)系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測(cè)[13]。
除此之外，污水中重金屬離子濃度的測(cè)定也是不容忽視的。目前已經(jīng)成功設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的，基于固定化微生物和生物體發(fā)光測(cè)量技術(shù)上的重金屬離子生物有效性測(cè)定的監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)。將弧菌屬細(xì)菌（Vibriofischeri）體內(nèi)的一個(gè)操縱子在一個(gè)銅誘導(dǎo)啟動(dòng)子的控制下導(dǎo)入產(chǎn)堿桿菌屬細(xì)菌（Alcaligeneseutrophus(AE1239)）中，細(xì)菌在銅離子的誘導(dǎo)下發(fā)光，發(fā)光程度與離子濃度成正比。將微生物和光纖一起包埋在聚合物基質(zhì)中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測(cè)量范圍廣、儲(chǔ)藏穩(wěn)定性強(qiáng)的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達(dá)到最低測(cè)量濃度1´10-9mol[14]。
還有一種專門測(cè)量銅離子的電流型微生物傳感器。它用酒釀酵母（Saccharomycescerevisiae）重組菌株作為生物元件，這些菌株帶有酒釀酵母CUP1基因上的銅離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。其工作原理，首先是CUP1啟動(dòng)子被Cu2+誘導(dǎo)，隨后乳糖被用作底物進(jìn)行測(cè)量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細(xì)菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導(dǎo)致這些好氧細(xì)胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.5~2)´10-3mol范圍內(nèi)測(cè)定CuSO4溶液。目前已經(jīng)將各類金屬離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會(huì)在含有各種金屬離子的的溶液中出現(xiàn)發(fā)光反應(yīng)。根據(jù)它發(fā)光的強(qiáng)度可以測(cè)定重金屬離子的濃度，其測(cè)量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時(shí)間為60~100min[15][16]。
用于測(cè)量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經(jīng)研制成功，使用嗜堿性細(xì)菌Alcaligenescutrophus，并用于對(duì)污水中鋅的濃度和生物有效性進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果令人滿意[17]。
估測(cè)河口出水流污染情況的海藻傳感器是由一種螺旋藻屬藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteriumSpirlinasubsalsa）和一個(gè)氣敏電極構(gòu)成的。通過監(jiān)測(cè)光合作用被抑制的程度來估測(cè)由于環(huán)境污染物的存在而引起水的毒性變化。以標(biāo)準(zhǔn)天然水為介質(zhì)，對(duì)三種主要污染物（重金屬、除草劑、氨基甲酸鹽殺蟲劑）的不同濃度進(jìn)行了測(cè)定，均可監(jiān)測(cè)到它們的有毒反應(yīng)，重復(fù)性和再生性都很高[18]。
近來由于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的迅猛發(fā)展及其在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的廣泛應(yīng)用，不少科學(xué)家開始著手于將它與生物傳感器技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。有一種應(yīng)用PCR技術(shù)的DNA壓電生物傳感器，可以測(cè)定一種特殊的細(xì)菌毒素。將生物素酰化的探針固定在裝有鏈酶抗生素鉑金表面的石英晶體上，用1´10-6mol的鹽酸可以使循環(huán)式測(cè)量在同一晶體表面進(jìn)行。用細(xì)菌中提取的DNA樣品進(jìn)行同樣的雜交反應(yīng)并由PCR放大，產(chǎn)物為氣單胞菌屬（Aeromonashydrophila）的一種特殊基因片斷。這種壓電生物傳感器可以鑒別樣品中是否含有這種基因，這為從水樣中檢測(cè)是否含帶有這種病原的各種氣單胞菌提供了可能[19]。
還有一種通道生物傳感器可以檢測(cè)浮游植物和水母等生物體產(chǎn)生的腰鞭毛蟲神經(jīng)毒素等毒性物質(zhì)，目前已經(jīng)能夠測(cè)量在一個(gè)浮游生物細(xì)胞內(nèi)含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應(yīng)用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于測(cè)量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進(jìn)核酸的識(shí)別作用和加強(qiáng)該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)的新方法，目前研究工作為識(shí)別裝置和轉(zhuǎn)換裝置的一體化[21]。
微藻素是一種從藍(lán)藻細(xì)菌引起的水華中產(chǎn)生的細(xì)菌肝毒素，一種固定有表面細(xì)胞質(zhì)粒基因組的生物傳感器已經(jīng)制得，用于測(cè)量水中微藻素的含量，它直接的測(cè)量范圍是50~1000´10-6g/l[22]。
一種基于酶的抑制性分析的多重生物傳感器用于測(cè)量毒性物質(zhì)的設(shè)想也已經(jīng)提出。在這種多重生物傳感器中，應(yīng)用了兩種傳導(dǎo)器—對(duì)pH敏感的電子晶體管和熱敏性的薄膜電極，以及三種酶—尿素酶、乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶。該生物傳感器的性能已經(jīng)得到測(cè)試，效果較好[23]。
除了發(fā)酵工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，生物傳感器還深入的應(yīng)用于食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，主要用于測(cè)量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各種氨基酸，以及各種致癌和致變物質(zhì)。
三、討論與展望
美國(guó)的HaroldH.Weetal指出，生物傳感器商品化要具備以下幾個(gè)條件：足夠的敏感性和準(zhǔn)確性、易操作、價(jià)格便宜、易于批量生產(chǎn)、生產(chǎn)過程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)。其中，價(jià)格便宜決定了傳感器在市場(chǎng)上有無競(jìng)爭(zhēng)力。而在各種生物傳感器中，微生物傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單，因此其在市場(chǎng)上的前景是十分巨大和誘人的。相比起來，酶生物傳感器等的價(jià)格就比較昂貴。但微生物傳感器也有其自身的缺點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)就是選擇性不夠好，這是由于在微生物細(xì)胞中含有多種酶引起的。現(xiàn)已有報(bào)道加專門抑制劑以解決微生物電極的選擇性問題。除此之外，微生物固定化方法也需要進(jìn)一步完善，首先要盡可能保證細(xì)胞的活性，其次細(xì)胞與基礎(chǔ)膜結(jié)合要牢固，以避免細(xì)胞的流失。另外，微生物膜的長(zhǎng)期保存問題也待進(jìn)一步的改進(jìn)，否則難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商品化。
總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應(yīng)用中各有其優(yōu)越之處。若容易獲得穩(wěn)定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對(duì)使用者來說是最理想的。相反的，若生物催化需經(jīng)過復(fù)雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩(wěn)定時(shí)，微生物電極則是更理想的選擇。而其他各種形式的生物傳感器也在蓬勃發(fā)展中，其應(yīng)用也越來越廣泛。隨著固定化技術(shù)的進(jìn)一步完善，隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的不斷深入，生物傳感器必將在市場(chǎng)上開辟出一片新的天地。
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TheRecentResearchAndApplicationOfBiosensor
Abstract:Inthisarticle,therecentresearchprogressandapplicationofbiosensors,
especiallythemicro-biosensors,arereviewed,andtheprospectofbiosensorsdevelopmentisalso
prognosticated.Biosensorsaremadeupofbioelectrode,usingimmobileorganism
assensitivematerialformoleculerecognition,togetherwithoxygen-electrode,
membrane-eletrodeandfuel-electrode.Biosensorsarebroadlyusedinzymosisindustry,environmentmonitor,
foodmonitorandclinicmedicine.Fast,accurate,facilitateasbiosensorsis,therewill
beanexcellentprospectforbiosensorsinthemarket
Keywords:Biosensor,Zymosis-Industry,Environment-Monitor
作者簡(jiǎn)介：
傳感器論文范文2
一、汽車電子操控和安全系統(tǒng)談起
近幾年來我國(guó)汽車工業(yè)增長(zhǎng)迅速，發(fā)展勢(shì)頭很猛。因此評(píng)論界出現(xiàn)了一些專家的預(yù)測(cè)：汽車工業(yè)有可能超過IT產(chǎn)業(yè)，成為中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。其實(shí)，汽車工業(yè)的增長(zhǎng)必將包含與汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的IT產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)。例如，雖然目前在我國(guó)一汽的產(chǎn)品中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價(jià)值含量只占10%—15%左右，但國(guó)外汽車中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價(jià)值含量平均約為22%，中、高檔轎車中汽車電子已占30%以上，而且這個(gè)比例還在、不斷地快速增長(zhǎng)，預(yù)期很快將達(dá)到50%。
電子信息技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)因素，汽車（機(jī)動(dòng)車）的動(dòng)力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個(gè)方面的改進(jìn)和提高，都將依賴于機(jī)械系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)和電子產(chǎn)品、信息技術(shù)間的完美結(jié)合。汽車工程界專家指出：電子技術(shù)的發(fā)展已使汽車產(chǎn)品的概念發(fā)生了深刻的變化。這也是最近電子信息產(chǎn)業(yè)界對(duì)汽車電子空前關(guān)注的原因之一。但是，必須指出的是，除了一些車內(nèi)音響、視頻裝備，車用通信、導(dǎo)航系統(tǒng)，以及車載辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等車內(nèi)電子設(shè)備的本質(zhì)改變較少外，現(xiàn)代汽車電子從所應(yīng)用的電子元器件（包括傳感器、執(zhí)行器、微電路等）到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進(jìn)入了一個(gè)有本質(zhì)性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執(zhí)行器、智能變送器）。
實(shí)際上，汽車電子已經(jīng)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段：從分立電子元器件搭建的電路監(jiān)測(cè)控制，經(jīng)過了電子元器件或組件加微處理器構(gòu)筑的各自獨(dú)立的、專用的、半自動(dòng)和自動(dòng)的操控系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發(fā)使用），統(tǒng)一交換汽車運(yùn)行中的各種電子裝備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)綜合、智能調(diào)控的新階段。新的汽車電子系統(tǒng)由各個(gè)電子控制單元（ECU）組成，可以獨(dú)立操控，同時(shí)又能協(xié)調(diào)到整體運(yùn)行的最佳狀態(tài)。例如為使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，就需要從吸入汽缸的空氣流量、進(jìn)氣壓力的測(cè)定開始，再根據(jù)水溫、空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)計(jì)算出基本噴油量，同時(shí)還要通過節(jié)氣門位置傳感器檢測(cè)節(jié)氣門的開度，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，進(jìn)而控制，調(diào)整最佳噴油量，最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終計(jì)算出并發(fā)出最佳點(diǎn)火時(shí)機(jī)的指令。這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火綜合控制系統(tǒng)還可以與廢氣排放的監(jiān)控系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)等組合，構(gòu)筑成可使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩最大化，而同時(shí)燃油消耗和廢氣排放最低化的智能系統(tǒng)。
還可以舉一個(gè)安全駕駛方面的例子，出于平穩(wěn)、安全駕駛的需要，僅只針對(duì)四個(gè)輪子的操控上，除了應(yīng)用大量壓力傳感器并普遍安裝了剎車防抱死裝置（ABS）外，許多轎車，包括國(guó)產(chǎn)車，已增設(shè)了電子動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時(shí)的穩(wěn)定性。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外的一些汽車進(jìn)一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng)（EBA），該系統(tǒng)在發(fā)生緊急情況時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)駕駛者踩制動(dòng)踏板時(shí)的速度和力度，并判斷緊急制動(dòng)的力度是否足夠，如果需要，就會(huì)自動(dòng)增大制動(dòng)力。EBA的自控動(dòng)作必須在極短時(shí)間（例如百萬(wàn)分之一秒級(jí)）內(nèi)完成。這個(gè)系統(tǒng)能使200km/h高速行駛車輛的制動(dòng)滑行距離縮短極其寶貴的20多米。針對(duì)車輪的還有分別監(jiān)測(cè)各個(gè)車輪相對(duì)于車速的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而為每個(gè)車輪平衡分配動(dòng)力，保證在惡劣路面條件下各輪間具有良好的均衡抓地能力的“電子牽引力控制”（ETC）系統(tǒng)等。
從以上列舉的兩個(gè)例子可以清楚看到，汽車發(fā)展對(duì)汽車電子的一些基本要求：
1．電子操控系統(tǒng)的動(dòng)作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調(diào)理電路）+微處理器，然后再通過微處理器（+功率放大電路）+執(zhí)行器的技術(shù)途徑已經(jīng)不再能滿足現(xiàn)代汽車的要求，需要通過硬件集成、直接交換數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化電路，并提高智能化程度來確保控制單元?jiǎng)幼鞯恼_性、可靠性和適時(shí)性。
2．現(xiàn)在幾乎所有的汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件都已受電子裝置控制，但汽車車體內(nèi)的空間有限，構(gòu)件系統(tǒng)的空間更是極其有限。理想的情況當(dāng)然是，電子控制單元應(yīng)與受控制部件緊密結(jié)合，形成一個(gè)整體。因此器件和電路的微型化、集成化是不可回避的道路。
3．電子控制單元必須具有足夠的智能化程度。以安全氣囊為例，它在關(guān)鍵時(shí)刻必須要能及時(shí)、正確地瞬時(shí)打開，但在極大多數(shù)時(shí)間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài)，因此安全氣囊的ECU必須具有自檢、自維護(hù)能力，不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運(yùn)作的可靠性，確保動(dòng)作的“萬(wàn)無一失”。
4．汽車的各種功能部件都有各自的運(yùn)動(dòng)、操控特性，并且，對(duì)電子產(chǎn)品而言，大多處于非常惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時(shí)的高溫，靜止待命時(shí)的低溫，高濃度的油蒸汽和活性（毒性）氣體，以及高速運(yùn)動(dòng)和高強(qiáng)度的沖擊和振動(dòng)等。因此，電子元器件和電路必須要有高穩(wěn)定、抗環(huán)境和自適應(yīng)、自補(bǔ)償調(diào)整的能力。
5．與上述要求同樣重要，甚至有時(shí)是關(guān)鍵性的條件是，汽車電子控制單元用的電子元器件、模塊必須要能大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并能將成本降低到可接受的程度。一些微傳感器和智能傳感器就是這方面的典范。例如智能加速度傳感器，它不僅能較好地滿足現(xiàn)代汽車的各項(xiàng)需要，而且因?yàn)榭梢栽诩呻娐窐?biāo)準(zhǔn)硅工藝線上批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低（幾美元至十幾或幾十美元），所以在汽車工業(yè)中找到了自己最大的應(yīng)用市場(chǎng)，反過來也有力地促進(jìn)了汽車工業(yè)的電子信息化。
二、智能傳感器：微傳感器與集成電路融合的新一代電子器件
微傳感器、智能傳感器是近幾年才開始迅速發(fā)展起來的新興技術(shù)。在我國(guó)的報(bào)刊雜志上目前所使用的技術(shù)名稱還比較含混，仍然籠統(tǒng)地稱之為傳感器，或者含糊地歸納為汽車半導(dǎo)體器件，也有將智能傳感器（或智能執(zhí)行器、智能變送器）與微系統(tǒng)、MEMS等都?xì)w入了MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）名稱下的。這里介紹當(dāng)前一些歐美專著中常用的技術(shù)名詞的定義和技術(shù)內(nèi)涵。
首先必須說明的是，在絕大多數(shù)情況下，本文大小標(biāo)題及全文中所說的傳感器其實(shí)是泛指了三大類器件：將非電學(xué)輸入?yún)⒘哭D(zhuǎn)換成電磁學(xué)信號(hào)輸出的傳感器；將電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成非電學(xué)參量輸出的執(zhí)行器；以及既能用作傳感器又能用作執(zhí)行器，其中較多的是將一種電磁學(xué)參量形式轉(zhuǎn)變成另一種電磁學(xué)參量形態(tài)輸出的變送器。就是說，關(guān)于微傳感器、智能傳感器的技術(shù)特性可以擴(kuò)大類推到微執(zhí)行器、微變送器-傳感器（或執(zhí)行器、或變送器）的物理尺度中至少有一個(gè)物理尺寸等于或小于亞毫米量級(jí)的。微傳感器不是傳統(tǒng)傳感器簡(jiǎn)單的物理縮小的產(chǎn)物，而是基于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的新一代器件：應(yīng)用新的工作機(jī)制和物化效應(yīng)，采用與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝兼容的材料，用微細(xì)加工技術(shù)制備的。因此有時(shí)也稱為硅傳感器。可以用類似的定義和技術(shù)特征類推描述微執(zhí)行器和微變送器。
它由兩塊芯片組成，一是具有自檢測(cè)能力的加速度計(jì)單元（微加速度傳感器），另一塊則是微傳感器與微處理器（MCU）間的接口電路和MCU。這是一種較早期（1996年前后）的，但已相當(dāng)實(shí)用的器件，可用于汽車的自動(dòng)制動(dòng)和懸掛系統(tǒng)中，并且因微加速度計(jì)具有自檢能力，還可用于安全氣囊。從此例中可以清楚看到，微傳感器的優(yōu)勢(shì)不僅是體積的縮小，更在于能方便地與集成電路組合和規(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)該指的是，采用這種兩片的解決方案可以縮短設(shè)計(jì)周期、降低開發(fā)前期小批量試產(chǎn)的成本。但對(duì)實(shí)際應(yīng)用和市場(chǎng)來說，單芯片的解決方案顯然更可取，生產(chǎn)成本更低，應(yīng)用價(jià)值更高。
智能傳感器（SmartSensor）、智能執(zhí)行器和智能變送器-微傳感器（或微執(zhí)行器，或微變送器）和它的部分或全部處理器件、處理電路集成在一個(gè)芯片上的器件（例如上述的微加速度計(jì)的單芯片解決方案）。因此智能傳感器具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運(yùn)算、主動(dòng)鑒別環(huán)境，自動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償適應(yīng)環(huán)境的能力，自診斷、自維護(hù)等。顯然，出于規(guī)模生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的要求，智能傳感器的設(shè)計(jì)思想、材料選擇和生產(chǎn)工藝必須要盡可能地和集成電路的標(biāo)準(zhǔn)硅平面工藝一致。可以在正常工藝流程的投片前，或流程中，或工藝完成后增加一些特殊需要的工序，但也不應(yīng)太多。
在一個(gè)封裝中，把一只微機(jī)械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR）、微處理器（摩托羅拉69HC08）、存儲(chǔ)器和串行接口（SPI）等集成在一個(gè)芯片上。其前端的硅壓力傳感器是采用體硅微細(xì)加工技術(shù)制作的。制備硅壓力傳感器的工序既可安排在集成CMOS電路工藝流程之前，亦可在后。這種智能壓力傳感器的技術(shù)和市場(chǎng)都已成熟，已廣泛用于汽車（機(jī)動(dòng)車）所需的各式各樣的壓力測(cè)量和控制單元中，諸如各種氣壓計(jì)、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油、輪胎、液壓傳動(dòng)裝置等。智能壓力傳感器的應(yīng)用很廣，不局限于汽車工業(yè)。目前，生產(chǎn)智能壓力傳感器的廠商已不少，市售商品的品種也很多，已經(jīng)出現(xiàn)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。結(jié)果是智能壓力傳感器體積越來越小，隨之控制單元所需的接插件和分立元件越來越少，但功能和性能卻越來越強(qiáng)，而且生產(chǎn)成本降低很快（現(xiàn)在約為幾美元一只）。
順便需要說說的是，在一些中文資料中，尤其是一些產(chǎn)品宣傳性材料中，籠統(tǒng)地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都稱之為智能傳感器，但在歐美文獻(xiàn)中是有所差別的。西方專家和公眾通常認(rèn)為，Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識(shí)型)的智慧層次和能力更高。當(dāng)然，知識(shí)型的內(nèi)涵也在不斷進(jìn)化，但那些只能簡(jiǎn)單響應(yīng)環(huán)境變化，作一些相應(yīng)補(bǔ)償、調(diào)整工作狀態(tài)的，特別是不需要集成處理器的器件，其知識(shí)等級(jí)太低，一般不應(yīng)歸入智能器件范疇。
相信大多數(shù)讀者能經(jīng)常接觸到的，最貼近生活的智能傳感器可能要算是用于攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)攝像中的CCD圖像傳感器了。這是一種非智能型傳感器莫屬的情況，因?yàn)镃CD陣列中每個(gè)硅單元由光轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)極弱，必須直接和及時(shí)移位寄存、并處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式信號(hào)。還有更復(fù)雜一些的，在中、高檔長(zhǎng)焦距（IOX）光學(xué)放大數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)上裝備的電子和光學(xué)防抖系統(tǒng)，特別是高端產(chǎn)品中的真正光學(xué)防抖系統(tǒng)。它的核心是雙軸向或3軸向的微加速度計(jì)或微陀螺儀，通過它監(jiān)測(cè)機(jī)身的抖動(dòng)，并換算成鏡頭的各軸向位移量，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鏡頭中可變角度透鏡的移動(dòng)，使光學(xué)系統(tǒng)的折射光路保持穩(wěn)定。
微系統(tǒng)（Microsystem）和MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）-由微傳感器、微電子學(xué)電路（信號(hào)處理、控制電路、通信接品等）和微執(zhí)行器構(gòu)成一個(gè)三級(jí)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)、集成在一個(gè)芯片上的器件稱之為微系統(tǒng)。如果其中擁有機(jī)械聯(lián)動(dòng)或機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)等微機(jī)械部件的器械則稱之為MEMS。
MEMS芯片的左側(cè)給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術(shù)。它的右側(cè)則為主要應(yīng)用領(lǐng)域列舉。很明顯，MEMS的最好解決方案也是選用與硅工藝兼容的材料及物理效應(yīng)、設(shè)計(jì)理念和工藝流程，也即采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝與二維、三維微細(xì)加工技術(shù)相結(jié)合的方法，其中也包括微機(jī)械結(jié)構(gòu)件的制作。
微傳感器合乎邏輯的發(fā)展延伸是智能傳感器，智能傳感器自然延伸則是微系統(tǒng)和MEMS，MEMS的進(jìn)一步發(fā)展則是能夠自主接收、分辨外界信號(hào)和指令，進(jìn)而能獨(dú)立、正確動(dòng)作的微機(jī)械（Micromachines）。現(xiàn)在，開發(fā)成功、并已有商業(yè)產(chǎn)品的MEMS品種已不少，涵蓋圖4所示的各大領(lǐng)域。其中包括全光光通信和全光計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵部件之一的二維、三維MEMS光開關(guān)。
傳感器論文范文3
關(guān)鍵詞：混濁度；電導(dǎo)；溫度；APMS-KIT.exe軟件
混濁度（turbidity）亦稱不透明度，主要用于表示水或其他液體的不透明程度。當(dāng)單色光通過含有懸浮粒子的液體時(shí)，懸浮粒子引起的光散射會(huì)使單色光的強(qiáng)度被衰減，其衰減量即可用來代表液體的混濁度。混濁度是個(gè)比值，其單位用NTU來表示。測(cè)量混濁度對(duì)于環(huán)境保護(hù)和日常生活具有重要意義。我國(guó)早在1986年就制定了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749－85），規(guī)定城市供水企業(yè)出廠飲用水的混濁度不得超過3NTU。2001年衛(wèi)生部制定的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》又做出了更嚴(yán)格的規(guī)定，要求飲用水的混濁度必須達(dá)到1NTU才符合要求。測(cè)量混濁度的方法是采用濁度儀（turbimeter），又稱濁度計(jì)。傳統(tǒng)濁度儀的測(cè)試性能比較差而且功能單一，無法滿足現(xiàn)代測(cè)量的需要。近年來，從國(guó)外引進(jìn)的在線濁度儀因價(jià)格昂貴也難以大量推廣（例如意大利哈納公司的產(chǎn)品售價(jià)就高達(dá)7萬(wàn)元～12萬(wàn)元人民幣）。最近，美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司推出了APMS－10G型帶微處理器和單線接口的智能化混濁度傳感器，該傳感器能同時(shí)測(cè)量液體的混濁度、電導(dǎo)和溫度，可用來設(shè)計(jì)多參數(shù)在線檢測(cè)系統(tǒng)，因而可廣泛應(yīng)用于水質(zhì)凈化，清洗設(shè)備及化工、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等部門中。
1APMS－10G的性能特點(diǎn)
APMS－10G內(nèi)含混濁度傳感器、電導(dǎo)傳感器、溫度傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器、微處理器（μP）和單線I／O接口，能直接測(cè)量液體的混濁度、電導(dǎo)及溫度并轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。它是基于軟件的虛擬傳感器，需要使用Honeywell公司的專用軟件來完成檢測(cè)任務(wù)（不包括控制）。APMS－10G的混濁度測(cè)量結(jié)果實(shí)際上是散射光強(qiáng)與發(fā)射光強(qiáng)之比，其輸出范圍是0～4000NTU（對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)為0．03～10），響應(yīng)時(shí)間為1．3s。測(cè)量電導(dǎo)的范圍是0．0001mS～15mS（所對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)為4～255），mS表示毫西門子。由于電導(dǎo)與電阻呈倒數(shù)關(guān)系，故所對(duì)應(yīng)的電阻值為10MΩ～1kΩ。測(cè)量電導(dǎo)的響應(yīng)時(shí)間為0．85s。測(cè)量混濁度及電導(dǎo)的誤差均為±3個(gè)字。測(cè)量溫度范圍是＋68°F～＋140°F（即＋20℃～＋60℃），重復(fù)性誤差小于±4°F，響應(yīng)時(shí)間為0．03s，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間為4min。
APMS－10G可通過9腳RS－232接口與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，傳感器工作在從機(jī)模式。通信速率為2400b／s。
APMS－10G采用8V～30V直流電源供電，電源電流為16mA（典型值）。最大外形尺寸為φ39．4mm×60．7mm。
2APMS－10G的測(cè)量原理
APMS－10G的內(nèi)部框圖如圖1所示，3個(gè)引出端分別為電源端（UCC）、地（GND）和單線輸入／輸出接口（I／O）。內(nèi)部主要包括四部分：第一是混濁度傳感器部分，包括紅外LED驅(qū)動(dòng)控制電路、紅外光源、發(fā)射光探測(cè)器、散射光探測(cè)器和A／D轉(zhuǎn)換器Ⅰ；第二是電導(dǎo)傳感器部分，含鍍鎳不銹鋼探針、電導(dǎo)測(cè)量電路和A／D轉(zhuǎn)換器Ⅱ；第三部分和第四部分分別是熱敏電阻溫度傳感器和微處理器（μP）部分。
2．1混濁度測(cè)量原理
測(cè)量混濁度的原理圖如圖2所示。測(cè)量時(shí)，將傳感器的正面浸入被測(cè)液體，使液體進(jìn)入凹槽中。然后采用波長(zhǎng)為925nm的紅外發(fā)光二極管（LED）做光源，并由紅外LED驅(qū)動(dòng)控制電路使之發(fā)射紅外光，最后讓紅外光穿過液體射到散射光探測(cè)器上。由于散射光探測(cè)器與發(fā)射光探測(cè)器互相垂直，因此它只能接收被測(cè)液體中微小顆粒所散射來的光線。再把兩路光電信號(hào)分別送至Δ－Σ式A／D轉(zhuǎn)換器Ⅰ轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，最后通過μP計(jì)算出散射光強(qiáng)與發(fā)射光強(qiáng)的比值，即為被測(cè)混濁度。
在含有formazin（一種呈懸浮狀態(tài)并具有光學(xué)特性的化學(xué)聚合物顆粒）的標(biāo)準(zhǔn)體試樣中，實(shí)測(cè)APMS－10G的比率輸出特性曲線如圖3所示。測(cè)量應(yīng)在室溫下進(jìn)行，以作為傳感器的標(biāo)定方法。
2．2電導(dǎo)測(cè)量
測(cè)量混濁度只能反映出液體中懸浮固體微粒的多少，導(dǎo)電性則取決于溶解于液體中離子數(shù)量的多少。例如當(dāng)水中放入清潔劑時(shí)，其導(dǎo)電性將變好，電導(dǎo)值變大，因此測(cè)量出電導(dǎo)值即可判定液體的導(dǎo)電性。APMS－10G首先由兩個(gè)鍍鎳不銹鋼探針發(fā)出低壓交流電壓信號(hào)，然后通過檢測(cè)液體中的電流信號(hào)來計(jì)算電導(dǎo)值，計(jì)算公式為：
G＝I／U
該電導(dǎo)信號(hào)經(jīng)過Δ－Σ式A／D轉(zhuǎn)換器Ⅱ轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后即可送給μP。電導(dǎo)傳感器的輸出特性曲線圖4所示。
圖3
2．3溫度測(cè)量
APMS－10G采用一只熱敏電阻來測(cè)量溫度，溫度脈沖信號(hào)被送到μP中，測(cè)溫范圍為＋68°F～＋140°F（對(duì)應(yīng)值為＋20℃～＋60℃）。
2．4微處理器
APMS－10G中的微處理器主要用于將4路信號(hào)（發(fā)射信號(hào)、散射信號(hào)、電導(dǎo)信號(hào)和溫度信號(hào)）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過RS－232串行接口將數(shù)據(jù)傳輸給外部主控制器。該傳感器沒有模擬信號(hào)輸出，必要時(shí)，用戶可通過外部Δ－Σ式D／A轉(zhuǎn)換器來獲得傳感器的模擬輸出。
3APMS－KIT．exe軟件及通信協(xié)議
Honywell公司專門為APMS－10G設(shè)計(jì)了一套APMS－KIT．exe軟件，以作為傳感器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的載體，其主要任務(wù)是完成測(cè)量和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而控制系統(tǒng)軟件則要由用戶自行設(shè)計(jì)。其字符格式首先是起始位，然后是8個(gè)數(shù)據(jù)位（數(shù)據(jù)0～數(shù)據(jù)7），最后是停止位。傳送一個(gè)字符需4．16ms。
表1傳感器輸入的信息格式
字符1字符2字符3
測(cè)量請(qǐng)求信息目標(biāo)傳感器代碼校驗(yàn)和
混濁度5003AD
電導(dǎo)5000B0
溫度5001AF
該傳感器的信息格式有兩種：一種是傳感器輸入信息，另一種是傳感器輸出信息。傳感器輸入的信息格式見表1所列。它只有3種有效的信息，字符1、字符2和字符3分別對(duì)應(yīng)于信息目標(biāo)、傳感器代碼和校驗(yàn)和。
4使用注意事項(xiàng)
APMS－10G通過9腳RS－232插座連到計(jì)算機(jī)，接線方式如圖5所示。I／O端應(yīng)接一只下拉電阻，以使總線上無信號(hào)時(shí)為0V。傳感器的輸出阻抗為440Ω～540Ω。RS－232接口是用＋5V代表邏輯1，用0V代表邏輯0的邏輯信號(hào)。
使用APMS－10G型混濁度傳感器時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）該傳感器未加反向電壓保護(hù)措施，因此，電源電壓反接可能損壞傳感器。
圖4
（2）傳感器的背面沒有密封，因此，應(yīng)避免水或其它雜質(zhì)進(jìn)入傳感器和連接器內(nèi)部。進(jìn)入傳感器的水分在傳感器的光學(xué)表面濃縮會(huì)改變混濁度讀數(shù)。進(jìn)水嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成永久性損害。另外，如果沒有對(duì)傳感器的電氣部分進(jìn)行保護(hù)，就不要清洗或浸泡傳感器。
（3）在使用過程中，傳感器的光面應(yīng)保持潮濕。
（4）該傳感器內(nèi)含光學(xué)敏感元件，因而應(yīng)避免與未加靜電放電（ESD）保護(hù)的終端相接觸。
（5）需要注意的是，液體中的氣泡也會(huì)產(chǎn)生光學(xué)散射效應(yīng)，其作用效果與懸浮微粒相同。
該混濁度傳感器對(duì)于氣泡、泡沫和肥皂泡相當(dāng)敏感，大泡沫會(huì)引起輸出毛刺，使儀表嚴(yán)重跳數(shù)，即使小氣泡，也容易造成讀數(shù)誤差，因此應(yīng)確保傳感器與外部環(huán)境的隔離，并不被泡沫影響，以免得到錯(cuò)誤的混濁度讀數(shù)。清洗帶該傳感器的裝置時(shí)，必須小心地放置傳感器，必要時(shí)可增加泡沫分離器。另一種方法是將攪動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉一段時(shí)間，使泡沫上升到傳感器上面。
實(shí)際上，這種傳感器對(duì)于泡沫的敏感性也具有特殊用途。一種應(yīng)用是測(cè)量流量，泡沫的存在就是一種很好的指示器，它能指示液體流動(dòng)，因此，可省去流量表或者壓力傳感器。
（6）由于大量污物和外部物體能阻塞光線路徑，從而影響混濁度的測(cè)量，因此傳感器不要放在有沉淀物的地方。
傳感器論文范文4
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)功能完善結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)。該系統(tǒng)要具有對(duì)各類信號(hào)積累計(jì)量、開關(guān)量、模擬量等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，快速傳遞，完整保存，及時(shí)處理，清晰顯示，聲光報(bào)警，控制等功能。系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一氧化碳，甲烷等氣體的濃度，井下的濕度，溫度，風(fēng)速以及礦井內(nèi)有無粉塵和煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)于礦井下的各類設(shè)備可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，比如打開或關(guān)閉主通風(fēng)機(jī)，開啟或關(guān)閉風(fēng)門。為了監(jiān)控甲烷濃度，一氧化碳濃度，風(fēng)速，累計(jì)產(chǎn)煤量，溫度，煙霧，饋電狀態(tài)，油門狀態(tài)，風(fēng)筒狀態(tài)，局部通風(fēng)機(jī)打開和關(guān)閉，所以系統(tǒng)較為復(fù)雜，組成部分也比較多。系統(tǒng)包括主機(jī)、I/O接口電路、分站、無線傳感器、報(bào)警器、電纜、接線柜、電源箱等設(shè)備。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單位是數(shù)量眾多的移動(dòng)或靜止的傳感器。傳感器是以多跳及自自組織的形式來構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的。它的功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行信息的測(cè)量、采集、傳送、處理，并報(bào)告給用戶。用戶接受到的數(shù)據(jù)其實(shí)是先由現(xiàn)場(chǎng)的傳感器探測(cè)到，數(shù)據(jù)匯合到匯聚節(jié)點(diǎn)后在通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的英文是WirelessSensorNetwork，簡(jiǎn)稱WSN。系統(tǒng)中使用了三大基礎(chǔ)技術(shù)，首先利用傳感器技術(shù)采集數(shù)據(jù)，然后利用通信技術(shù)傳輸信息，最后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理。煤炭監(jiān)控管理系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)和地面中心站這三個(gè)部分構(gòu)成了煤礦無線安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
（1）煤炭監(jiān)控管理系統(tǒng)：包括用戶使用的操作界面，網(wǎng)絡(luò)通訊的服務(wù)器以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器。
（2）無線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)：平臺(tái)使用的是像CDMA網(wǎng)絡(luò)這樣的無線公網(wǎng)。
（3）地面中心站：包括監(jiān)控主機(jī)、I/O接口、UPS電源、CDMA無線路由器、打印機(jī)、配套的監(jiān)控軟件、分站、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器、設(shè)備開停傳感器、遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)等等各類設(shè)備組成。
二、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
WSN技術(shù)具有非常良好的應(yīng)用相關(guān)性，其應(yīng)用相關(guān)性的優(yōu)越性很好即使是利用平臺(tái)構(gòu)建的系統(tǒng)也無法企及。一個(gè)性能完善的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般都要涉及多個(gè)不同學(xué)科，例如拓?fù)淇刂疲W(wǎng)絡(luò)協(xié)議和安全，數(shù)據(jù)融合等。在應(yīng)用WSN技術(shù)的希望達(dá)到使用小能量即可使系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，所以WSN技術(shù)應(yīng)用的重要目標(biāo)就是能效比要高。下面用一個(gè)圖形來反映WSN節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。
三、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧
無線網(wǎng)絡(luò)要想構(gòu)建的好那么先決條件就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立的是否合理。五協(xié)議，三平臺(tái)架構(gòu)比較得合理，所以五層協(xié)議被九成的無線網(wǎng)絡(luò)使用。五層協(xié)議包括：
(1)提供無線信號(hào)收發(fā)和信號(hào)轉(zhuǎn)換的物理層。
(2)支持媒體實(shí)時(shí)訪問，數(shù)據(jù)成幀及幀檢測(cè)的數(shù)據(jù)鏈路層。
(3)負(fù)責(zé)路由器相關(guān)工作的網(wǎng)絡(luò)層。
(4)負(fù)責(zé)各類信息快速流通的傳輸層。
(5)為保障硬件系統(tǒng)正常工作而提供軟件支撐的應(yīng)用層。三平臺(tái)是：
(1)進(jìn)行能源配置的能源管理平臺(tái)。
(2)負(fù)責(zé)傳感器運(yùn)行的移動(dòng)管理平臺(tái)。
(3)進(jìn)行煤礦各項(xiàng)工作任務(wù)協(xié)調(diào)的任務(wù)管理平臺(tái)。
四、ZigBee介紹
ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。依據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的是一種適用于無線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)，這種技術(shù)適用于較短的距離，功率消耗低是它的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（NetworkTopology）即網(wǎng)絡(luò)中各處的連接策略，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形式有很多種。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器，路由器和終端設(shè)備等三類設(shè)備組織而成的。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以最多使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问胶芏啵饕詷湫危h(huán)形，星形，網(wǎng)狀為主，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定少則幾十個(gè)多則可達(dá)65536個(gè)。靈活的保證，無線網(wǎng)絡(luò)可靠性的大大提高主要依靠網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)能力，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸搽S著數(shù)據(jù)路由的自由靈活組合而大幅度增強(qiáng)。這些特點(diǎn)使得它非常適合于對(duì)可靠性要求高的無線網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以包括多個(gè)路由器和終端設(shè)備，而協(xié)調(diào)器只需要一個(gè)就夠了。無線網(wǎng)絡(luò)的建立、維護(hù)由協(xié)調(diào)器來負(fù)責(zé)，而路由器的作用是把最佳的路由器為數(shù)據(jù)選擇出來。標(biāo)準(zhǔn)的7層開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型是ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，但不需要對(duì)每層都進(jìn)行定義，定義的只是針對(duì)那些要涉及到的ZigBee層。實(shí)際應(yīng)用中七層中僅有物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制層（MAC）兩層涉及其中，所以在設(shè)計(jì)時(shí)IEEE802.15.42003標(biāo)準(zhǔn)只定義了處于底部的這兩層。ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)設(shè)計(jì)出網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（API）這兩層的框架，無需再另外設(shè)計(jì)。其中，應(yīng)用層的框架結(jié)構(gòu)包括了ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO），應(yīng)用支持子層（APS）和制造商開發(fā)的應(yīng)用程序?qū)ο笕齻€(gè)部分。體系結(jié)構(gòu)如圖3所示：ZigBee的功能造成它使用上針對(duì)性較強(qiáng)，它可以使用在包括工業(yè)，農(nóng)業(yè)以及建筑等自動(dòng)化網(wǎng)的建設(shè)中。由于ZigBee中傳感器可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，利用這個(gè)特點(diǎn)那么電力行業(yè)，礦山行業(yè)和物流行業(yè)等都可以成為ZigBee技術(shù)的用武之地。對(duì)所建網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的各個(gè)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)目標(biāo)可以進(jìn)行良好定位是ZigBee技術(shù)的又一個(gè)特色，所以ZigBee技術(shù)在遙測(cè)方面也大放異彩。
傳感器論文范文5
關(guān)鍵詞：生物傳感器；發(fā)酵工業(yè)；環(huán)境監(jiān)測(cè)。
中圖分類號(hào)：TP212.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-883X(2002)10-0001-06
一、引言
從1962年，Clark和Lyons最先提出生物傳感器的設(shè)想距今已有40年。生物傳感器在發(fā)酵工藝、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等方面得到了深度重視和廣泛應(yīng)用。在最初15年里，生物傳感器主要是以研制酶電極制作的生物傳感器為主，但是由于酶的價(jià)格昂貴并不夠穩(wěn)定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應(yīng)用受到一定的限制。
近些年來，微生物固定化技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識(shí)別元件，與酶電極相比有其獨(dú)到之處。它可以克服價(jià)格昂貴、提取困難及不穩(wěn)定等弱點(diǎn)。此外，還可以同時(shí)利用微生物體內(nèi)的輔酶處理復(fù)雜反應(yīng)。而目前，光纖生物傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛。而且隨著聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的發(fā)展，應(yīng)
用PCR的DNA生物傳感器也越來越多。
二、研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)用領(lǐng)域
1、發(fā)酵工業(yè)
各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發(fā)酵工業(yè)的測(cè)定。因?yàn)榘l(fā)酵過程中常存在對(duì)酶的干擾物質(zhì)，并且發(fā)酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測(cè)定。而應(yīng)用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發(fā)酵液混濁程度的限制。同時(shí)，由于發(fā)酵工業(yè)是大規(guī)模的生產(chǎn)，微生物傳感器其成本低設(shè)備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)使其具有極大的優(yōu)勢(shì)。
(1).原材料及代謝產(chǎn)物的測(cè)定
微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測(cè)定，代謝產(chǎn)物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類、青霉素、乳酸等的測(cè)定。測(cè)量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測(cè)量氧電極電流的變化量來測(cè)量氧氣的減少量，從而達(dá)到測(cè)量底物濃度的目的。
在各種原材料中葡萄糖的測(cè)定對(duì)過程控制尤其重要，用熒光假單胞菌（Psoudomonasfluorescens）代謝消耗葡萄糖的作用，通過氧電極進(jìn)行檢測(cè)，可以估計(jì)葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測(cè)定結(jié)果是類似的，而微生物電極靈敏度高，重復(fù)實(shí)用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。
當(dāng)乙酸用作碳源進(jìn)行微生物培養(yǎng)時(shí)，乙酸含量高于某一濃度會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，因此需要在線測(cè)定。用固定化酵母（Trichosporonbrassicae），透氣膜和氧電極組成的微生物傳感器可以測(cè)定乙酸的濃度。
此外，還有用大腸桿菌（E.coli）組合二氧化碳?xì)饷綦姌O，可以構(gòu)成測(cè)定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細(xì)胞固定化在膠原蛋白膜內(nèi)，由細(xì)菌—膠原蛋白膜反應(yīng)器和組合式玻璃電極構(gòu)成的微生物傳感器可應(yīng)用于發(fā)酵液中頭孢酶素的測(cè)定等等。
(2).微生物細(xì)胞總數(shù)的測(cè)定
在發(fā)酵控制方面，一直需要直接測(cè)定細(xì)胞數(shù)目的簡(jiǎn)單而連續(xù)的方法。人們發(fā)現(xiàn)在陽(yáng)極表面，細(xì)菌可以直接被氧化并產(chǎn)生電流。這種電化學(xué)系統(tǒng)已應(yīng)用于細(xì)胞數(shù)目的測(cè)定，其結(jié)果與傳統(tǒng)的菌斑計(jì)數(shù)法測(cè)細(xì)胞數(shù)是相同的[1]。
(3).代謝試驗(yàn)的鑒定
傳統(tǒng)的微生物代謝類型的鑒定都是根據(jù)微生物在某種培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況進(jìn)行的。這些實(shí)驗(yàn)方法需要較長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間和專門的技術(shù)。微生物對(duì)底物的同化作用可以通過其呼吸活性進(jìn)行測(cè)定。用氧電極可以直接測(cè)量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來測(cè)定微生物的代謝特征。這個(gè)系統(tǒng)已用于微生物的簡(jiǎn)單鑒定、微生物培養(yǎng)基的選擇、微生物酶活性的測(cè)定、廢水中可被生物降解的物質(zhì)估計(jì)、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗(yàn)、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。
2、環(huán)境監(jiān)測(cè)
(1).生化需氧量的測(cè)定
生化需氧量（biochemicaloxygendemand–BOD）的測(cè)定是監(jiān)測(cè)水體被有機(jī)物污染狀況的最常用指標(biāo)。常規(guī)的BOD測(cè)定需要5天的培養(yǎng)期，操作復(fù)雜、重復(fù)性差、耗時(shí)耗力、干擾性大，不宜現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，所以迫切需要一種操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、適用廣的新方法來測(cè)定。目前，有研究人員分離了兩種新的酵母菌種SPT1和SPT2，并將其固定在玻璃碳極上以構(gòu)成微生物傳感器用于測(cè)量BOD，其重復(fù)性在±10%以內(nèi)。將該傳感器用于測(cè)量紙漿廠污水中BOD的測(cè)定，其測(cè)量最小值可達(dá)2mg/l，所用時(shí)間為5min[3]。還有一種新的微生物傳感器，用耐高滲透壓的酵母菌種作為敏感材料，在高滲透壓下可以正常工作。并且其菌株可長(zhǎng)期干燥保存，浸泡后即恢復(fù)活性，為海水中BOD的測(cè)定提供了快捷簡(jiǎn)便的方法[4]。除了微生物傳感器，還有一種光纖生物傳感器已經(jīng)研制出來用于測(cè)定河水中較低的BOD值。該傳感器的反應(yīng)時(shí)間是15min，最適工作條件為30°C，pH=7。這個(gè)傳感器系統(tǒng)幾乎不受氯離子的影響（在1000mg/l范圍內(nèi)），并且不被重金屬（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影響。該傳感器已經(jīng)應(yīng)用于河水BOD的測(cè)定，并且獲得了較好的結(jié)果[4]。
現(xiàn)在有一種將BOD生物傳感器經(jīng)過光處理（即以TiO2作為半導(dǎo)體，用6W燈照射約4min）后，靈敏度大大提高，很適用于河水中較低BOD的測(cè)量[5]。同時(shí)，一種緊湊的光學(xué)生物傳感器已經(jīng)發(fā)展出來用于同時(shí)測(cè)量多重樣品的BOD值。它使用三對(duì)發(fā)光二極管和硅光電二極管，假單胞細(xì)菌（Pseudomonasfluorescens）用光致交聯(lián)的樹脂固定在反應(yīng)器的底層，該測(cè)量方法既迅速又簡(jiǎn)便，在4℃下可使用六周，已經(jīng)用于工廠廢水處理的過程中[5]。
(2).各種污染物的測(cè)定
常用的重要污染指標(biāo)有氨、亞硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽、致癌物質(zhì)與致變物質(zhì)、重金屬離子、酚類化合物、表面活性劑等物質(zhì)的濃度。目前已經(jīng)研制出了多種測(cè)量各類污染物的生物傳感器并已投入實(shí)際應(yīng)用中了。
測(cè)量氨和硝酸鹽的微生物傳感器，多是用從廢水處理裝置中分離出來的硝化細(xì)菌和氧電極組合構(gòu)成。目前有一種微生物傳感器可以在黑暗和有光的條件下測(cè)量硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOx-)，它在鹽環(huán)境下的測(cè)量使得它可以不受其他種類的氮的氧化物的影響。用它對(duì)河口的NOx-進(jìn)行了測(cè)量，其效果較好[6]。
硫化物的測(cè)定是用從硫鐵礦附近酸性土壤中分離篩選得到的專性、自養(yǎng)、好氧性氧化硫硫桿菌制成的微生物傳感器。在pH=2.5、31℃時(shí)一周測(cè)量200余次，活性保持不變，兩周后活性降低20%。傳感器壽命為7天，其設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，操作方便。目前還有用一種光微生物電極測(cè)硫化物含量，所用細(xì)菌是Chromatium.SP，與氫電極連接構(gòu)成[7]。
最近科學(xué)家們?cè)谖廴緟^(qū)分離出一種能夠發(fā)熒光的細(xì)菌，此種細(xì)菌含有熒光基因，在污染源的刺激下能夠產(chǎn)生熒光蛋白，從而發(fā)出熒光。可以通過遺傳工程的方法將這種基因?qū)牒线m的細(xì)菌內(nèi)，制成微生物傳感器，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。現(xiàn)在已經(jīng)將熒光素酶導(dǎo)入大腸桿菌（E.coli）中，用來檢測(cè)砷的有毒化合物[8]。
水體中酚類和表面活性劑的濃度測(cè)定已經(jīng)有了很大的發(fā)展。目前，有9種革蘭氏陰性細(xì)菌從西西伯利亞石油盆地的土壤中分離出來，以酚作為唯一的碳源和能源。這些菌種可以提高生物傳感器的感受器部分的靈敏度。它對(duì)酚的監(jiān)測(cè)極限為5´10-9mol。該傳感器工作的最適條件為：pH=7.4、35℃，連續(xù)工作時(shí)間為30h[9]。還有一種假單胞菌屬（Pseudomonasrathonis）制成的測(cè)量表面活性劑濃度的電流型生物傳感器，將微生物細(xì)胞固定在凝膠（瓊脂、瓊脂糖和海藻酸鈣鹽）和聚乙醇膜上，可以用層析試紙GF/A，或者是谷氨酸醛引起的微生物細(xì)胞在凝膠中的交聯(lián)，長(zhǎng)距離的保持它們?cè)诟邼舛缺砻婊钚詣z測(cè)中的活性和生長(zhǎng)力。該傳感器能在測(cè)量結(jié)束后很快的恢復(fù)敏感元件的活性[10]。
還有一種電流式生物傳感器，用于測(cè)定有機(jī)磷殺蟲劑，使用的是人造酶。利用有機(jī)磷殺蟲劑水解酶，對(duì)硝基酚和二乙基酚的測(cè)量極限為100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。還有一種新發(fā)展起來的磷酸鹽生物傳感器，使用丙酮酸氧化酶G，與自動(dòng)系統(tǒng)CL-FIA臺(tái)式電腦結(jié)合，可以檢測(cè)(32~96)´10-9mol的磷酸鹽，在25°C下可以使用兩周以上，重復(fù)性高[12]。
最近，有一種新型的微生物傳感器，用細(xì)菌細(xì)胞作為生物組成部分，測(cè)定地表水中壬基酚（nonyl-phenoletoxylate--NP-80E）的含量。用一個(gè)電流型氧電極作傳感器，微生物細(xì)胞固定在氧電極上的透析膜上，其測(cè)量原理是測(cè)量毛孢子菌屬（Trichosporumgrablata）細(xì)胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應(yīng)時(shí)間為15~20min，壽命為7~10天（用于連續(xù)測(cè)定時(shí)）。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內(nèi)，電信號(hào)與NP-80E濃度呈線性關(guān)系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測(cè)[13]。除此之外，污水中重金屬離子濃度的測(cè)定也是不容忽視的。目前已經(jīng)成功設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的，基于固定化微生物和生物體發(fā)光測(cè)量技術(shù)上的重金屬離子生物有效性測(cè)定的監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)。將弧菌屬細(xì)菌（Vibriofischeri）體內(nèi)的一個(gè)操縱子在一個(gè)銅誘導(dǎo)啟動(dòng)子的控制下導(dǎo)入產(chǎn)堿桿菌屬細(xì)菌（Alcaligeneseutrophus(AE1239)）中，細(xì)菌在銅離子的誘導(dǎo)下發(fā)光，發(fā)光程度與離子濃度成正比。將微生物和光纖一起包埋在聚合物基質(zhì)中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測(cè)量范圍廣、儲(chǔ)藏穩(wěn)定性強(qiáng)的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達(dá)到最低測(cè)量濃度1´10-9mol[14]。
還有一種專門測(cè)量銅離子的電流型微生物傳感器。它用酒釀酵母（Saccharomycescerevisiae）重組菌株作為生物元件，這些菌株帶有酒釀酵母CUP1基因上的銅離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。其工作原理，首先是CUP1啟動(dòng)子被Cu2+誘導(dǎo)，隨后乳糖被用作底物進(jìn)行測(cè)量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細(xì)菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導(dǎo)致這些好氧細(xì)胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.5~2)´10-3mol范圍內(nèi)測(cè)定CuSO4溶液。目前已經(jīng)將各類金屬離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會(huì)在含有各種金屬離子的的溶液中出現(xiàn)發(fā)光反應(yīng)。根據(jù)它發(fā)光的強(qiáng)度可以測(cè)定重金屬離子的濃度，其測(cè)量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時(shí)間為60~100min[15][16]。
用于測(cè)量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經(jīng)研制成功，使用嗜堿性細(xì)菌Alcaligenescutrophus，并用于對(duì)污水中鋅的濃度和生物有效性進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果令人滿意[17]。
估測(cè)河口出水流污染情況的海藻傳感器是由一種螺旋藻屬藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteriumSpirlinasubsalsa）和一個(gè)氣敏電極構(gòu)成的。通過監(jiān)測(cè)光合作用被抑制的程度來估測(cè)由于環(huán)境污染物的存在而引起水的毒性變化。以標(biāo)準(zhǔn)天然水為介質(zhì)，對(duì)三種主要污染物（重金屬、除草劑、氨基甲酸鹽殺蟲劑）的不同濃度進(jìn)行了測(cè)定，均可監(jiān)測(cè)到它們的有毒反應(yīng)，重復(fù)性和再生性都很高[18]。
近來由于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的迅猛發(fā)展及其在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的廣泛應(yīng)用，不少科學(xué)家開始著手于將它與生物傳感器技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。有一種應(yīng)用PCR技術(shù)的DNA壓電生物傳感器，可以測(cè)定一種特殊的細(xì)菌毒素。將生物素酰化的探針固定在裝有鏈酶抗生素鉑金表面的石英晶體上，用1´10-6mol的鹽酸可以使循環(huán)式測(cè)量在同一晶體表面進(jìn)行。用細(xì)菌中提取的DNA樣品進(jìn)行同樣的雜交反應(yīng)并由PCR放大，產(chǎn)物為氣單胞菌屬（Aeromonashydrophila）的一種特殊基因片斷。這種壓電生物傳感器可以鑒別樣品中是否含有這種基因，這為從水樣中檢測(cè)是否含帶有這種病原的各種氣單胞菌提供了可能[19]。
還有一種通道生物傳感器可以檢測(cè)浮游植物和水母等生物體產(chǎn)生的腰鞭毛蟲神經(jīng)毒素等毒性物質(zhì)，目前已經(jīng)能夠測(cè)量在一個(gè)浮游生物細(xì)胞內(nèi)含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應(yīng)用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于測(cè)量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進(jìn)核酸的識(shí)別作用和加強(qiáng)該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)的新方法，目前研究工作為識(shí)別裝置和轉(zhuǎn)換裝置的一體化[21]。
微藻素是一種從藍(lán)藻細(xì)菌引起的水華中產(chǎn)生的細(xì)菌肝毒素，一種固定有表面細(xì)胞質(zhì)粒基因組的生物傳感器已經(jīng)制得，用于測(cè)量水中微藻素的含量，它直接的測(cè)量范圍是50~1000´10-6g/l[22]。
一種基于酶的抑制性分析的多重生物傳感器用于測(cè)量毒性物質(zhì)的設(shè)想也已經(jīng)提出。在這種多重生物傳感器中，應(yīng)用了兩種傳導(dǎo)器—對(duì)pH敏感的電子晶體管和熱敏性的薄膜電極，以及三種酶—尿素酶、乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶。該生物傳感器的性能已經(jīng)得到測(cè)試，效果較好[23]。
除了發(fā)酵工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，生物傳感器還深入的應(yīng)用于食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，主要用于測(cè)量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各種氨基酸，以及各種致癌和致變物質(zhì)三、討論與展望
美國(guó)的HaroldH.Weetal指出，生物傳感器商品化要具備以下幾個(gè)條件：足夠的敏感性和準(zhǔn)確性、易操作、價(jià)格便宜、易于批量生產(chǎn)、生產(chǎn)過程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)。其中，價(jià)格便宜決定了傳感器在市場(chǎng)上有無競(jìng)爭(zhēng)力。而在各種生物傳感器中，微生物傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單，因此其在市場(chǎng)上的前景是十分巨大和誘人的。相比起來，酶生物傳感器等的價(jià)格就比較昂貴。但微生物傳感器也有其自身的缺點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)就是選擇性不夠好，這是由于在微生物細(xì)胞中含有多種酶引起的。現(xiàn)已有報(bào)道加專門抑制劑以解決微生物電極的選擇性問題。除此之外，微生物固定化方法也需要進(jìn)一步完善，首先要盡可能保證細(xì)胞的活性，其次細(xì)胞與基礎(chǔ)膜結(jié)合要牢固，以避免細(xì)胞的流失。另外，微生物膜的長(zhǎng)期保存問題也待進(jìn)一步的改進(jìn)，否則難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商品化。
總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應(yīng)用中各有其優(yōu)越之處。若容易獲得穩(wěn)定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對(duì)使用者來說是最理想的。相反的，若生物催化需經(jīng)過復(fù)雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩(wěn)定時(shí)，微生物電極則是更理想的選擇。而其他各種形式的生物傳感器也在蓬勃發(fā)展中，其應(yīng)用也越來越廣泛。隨著固定化技術(shù)的進(jìn)一步完善，隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的不斷深入，生物傳感器必將在市場(chǎng)上開辟出一片新的天地。
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傳感器論文范文6
采用多源數(shù)據(jù)融合和機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)船舶特征辨識(shí)和自適應(yīng)誤差控制;研究基于形態(tài)分類方法和時(shí)空數(shù)據(jù)連續(xù)特征提取的拖船隊(duì)檢測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶交通量的全天候自動(dòng)船舶交通流量統(tǒng)計(jì)。
由于系統(tǒng)中選用了兩臺(tái)不同型號(hào)的激光傳感器作為船舶特征信息的采集,它們采用的數(shù)據(jù)接口各異。
激光傳感器數(shù)據(jù)的傳輸
激光傳感器船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)三個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中的激光傳感器通過自身激光頭的旋轉(zhuǎn),對(duì)物體進(jìn)行短時(shí)間的線掃描,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物截面的二維掃描,可實(shí)時(shí)采集航道上的目標(biāo)圖像。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要由兩臺(tái)激光傳感器組成。
因此,需選用不同的傳輸方式獲取其數(shù)據(jù)信息。通過對(duì)三種方案的實(shí)踐和比較,最終得到了合適的傳輸方案。編輯老師為大家整理了試論船舶交通量觀測(cè)激光傳感器,希望對(duì)大家有所幫助。
