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傳感器論文范文1
關鍵詞：生物傳感器；發酵工業；環境監測。
中圖分類號：TP212.3文獻標識碼：A文章編號：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想距今已有40年。生物傳感器在發酵工藝、環境監測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方面得到了深度重視和廣泛應用。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，但是由于酶的價格昂貴并不夠穩定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應用受到一定的限制。
近些年來，微生物固定化技術的不斷發展，產生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識別元件，與酶電極相比有其獨到之處。它可以克服價格昂貴、提取困難及不穩定等弱點。此外，還可以同時利用微生物體內的輔酶處理復雜反應。而目前，光纖生物傳感器的應用也越來越廣泛。而且隨著聚合酶鏈式反應技術（PCR）的發展，應
用PCR的DNA生物傳感器也越來越多。
二、研究現狀及主要應用領域
1、發酵工業
各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發酵工業的測定。因為發酵過程中常存在對酶的干擾物質，并且發酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測定。而應用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發酵液混濁程度的限制。同時，由于發酵工業是大規模的生產，微生物傳感器其成本低設備簡單的特點使其具有極大的優勢。
(1).原材料及代謝產物的測定
微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測定，代謝產物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類、青霉素、乳酸等的測定。測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，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達到測量底物濃度的目的。
在各種原材料中葡萄糖的測定對過程控制尤其重要，用熒光假單胞菌（Psoudomonasfluorescens）代謝消耗葡萄糖的作用，通過氧電極進行檢測，可以估計葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測定結果是類似的，而微生物電極靈敏度高，重復實用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。
當乙酸用作碳源進行微生物培養時，乙酸含量高于某一濃度會抑制微生物的生長，因此需要在線測定。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定乙酸的濃度。
此外，還有用大腸桿菌（E.coli）組合二氧化碳氣敏電極，可以構成測定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細胞固定化在膠原蛋白膜內，由細菌—膠原蛋白膜反應器和組合式玻璃電極構成的微生物傳感器可應用于發酵液中頭孢酶素的測定等等。
(2).微生物細胞總數的測定
在發酵控制方面，一直需要直接測定細胞數目的簡單而連續的方法。人們發現在陽極表面，細菌可以直接被氧化并產生電流。這種電化學系統已應用于細胞數目的測定，其結果與傳統的菌斑計數法測細胞數是相同的[1]。
(3).代謝試驗的鑒定
傳統的微生物代謝類型的鑒定都是根據微生物在某種培養基上的生長情況進行的。這些實驗方法需要較長的培養時間和專門的技術。微生物對底物的同化作用可以通過其呼吸活性進行測定。用氧電極可以直接測量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來測定微生物的代謝特征。這個系統已用于微生物的簡單鑒定、微生物培養基的選擇、微生物酶活性的測定、廢水中可被生物降解的物質估計、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。
2、環境監測
(1).生化需氧量的測定
生化需氧量（biochemicaloxygendemand–BOD）的測定是監測水體被有機物污染狀況的最常用指標。常規的BOD測定需要5天的培養期，操作復雜、重復性差、耗時耗力、干擾性大，不宜現場監測，所以迫切需要一種操作簡單、快速準確、自動化程度高、適用廣的新方法來測定。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成微生物傳感器用于測量BOD，其重復性在±10%以內。將該傳感器用于測量紙漿廠污水中BOD的測定，其測量最小值可達2mg/l，所用時間為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。并且其菌株可長期干燥保存，浸泡后即恢復活性，為海水中BOD的測定提供了快捷簡便的方法[4]。
除了微生物傳感器，還有一種光纖生物傳感器已經研制出來用于測定河水中較低的BOD值。該傳感器的反應時間是15min，最適工作條件為30°C，pH=7。這個傳感器系統幾乎不受氯離子的影響（在1000mg/l范圍內），并且不被重金屬（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影響。該傳感器已經應用于河水BOD的測定，并且獲得了較好的結果[4]。
現在有一種將BOD生物傳感器經過光處理（即以TiO2作為半導體，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的測量[5]。同時，一種緊湊的光學生物傳感器已經發展出來用于同時測量多重樣品的BOD值。它使用三對發光二極管和硅光電二極管，假單胞細菌（Pseudomonasfluorescens）用光致交聯的樹脂固定在反應器的底層，該測量方法既迅速又簡便，在4℃下可使用六周，已經用于工廠廢水處理的過程中[5]。
(2).各種污染物的測定
常用的重要污染指標有氨、亞硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽、致癌物質與致變物質、重金屬離子、酚類化合物、表面活性劑等物質的濃度。目前已經研制出了多種測量各類污染物的生物傳感器并已投入實際應用中了。
測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菌和氧電極組合構成。目前有一種微生物傳感器可以在黑暗和有光的條件下測量硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOx-)，它在鹽環境下的測量使得它可以不受其他種類的氮的氧化物的影響。用它對河口的NOx-進行了測量，其效果較好[6]。
硫化物的測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、好氧性氧化硫硫桿菌制成的微生物傳感器。在pH=2.5、31℃時一周測量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，其設備簡單，成本低，操作方便。目前還有用一種光微生物電極測硫化物含量，所用細菌是Chromatium.SP，與氫電極連接構成[7]。
最近科學家們在污染區分離出一種能夠發熒光的細菌，此種細菌含有熒光基因，在污染源的刺激下能夠產生熒光蛋白，從而發出熒光。可以通過遺傳工程的方法將這種基因導入合適的細菌內，制成微生物傳感器，用于環境監測。現在已經將熒光素酶導入大腸桿菌（E.coli）中，用來檢測砷的有毒化合物[8]。
水體中酚類和表面活性劑的濃度測定已經有了很大的發展。目前，有9種革蘭氏陰性細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。它對酚的監測極限為5´10-9mol。該傳感器工作的最適條件為：pH=7.4、35℃，連續工作時間為30h[9]。還有一種假單胞菌屬（Pseudomonasrathonis）制成的測量表面活性劑濃度的電流型生物傳感器，將微生物細胞固定在凝膠（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胞在凝膠中的交聯，長距離的保持它們在高濃度表面活性劑檢測中的活性和生長力。該傳感器能在測量結束后很快的恢復敏感元件的活性[10]。
還有一種電流式生物傳感器，用于測定有機磷殺蟲劑，使用的是人造酶。利用有機磷殺蟲劑水解酶，對硝基酚和二乙基酚的測量極限為100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。還有一種新發展起來的磷酸鹽生物傳感器，使用丙酮酸氧化酶G，與自動系統CL-FIA臺式電腦結合，可以檢測(32~96)´10-9mol的磷酸鹽，在25°C下可以使用兩周以上，重復性高[12]。
最近，有一種新型的微生物傳感器，用細菌細胞作為生物組成部分，測定地表水中壬基酚（nonyl-phenoletoxylate--NP-80E）的含量。用一個電流型氧電極作傳感器，微生物細胞固定在氧電極上的透析膜上，其測量原理是測量毛孢子菌屬（Trichosporumgrablata）細胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應時間為15~20min，壽命為7~10天（用于連續測定時）。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內，電信號與NP-80E濃度呈線性關系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測[13]。
除此之外，污水中重金屬離子濃度的測定也是不容忽視的。目前已經成功設計了一個完整的，基于固定化微生物和生物體發光測量技術上的重金屬離子生物有效性測定的監測和分析系統。將弧菌屬細菌（Vibriofischeri）體內的一個操縱子在一個銅誘導啟動子的控制下導入產堿桿菌屬細菌（Alcaligeneseutrophus(AE1239)）中，細菌在銅離子的誘導下發光，發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中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測量范圍廣、儲藏穩定性強的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達到最低測量濃度1´10-9mol[14]。
還有一種專門測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啟動子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。其工作原理，首先是CUP1啟動子被Cu2+誘導，隨后乳糖被用作底物進行測量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導致這些好氧細胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.5~2)´10-3mol范圍內測定CuSO4溶液。目前已經將各類金屬離子誘導啟動子轉入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會在含有各種金屬離子的的溶液中出現發光反應。根據它發光的強度可以測定重金屬離子的濃度，其測量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時間為60~100min[15][16]。
用于測量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經研制成功，使用嗜堿性細菌Alcaligenescutrophus，并用于對污水中鋅的濃度和生物有效性進行測量，其結果令人滿意[17]。
估測河口出水流污染情況的海藻傳感器是由一種螺旋藻屬藍細菌（cyanobacteriumSpirlinasubsalsa）和一個氣敏電極構成的。通過監測光合作用被抑制的程度來估測由于環境污染物的存在而引起水的毒性變化。以標準天然水為介質，對三種主要污染物（重金屬、除草劑、氨基甲酸鹽殺蟲劑）的不同濃度進行了測定，均可監測到它們的有毒反應，重復性和再生性都很高[18]。
近來由于聚合酶鏈式反應技術（PCR）的迅猛發展及其在環境監測方面的廣泛應用，不少科學家開始著手于將它與生物傳感器技術結合應用。有一種應用PCR技術的DNA壓電生物傳感器，可以測定一種特殊的細菌毒素。將生物素?；奶结樄潭ㄔ谘b有鏈酶抗生素鉑金表面的石英晶體上，用1´10-6mol的鹽酸可以使循環式測量在同一晶體表面進行。用細菌中提取的DNA樣品進行同樣的雜交反應并由PCR放大，產物為氣單胞菌屬（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浮游植物和水母等生物體產生的腰鞭毛蟲神經毒素等毒性物質，目前已經能夠測量在一個浮游生物細胞內含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識別信號轉換為電信號，用于測量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進核酸的識別作用和加強該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號轉化為有用信號的新方法，目前研究工作為識別裝置和轉換裝置的一體化[21]。
微藻素是一種從藍藻細菌引起的水華中產生的細菌肝毒素，一種固定有表面細胞質粒基因組的生物傳感器已經制得，用于測量水中微藻素的含量，它直接的測量范圍是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量毒性物質的設想也已經提出。在這種多重生物傳感器中，應用了兩種傳導器—對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得到測試，效果較好[23]。
除了發酵工業和環境監測，生物傳感器還深入的應用于食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等領域，主要用于測量葡萄糖、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。
三、討論與展望
美國的HaroldH.Weetal指出，生物傳感器商品化要具備以下幾個條件：足夠的敏感性和準確性、易操作、價格便宜、易于批量生產、生產過程中進行質量監測。其中，價格便宜決定了傳感器在市場上有無競爭力。而在各種生物傳感器中，微生物傳感器最大的優點就是成本低、操作簡便、設備簡單，因此其在市場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格就比較昂貴。但微生物傳感器也有其自身的缺點，主要的缺點就是選擇性不夠好，這是由于在微生物細胞中含有多種酶引起的?，F已有報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一步完善，首先要盡可能保證細胞的活性，其次細胞與基礎膜結合要牢固，以避免細胞的流失。另外，微生物膜的長期保存問題也待進一步的改進，否則難于實現大規模的商品化。
總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應用中各有其優越之處。若容易獲得穩定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對使用者來說是最理想的。相反的，若生物催化需經過復雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩定時，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展中，其應用也越來越廣泛。隨著固定化技術的進一步完善，隨著人們對生物體認識的不斷深入，生物傳感器必將在市場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
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傳感器論文范文2
一、汽車電子操控和安全系統談起
近幾年來我國汽車工業增長迅速，發展勢頭很猛。因此評論界出現了一些專家的預測：汽車工業有可能超過IT產業，成為中國國民經濟最重要的支柱產業之一。其實，汽車工業的增長必將包含與汽車產業相關的IT產業的增長。例如，雖然目前在我國一汽的產品中電子產品和技術的價值含量只占10%—15%左右，但國外汽車中電子產品和技術的價值含量平均約為22%，中、高檔轎車中汽車電子已占30%以上，而且這個比例還在、不斷地快速增長，預期很快將達到50%。
電子信息技術已經成為新一代汽車發展方向的主導因素，汽車（機動車）的動力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個方面的改進和提高，都將依賴于機械系統及結構和電子產品、信息技術間的完美結合。汽車工程界專家指出：電子技術的發展已使汽車產品的概念發生了深刻的變化。這也是最近電子信息產業界對汽車電子空前關注的原因之一。但是，必須指出的是，除了一些車內音響、視頻裝備，車用通信、導航系統，以及車載辦公系統、網絡系統等車內電子設備的本質改變較少外，現代汽車電子從所應用的電子元器件（包括傳感器、執行器、微電路等）到車內電子系統的架構均已進入了一個有本質性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執行器、智能變送器）。
實際上，汽車電子已經經歷了幾個發展階段：從分立電子元器件搭建的電路監測控制，經過了電子元器件或組件加微處理器構筑的各自獨立的、專用的、半自動和自動的操控系統，現在已經進入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發使用），統一交換汽車運行中的各種電子裝備和系統的數據，實現綜合、智能調控的新階段。新的汽車電子系統由各個電子控制單元（ECU）組成，可以獨立操控，同時又能協調到整體運行的最佳狀態。例如為使發動機處于最佳工作狀態，就需要從吸入汽缸的空氣流量、進氣壓力的測定開始，再根據水溫、空氣溫度等工作環境參數計算出基本噴油量，同時還要通過節氣門位置傳感器檢測節氣門的開度，確定發動機的工況，進而控制，調整最佳噴油量，最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監測曲軸轉角和發動機轉速，最終計算出并發出最佳點火時機的指令。這個發動機燃油噴射系統和點火綜合控制系統還可以與廢氣排放的監控系統和起動系統等組合，構筑成可使汽車發動機功率和扭矩最大化，而同時燃油消耗和廢氣排放最低化的智能系統。
還可以舉一個安全駕駛方面的例子，出于平穩、安全駕駛的需要，僅只針對四個輪子的操控上，除了應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，包括國產車，已增設了電子動力分配系統（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時的穩定性。現在，國內外的一些汽車進一步加裝了緊急剎車輔助系統（EBA），該系統在發生緊急情況時，自動檢測駕駛者踩制動踏板時的速度和力度，并判斷緊急制動的力度是否足夠，如果需要，就會自動增大制動力。EBA的自控動作必須在極短時間（例如百萬分之一秒級）內完成。這個系統能使200km/h高速行駛車輛的制動滑行距離縮短極其寶貴的20多米。針對車輪的還有分別監測各個車輪相對于車速的轉速，進而為每個車輪平衡分配動力，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）系統等。
從以上列舉的兩個例子可以清楚看到，汽車發展對汽車電子的一些基本要求：
1．電子操控系統的動作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調理電路）+微處理器，然后再通過微處理器（+功率放大電路）+執行器的技術途徑已經不再能滿足現代汽車的要求，需要通過硬件集成、直接交換數據和簡化電路，并提高智能化程度來確保控制單元動作的正確性、可靠性和適時性。
2．現在幾乎所有的汽車的機械結構部件都已受電子裝置控制，但汽車車體內的空間有限，構件系統的空間更是極其有限。理想的情況當然是，電子控制單元應與受控制部件緊密結合，形成一個整體。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，它在關鍵時刻必須要能及時、正確地瞬時打開，但在極大多數時間內氣囊是處在待命狀態，因此安全氣囊的ECU必須具有自檢、自維護能力，不斷確認氣囊系統的可正常運作的可靠性，確保動作的“萬無一失”。
4．汽車的各種功能部件都有各自的運動、操控特性，并且，對電子產品而言，大多處于非常惡劣的運行環境中，而且各不相同。諸如工作狀態時的高溫，靜止待命時的低溫，高濃度的油蒸汽和活性（毒性）氣體，以及高速運動和高強度的沖擊和振動等。因此，電子元器件和電路必須要有高穩定、抗環境和自適應、自補償調整的能力。
5．與上述要求同樣重要，甚至有時是關鍵性的條件是，汽車電子控制單元用的電子元器件、模塊必須要能大規模工業生產，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代汽車的各項需要，而且因為可以在集成電路標準硅工藝線上批量生產，生產成本較低（幾美元至十幾或幾十美元），所以在汽車工業中找到了自己最大的應用市場，反過來也有力地促進了汽車工業的電子信息化。
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展起來的新興技術。在我國的報刊雜志上目前所使用的技術名稱還比較含混，仍然籠統地稱之為傳感器，或者含糊地歸納為汽車半導體器件，也有將智能傳感器（或智能執行器、智能變送器）與微系統、MEMS等都歸入了MEMS（微機電系統）名稱下的。這里介紹當前一些歐美專著中常用的技術名詞的定義和技術內涵。
首先必須說明的是，在絕大多數情況下，本文大小標題及全文中所說的傳感器其實是泛指了三大類器件：將非電學輸入參量轉換成電磁學信號輸出的傳感器；將電學信號轉換成非電學參量輸出的執行器；以及既能用作傳感器又能用作執行器，其中較多的是將一種電磁學參量形式轉變成另一種電磁學參量形態輸出的變送器。就是說，關于微傳感器、智能傳感器的技術特性可以擴大類推到微執行器、微變送器-傳感器（或執行器、或變送器）的物理尺度中至少有一個物理尺寸等于或小于亞毫米量級的。微傳感器不是傳統傳感器簡單的物理縮小的產物，而是基于半導體工藝技術的新一代器件：應用新的工作機制和物化效應，采用與標準半導體工藝兼容的材料，用微細加工技術制備的。因此有時也稱為硅傳感器?？梢杂妙愃频亩x和技術特征類推描述微執行器和微變送器。
它由兩塊芯片組成，一是具有自檢測能力的加速度計單元（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，但已相當實用的器件，可用于汽車的自動制動和懸掛系統中，并且因微加速度計具有自檢能力，還可用于安全氣囊。從此例中可以清楚看到，微傳感器的優勢不僅是體積的縮小，更在于能方便地與集成電路組合和規模生產。應該指的是，采用這種兩片的解決方案可以縮短設計周期、降低開發前期小批量試產的成本。但對實際應用和市場來說，單芯片的解決方案顯然更可取，生產成本更低，應用價值更高。
智能傳感器（SmartSensor）、智能執行器和智能變送器-微傳感器（或微執行器，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芯片上的器件（例如上述的微加速度計的單芯片解決方案）。因此智能傳感器具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運算、主動鑒別環境，自動調整和補償適應環境的能力，自診斷、自維護等。顯然，出于規模生產和降低生產成本的要求，智能傳感器的設計思想、材料選擇和生產工藝必須要盡可能地和集成電路的標準硅平面工藝一致。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，但也不應太多。
在一個封裝中，把一只微機械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數轉換器（SAR）、微處理器（摩托羅拉69HC08）、存儲器和串行接口（SPI）等集成在一個芯片上。其前端的硅壓力傳感器是采用體硅微細加工技術制作的。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和市場都已成熟，已廣泛用于汽車（機動車）所需的各式各樣的壓力測量和控制單元中，諸如各種氣壓計、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油、輪胎、液壓傳動裝置等。智能壓力傳感器的應用很廣，不局限于汽車工業。目前，生產智能壓力傳感器的廠商已不少，市售商品的品種也很多，已經出現激烈的競爭。結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，而且生產成本降低很快（現在約為幾美元一只）。
順便需要說說的是，在一些中文資料中，尤其是一些產品宣傳性材料中，籠統地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都稱之為智能傳感器，但在歐美文獻中是有所差別的。西方專家和公眾通常認為，Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當然，知識型的內涵也在不斷進化，但那些只能簡單響應環境變化，作一些相應補償、調整工作狀態的，特別是不需要集成處理器的器件，其知識等級太低，一般不應歸入智能器件范疇。
相信大多數讀者能經常接觸到的，最貼近生活的智能傳感器可能要算是用于攝像頭、數碼相機、攝像機、手機攝像中的CCD圖像傳感器了。這是一種非智能型傳感器莫屬的情況，因為CCD陣列中每個硅單元由光轉換成的電信號極弱，必須直接和及時移位寄存、并處理轉換成標準的圖像格式信號。還有更復雜一些的，在中、高檔長焦距（IOX）光學放大數碼相機和攝像機上裝備的電子和光學防抖系統，特別是高端產品中的真正光學防抖系統。它的核心是雙軸向或3軸向的微加速度計或微陀螺儀，通過它監測機身的抖動，并換算成鏡頭的各軸向位移量，進而驅動鏡頭中可變角度透鏡的移動，使光學系統的折射光路保持穩定。
微系統（Microsystem）和MEMS（微機電系統）-由微傳感器、微電子學電路（信號處理、控制電路、通信接品等）和微執行器構成一個三級級聯系統、集成在一個芯片上的器件稱之為微系統。如果其中擁有機械聯動或機械執行機構等微機械部件的器械則稱之為MEMS。
MEMS芯片的左側給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術。它的右側則為主要應用領域列舉。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、設計理念和工藝流程，也即采用常規標準的CMOS工藝與二維、三維微細加工技術相結合的方法，其中也包括微機械結構件的制作。
微傳感器合乎邏輯的發展延伸是智能傳感器，智能傳感器自然延伸則是微系統和MEMS，MEMS的進一步發展則是能夠自主接收、分辨外界信號和指令，進而能獨立、正確動作的微機械（Micromachines）?，F在，開發成功、并已有商業產品的MEMS品種已不少，涵蓋圖4所示的各大領域。其中包括全光光通信和全光計算機的關鍵部件之一的二維、三維MEMS光開關。
傳感器論文范文3
關鍵詞：混濁度；電導；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。當單色光通過含有懸浮粒子的液體時，懸浮粒子引起的光散射會使單色光的強度被衰減，其衰減量即可用來代表液體的混濁度?；鞚岫仁莻€比值，其單位用NTU來表示。測量混濁度對于環境保護和日常生活具有重要意義。我國早在1986年就制定了《生活飲用水衛生標準》（GB5749－85），規定城市供水企業出廠飲用水的混濁度不得超過3NTU。2001年衛生部制定的《生活飲用水衛生規范》又做出了更嚴格的規定，要求飲用水的混濁度必須達到1NTU才符合要求。測量混濁度的方法是采用濁度儀（turbimeter），又稱濁度計。傳統濁度儀的測試性能比較差而且功能單一，無法滿足現代測量的需要。近年來，從國外引進的在線濁度儀因價格昂貴也難以大量推廣（例如意大利哈納公司的產品售價就高達7萬元～12萬元人民幣）。最近，美國霍尼韋爾（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，該傳感器能同時測量液體的混濁度、電導和溫度，可用來設計多參數在線檢測系統，因而可廣泛應用于水質凈化，清洗設備及化工、食品、醫療衛生等部門中。
1APMS－10G的性能特點
APMS－10G內含混濁度傳感器、電導傳感器、溫度傳感器、A／D轉換器、微處理器（μP）和單線I／O接口，能直接測量液體的混濁度、電導及溫度并轉換成數字輸出。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任務（不包括控制）。APMS－10G的混濁度測量結果實際上是散射光強與發射光強之比，其輸出范圍是0～4000NTU（對應的輸出數據為0．03～10），響應時間為1．3s。測量電導的范圍是0．0001mS～15mS（所對應的輸出數據為4～255），mS表示毫西門子。由于電導與電阻呈倒數關系，故所對應的電阻值為10MΩ～1kΩ。測量電導的響應時間為0．85s。測量混濁度及電導的誤差均為±3個字。測量溫度范圍是＋68°F～＋140°F（即＋20℃～＋60℃），重復性誤差小于±4°F，響應時間為0．03s，達到穩定的時間為4min。
APMS－10G可通過9腳RS－232接口與計算機相連，計算機作為主機，傳感器工作在從機模式。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的測量原理
APMS－10G的內部框圖如圖1所示，3個引出端分別為電源端（UCC）、地（GND）和單線輸入／輸出接口（I／O）。內部主要包括四部分：第一是混濁度傳感器部分，包括紅外LED驅動控制電路、紅外光源、發射光探測器、散射光探測器和A／D轉換器Ⅰ；第二是電導傳感器部分，含鍍鎳不銹鋼探針、電導測量電路和A／D轉換器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混濁度測量原理
測量混濁度的原理圖如圖2所示。測量時，將傳感器的正面浸入被測液體，使液體進入凹槽中。然后采用波長為925nm的紅外發光二極管（LED）做光源，并由紅外LED驅動控制電路使之發射紅外光，最后讓紅外光穿過液體射到散射光探測器上。由于散射光探測器與發射光探測器互相垂直，因此它只能接收被測液體中微小顆粒所散射來的光線。再把兩路光電信號分別送至Δ－Σ式A／D轉換器Ⅰ轉換成數字量，最后通過μP計算出散射光強與發射光強的比值，即為被測混濁度。
在含有formazin（一種呈懸浮狀態并具有光學特性的化學聚合物顆粒）的標準體試樣中，實測APMS－10G的比率輸出特性曲線如圖3所示。測量應在室溫下進行，以作為傳感器的標定方法。
2．2電導測量
測量混濁度只能反映出液體中懸浮固體微粒的多少，導電性則取決于溶解于液體中離子數量的多少。例如當水中放入清潔劑時，其導電性將變好，電導值變大，因此測量出電導值即可判定液體的導電性。APMS－10G首先由兩個鍍鎳不銹鋼探針發出低壓交流電壓信號，然后通過檢測液體中的電流信號來計算電導值，計算公式為：
G＝I／U
該電導信號經過Δ－Σ式A／D轉換器Ⅱ轉換成數字量后即可送給μP。電導傳感器的輸出特性曲線圖4所示。
圖3
2．3溫度測量
APMS－10G采用一只熱敏電阻來測量溫度，溫度脈沖信號被送到μP中，測溫范圍為＋68°F～＋140°F（對應值為＋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（發射信號、散射信號、電導信號和溫度信號）轉換成數字信號，并通過RS－232串行接口將數據傳輸給外部主控制器。該傳感器沒有模擬信號輸出，必要時，用戶可通過外部Δ－Σ式D／A轉換器來獲得傳感器的模擬輸出。
3APMS－KIT．exe軟件及通信協議
Honywell公司專門為APMS－10G設計了一套APMS－KIT．exe軟件，以作為傳感器與計算機進行通信的載體，其主要任務是完成測量和進行數據處理，而控制系統軟件則要由用戶自行設計。其字符格式首先是起始位，然后是8個數據位（數據0～數據7），最后是停止位。傳送一個字符需4．16ms。
表1傳感器輸入的信息格式
字符1字符2字符3
測量請求信息目標傳感器代碼校驗和
混濁度5003AD
電導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分別對應于信息目標、傳感器代碼和校驗和。
4使用注意事項
APMS－10G通過9腳RS－232插座連到計算機，接線方式如圖5所示。I／O端應接一只下拉電阻，以使總線上無信號時為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。
使用APMS－10G型混濁度傳感器時，需要注意以下幾點：
（1）該傳感器未加反向電壓保護措施，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，應避免水或其它雜質進入傳感器和連接器內部。進入傳感器的水分在傳感器的光學表面濃縮會改變混濁度讀數。進水嚴重時會造成永久性損害。另外，如果沒有對傳感器的電氣部分進行保護，就不要清洗或浸泡傳感器。
（3）在使用過程中，傳感器的光面應保持潮濕。
（4）該傳感器內含光學敏感元件，因而應避免與未加靜電放電（ESD）保護的終端相接觸。
（5）需要注意的是，液體中的氣泡也會產生光學散射效應，其作用效果與懸浮微粒相同。
該混濁度傳感器對于氣泡、泡沫和肥皂泡相當敏感，大泡沫會引起輸出毛刺，使儀表嚴重跳數，即使小氣泡，也容易造成讀數誤差，因此應確保傳感器與外部環境的隔離，并不被泡沫影響，以免得到錯誤的混濁度讀數。清洗帶該傳感器的裝置時，必須小心地放置傳感器，必要時可增加泡沫分離器。另一種方法是將攪動系統關閉一段時間，使泡沫上升到傳感器上面。
實際上，這種傳感器對于泡沫的敏感性也具有特殊用途。一種應用是測量流量，泡沫的存在就是一種很好的指示器，它能指示液體流動，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
煤礦安全監控系統應該是一個功能完善結構復雜的系統。該系統要具有對各類信號積累計量、開關量、模擬量等進行實時采集，快速傳遞，完整保存，及時處理，清晰顯示，聲光報警，控制等功能。系統可以對現場的一氧化碳，甲烷等氣體的濃度，井下的濕度，溫度，風速以及礦井內有無粉塵和煙霧進行實時監控。對于礦井下的各類設備可以進行遠程遙控，比如打開或關閉主通風機，開啟或關閉風門。為了監控甲烷濃度，一氧化碳濃度，風速，累計產煤量，溫度，煙霧，饋電狀態，油門狀態，風筒狀態，局部通風機打開和關閉，所以系統較為復雜，組成部分也比較多。系統包括主機、I/O接口電路、分站、無線傳感器、報警器、電纜、接線柜、電源箱等設備。無線傳感器網絡的基本組成單位是數量眾多的移動或靜止的傳感器。傳感器是以多跳及自自組織的形式來構建監控網絡的。它的功能是對網絡覆蓋區域內的監控對象進行信息的測量、采集、傳送、處理，并報告給用戶。用戶接受到的數據其實是先由現場的傳感器探測到，數據匯合到匯聚節點后在通過網絡發送過來的。無線傳感器網絡的英文是WirelessSensorNetwork，簡稱WSN。系統中使用了三大基礎技術，首先利用傳感器技術采集數據，然后利用通信技術傳輸信息，最后利用計算機技術進行處理。煤炭監控管理系統，無線數據傳輸平臺和地面中心站這三個部分構成了煤礦無線安全監控網絡系統。
（1）煤炭監控管理系統：包括用戶使用的操作界面，網絡通訊的服務器以及實時數據庫的服務器。
（2）無線數據傳輸平臺：平臺使用的是像CDMA網絡這樣的無線公網。
（3）地面中心站：包括監控主機、I/O接口、UPS電源、CDMA無線路由器、打印機、配套的監控軟件、分站、溫度傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器、設備開停傳感器、遠動開關等等各類設備組成。
二、網絡節點結構
WSN技術具有非常良好的應用相關性，其應用相關性的優越性很好即使是利用平臺構建的系統也無法企及。一個性能完善的無線傳感器網絡一般都要涉及多個不同學科，例如拓撲控制，網絡協議和安全，數據融合等。在應用WSN技術的希望達到使用小能量即可使系統長期穩定地工作，所以WSN技術應用的重要目標就是能效比要高。下面用一個圖形來反映WSN節點的構造。
三、網絡協議棧
無線網絡要想構建的好那么先決條件就是網絡協議建立的是否合理。五協議，三平臺架構比較得合理，所以五層協議被九成的無線網絡使用。五層協議包括：
(1)提供無線信號收發和信號轉換的物理層。
(2)支持媒體實時訪問，數據成幀及幀檢測的數據鏈路層。
(3)負責路由器相關工作的網絡層。
(4)負責各類信息快速流通的傳輸層。
(5)為保障硬件系統正常工作而提供軟件支撐的應用層。三平臺是：
(1)進行能源配置的能源管理平臺。
(2)負責傳感器運行的移動管理平臺。
(3)進行煤礦各項工作任務協調的任務管理平臺。
四、ZigBee介紹
ZigBee是IEEE802.15.4協議的代名詞。依據這個協議規定的是一種適用于無線網絡的通信技術，這種技術適用于較短的距離，功率消耗低是它的一個突出的優點。ZigBee網絡拓撲結構，拓撲結構（NetworkTopology）即網絡中各處的連接策略，拓撲結構的形式有很多種。一個ZigBee網絡是由協調器，路由器和終端設備等三類設備組織而成的。一個ZigBee網絡可以最多使用的網絡拓撲形式很多，主要以樹形，環形，星形，網狀為主，網絡上的節點數根據現場的實際情況制定少則幾十個多則可達65536個。靈活的保證，無線網絡可靠性的大大提高主要依靠網絡的自恢復能力，網絡中數據傳輸的可靠性也隨著數據路由的自由靈活組合而大幅度增強。這些特點使得它非常適合于對可靠性要求高的無線網絡。一個ZigBee網絡可以包括多個路由器和終端設備，而協調器只需要一個就夠了。無線網絡的建立、維護由協調器來負責，而路由器的作用是把最佳的路由器為數據選擇出來。標準的7層開放式系統互聯（OSI）模型是ZigBee協議棧體系結構的基礎，但不需要對每層都進行定義，定義的只是針對那些要涉及到的ZigBee層。實際應用中七層中僅有物理層（PHY）和介質接入控制層（MAC）兩層涉及其中，所以在設計時IEEE802.15.42003標準只定義了處于底部的這兩層。ZigBee聯盟已經設計出網絡層和應用層（API）這兩層的框架，無需再另外設計。其中，應用層的框架結構包括了ZigBee設備對象（ZDO），應用支持子層（APS）和制造商開發的應用程序對象三個部分。體系結構如圖3所示：ZigBee的功能造成它使用上針對性較強，它可以使用在包括工業，農業以及建筑等自動化網的建設中。由于ZigBee中傳感器可以對數據實時采集和監控，利用這個特點那么電力行業，礦山行業和物流行業等都可以成為ZigBee技術的用武之地。對所建網絡范圍內的各個區域內的移動目標可以進行良好定位是ZigBee技術的又一個特色，所以ZigBee技術在遙測方面也大放異彩。
傳感器論文范文5
關鍵詞：生物傳感器；發酵工業；環境監測。
中圖分類號：TP212.3文獻標識碼：A文章編號：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想距今已有40年。生物傳感器在發酵工藝、環境監測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方面得到了深度重視和廣泛應用。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，但是由于酶的價格昂貴并不夠穩定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應用受到一定的限制。
近些年來，微生物固定化技術的不斷發展，產生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識別元件，與酶電極相比有其獨到之處。它可以克服價格昂貴、提取困難及不穩定等弱點。此外，還可以同時利用微生物體內的輔酶處理復雜反應。而目前，光纖生物傳感器的應用也越來越廣泛。而且隨著聚合酶鏈式反應技術（PCR）的發展，應
用PCR的DNA生物傳感器也越來越多。
二、研究現狀及主要應用領域
1、發酵工業
各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發酵工業的測定。因為發酵過程中常存在對酶的干擾物質，并且發酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測定。而應用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發酵液混濁程度的限制。同時，由于發酵工業是大規模的生產，微生物傳感器其成本低設備簡單的特點使其具有極大的優勢。
(1).原材料及代謝產物的測定
微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測定，代謝產物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類、青霉素、乳酸等的測定。測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，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達到測量底物濃度的目的。
在各種原材料中葡萄糖的測定對過程控制尤其重要，用熒光假單胞菌（Psoudomonasfluorescens）代謝消耗葡萄糖的作用，通過氧電極進行檢測，可以估計葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測定結果是類似的，而微生物電極靈敏度高，重復實用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。
當乙酸用作碳源進行微生物培養時，乙酸含量高于某一濃度會抑制微生物的生長，因此需要在線測定。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定乙酸的濃度。
此外，還有用大腸桿菌（E.coli）組合二氧化碳氣敏電極，可以構成測定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細胞固定化在膠原蛋白膜內，由細菌—膠原蛋白膜反應器和組合式玻璃電極構成的微生物傳感器可應用于發酵液中頭孢酶素的測定等等。
(2).微生物細胞總數的測定
在發酵控制方面，一直需要直接測定細胞數目的簡單而連續的方法。人們發現在陽極表面，細菌可以直接被氧化并產生電流。這種電化學系統已應用于細胞數目的測定，其結果與傳統的菌斑計數法測細胞數是相同的[1]。
(3).代謝試驗的鑒定
傳統的微生物代謝類型的鑒定都是根據微生物在某種培養基上的生長情況進行的。這些實驗方法需要較長的培養時間和專門的技術。微生物對底物的同化作用可以通過其呼吸活性進行測定。用氧電極可以直接測量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來測定微生物的代謝特征。這個系統已用于微生物的簡單鑒定、微生物培養基的選擇、微生物酶活性的測定、廢水中可被生物降解的物質估計、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。
2、環境監測
(1).生化需氧量的測定
生化需氧量（biochemicaloxygendemand–BOD）的測定是監測水體被有機物污染狀況的最常用指標。常規的BOD測定需要5天的培養期，操作復雜、重復性差、耗時耗力、干擾性大，不宜現場監測，所以迫切需要一種操作簡單、快速準確、自動化程度高、適用廣的新方法來測定。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成微生物傳感器用于測量BOD，其重復性在±10%以內。將該傳感器用于測量紙漿廠污水中BOD的測定，其測量最小值可達2mg/l，所用時間為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。并且其菌株可長期干燥保存，浸泡后即恢復活性，為海水中BOD的測定提供了快捷簡便的方法[4]。除了微生物傳感器，還有一種光纖生物傳感器已經研制出來用于測定河水中較低的BOD值。該傳感器的反應時間是15min，最適工作條件為30°C，pH=7。這個傳感器系統幾乎不受氯離子的影響（在1000mg/l范圍內），并且不被重金屬（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影響。該傳感器已經應用于河水BOD的測定，并且獲得了較好的結果[4]。
現在有一種將BOD生物傳感器經過光處理（即以TiO2作為半導體，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的測量[5]。同時，一種緊湊的光學生物傳感器已經發展出來用于同時測量多重樣品的BOD值。它使用三對發光二極管和硅光電二極管，假單胞細菌（Pseudomonasfluorescens）用光致交聯的樹脂固定在反應器的底層，該測量方法既迅速又簡便，在4℃下可使用六周，已經用于工廠廢水處理的過程中[5]。
(2).各種污染物的測定
常用的重要污染指標有氨、亞硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽、致癌物質與致變物質、重金屬離子、酚類化合物、表面活性劑等物質的濃度。目前已經研制出了多種測量各類污染物的生物傳感器并已投入實際應用中了。
測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菌和氧電極組合構成。目前有一種微生物傳感器可以在黑暗和有光的條件下測量硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOx-)，它在鹽環境下的測量使得它可以不受其他種類的氮的氧化物的影響。用它對河口的NOx-進行了測量，其效果較好[6]。
硫化物的測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、好氧性氧化硫硫桿菌制成的微生物傳感器。在pH=2.5、31℃時一周測量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，其設備簡單，成本低，操作方便。目前還有用一種光微生物電極測硫化物含量，所用細菌是Chromatium.SP，與氫電極連接構成[7]。
最近科學家們在污染區分離出一種能夠發熒光的細菌，此種細菌含有熒光基因，在污染源的刺激下能夠產生熒光蛋白，從而發出熒光?？梢酝ㄟ^遺傳工程的方法將這種基因導入合適的細菌內，制成微生物傳感器，用于環境監測?，F在已經將熒光素酶導入大腸桿菌（E.coli）中，用來檢測砷的有毒化合物[8]。
水體中酚類和表面活性劑的濃度測定已經有了很大的發展。目前，有9種革蘭氏陰性細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。它對酚的監測極限為5´10-9mol。該傳感器工作的最適條件為：pH=7.4、35℃，連續工作時間為30h[9]。還有一種假單胞菌屬（Pseudomonasrathonis）制成的測量表面活性劑濃度的電流型生物傳感器，將微生物細胞固定在凝膠（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胞在凝膠中的交聯，長距離的保持它們在高濃度表面活性劑檢測中的活性和生長力。該傳感器能在測量結束后很快的恢復敏感元件的活性[10]。
還有一種電流式生物傳感器，用于測定有機磷殺蟲劑，使用的是人造酶。利用有機磷殺蟲劑水解酶，對硝基酚和二乙基酚的測量極限為100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。還有一種新發展起來的磷酸鹽生物傳感器，使用丙酮酸氧化酶G，與自動系統CL-FIA臺式電腦結合，可以檢測(32~96)´10-9mol的磷酸鹽，在25°C下可以使用兩周以上，重復性高[12]。
最近，有一種新型的微生物傳感器，用細菌細胞作為生物組成部分，測定地表水中壬基酚（nonyl-phenoletoxylate--NP-80E）的含量。用一個電流型氧電極作傳感器，微生物細胞固定在氧電極上的透析膜上，其測量原理是測量毛孢子菌屬（Trichosporumgrablata）細胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應時間為15~20min，壽命為7~10天（用于連續測定時）。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內，電信號與NP-80E濃度呈線性關系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測[13]。除此之外，污水中重金屬離子濃度的測定也是不容忽視的。目前已經成功設計了一個完整的，基于固定化微生物和生物體發光測量技術上的重金屬離子生物有效性測定的監測和分析系統。將弧菌屬細菌（Vibriofischeri）體內的一個操縱子在一個銅誘導啟動子的控制下導入產堿桿菌屬細菌（Alcaligeneseutrophus(AE1239)）中，細菌在銅離子的誘導下發光，發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中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測量范圍廣、儲藏穩定性強的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達到最低測量濃度1´10-9mol[14]。
還有一種專門測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啟動子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。其工作原理，首先是CUP1啟動子被Cu2+誘導，隨后乳糖被用作底物進行測量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導致這些好氧細胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.5~2)´10-3mol范圍內測定CuSO4溶液。目前已經將各類金屬離子誘導啟動子轉入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會在含有各種金屬離子的的溶液中出現發光反應。根據它發光的強度可以測定重金屬離子的濃度，其測量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時間為60~100min[15][16]。
用于測量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經研制成功，使用嗜堿性細菌Alcaligenescutrophus，并用于對污水中鋅的濃度和生物有效性進行測量，其結果令人滿意[17]。
估測河口出水流污染情況的海藻傳感器是由一種螺旋藻屬藍細菌（cyanobacteriumSpirlinasubsalsa）和一個氣敏電極構成的。通過監測光合作用被抑制的程度來估測由于環境污染物的存在而引起水的毒性變化。以標準天然水為介質，對三種主要污染物（重金屬、除草劑、氨基甲酸鹽殺蟲劑）的不同濃度進行了測定，均可監測到它們的有毒反應，重復性和再生性都很高[18]。
近來由于聚合酶鏈式反應技術（PCR）的迅猛發展及其在環境監測方面的廣泛應用，不少科學家開始著手于將它與生物傳感器技術結合應用。有一種應用PCR技術的DNA壓電生物傳感器，可以測定一種特殊的細菌毒素。將生物素?；奶结樄潭ㄔ谘b有鏈酶抗生素鉑金表面的石英晶體上，用1´10-6mol的鹽酸可以使循環式測量在同一晶體表面進行。用細菌中提取的DNA樣品進行同樣的雜交反應并由PCR放大，產物為氣單胞菌屬（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浮游植物和水母等生物體產生的腰鞭毛蟲神經毒素等毒性物質，目前已經能夠測量在一個浮游生物細胞內含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識別信號轉換為電信號，用于測量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進核酸的識別作用和加強該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號轉化為有用信號的新方法，目前研究工作為識別裝置和轉換裝置的一體化[21]。
微藻素是一種從藍藻細菌引起的水華中產生的細菌肝毒素，一種固定有表面細胞質?；蚪M的生物傳感器已經制得，用于測量水中微藻素的含量，它直接的測量范圍是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量毒性物質的設想也已經提出。在這種多重生物傳感器中，應用了兩種傳導器—對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得到測試，效果較好[23]。
除了發酵工業和環境監測，生物傳感器還深入的應用于食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等領域，主要用于測量葡萄糖、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三、討論與展望
美國的HaroldH.Weetal指出，生物傳感器商品化要具備以下幾個條件：足夠的敏感性和準確性、易操作、價格便宜、易于批量生產、生產過程中進行質量監測。其中，價格便宜決定了傳感器在市場上有無競爭力。而在各種生物傳感器中，微生物傳感器最大的優點就是成本低、操作簡便、設備簡單，因此其在市場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格就比較昂貴。但微生物傳感器也有其自身的缺點，主要的缺點就是選擇性不夠好，這是由于在微生物細胞中含有多種酶引起的?，F已有報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一步完善，首先要盡可能保證細胞的活性，其次細胞與基礎膜結合要牢固，以避免細胞的流失。另外，微生物膜的長期保存問題也待進一步的改進，否則難于實現大規模的商品化。
總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應用中各有其優越之處。若容易獲得穩定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對使用者來說是最理想的。相反的，若生物催化需經過復雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩定時，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展中，其應用也越來越廣泛。隨著固定化技術的進一步完善，隨著人們對生物體認識的不斷深入，生物傳感器必將在市場上開辟出一片新的天地。
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參考文獻
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傳感器論文范文6
采用多源數據融合和機器學習方法實現船舶特征辨識和自適應誤差控制;研究基于形態分類方法和時空數據連續特征提取的拖船隊檢測,實現對船舶交通量的全天候自動船舶交通流量統計。
由于系統中選用了兩臺不同型號的激光傳感器作為船舶特征信息的采集,它們采用的數據接口各異。
激光傳感器數據的傳輸
激光傳感器船舶交通量觀測系統由數據采集子系統、數據處理子系統和輔助子系統三個部分組成。數據采集子系統中的激光傳感器通過自身激光頭的旋轉,對物體進行短時間的線掃描,從而實現對被測物截面的二維掃描,可實時采集航道上的目標圖像。數據采集子系統主要由兩臺激光傳感器組成。
因此,需選用不同的傳輸方式獲取其數據信息。通過對三種方案的實踐和比較,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激光傳感器,希望對大家有所幫助。
