传感器检测技术论文
传感器技术在环境检测中的应用。
摘要:传感器在环境检测中可分为气体传感器和液体传感器，其中气体传感器主要检测氮氧化物和硫氧化物；液体传感器主要检测重金属离子、多环芳烃、农药和生物源。阐述了传感器技术在环境检测中的应用。
关键词:气体传感器、液体传感器、环境检测
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随着人们对环境质量越来越重视，在实际的环境检测中，人们通常需要能够方便携带、能够实现对各种待测物质连续动态监测的仪器和分析设备。新的传感器技术可以很好地满足上述要求。
传感器技术主要包括两部分:能与被测物体发生反应的部分和信号转换部分。信号转换器的作用是用电信号或光信号表示与被测物体反应后的变化。根据检测方法的不同，我们将传感器分为光学传感器和电化学传感器。根据反应原理的不同，可分为免疫传感器、酶生物传感器和化学传感器。根据检测对象的不同，可分为液体传感器和气体传感器。
1气体传感器
气体传感器可以检测室内空气质量，特别是在污染的房屋或走廊；还可以检测大气环境中的污染物，如硫氧化物、氮氧化物等，检测过程快捷方便。
以氮氧化物(氮氧化合物)为例。汽车尾气是氮氧化物的主要来源，但随着时代的发展和国内消费水平的提高，汽车尾气排放量逐年增加。汽车尾气和工厂尾气中的氮氧化物是用金属氧化物半导体直接检测的。比如Dutta设计的传感器，以铂为电极，氧化钇和氧化锆为氧离子转换器，安装在气体排放口，可以检测到含量为10-4~10-3的NO。含硫氧化物是造成酸雨的主要物质，也是目前环境检测的重点项目。因为大气环境中的含量低于10-6，所以需要灵敏度更高的传感器。例如具有高检测灵敏度的表面声波器件。
Starke等人使用直径为8~16nm的氧化锡、氧化铟和氧化钨纳米颗粒制作了纳米颗粒传感器。NO和NO2的检出限可达10-8，提高了反应的比表面积，增加了反应灵敏度，工作温度远低于常规传感器，从而降低了能耗。
2液体传感器
在实际的环境检测中，液体传感器多用于水的检测。由于水环境中污染物种类繁多，液体传感器的应用比气体传感器更加广泛和重要。除了少量的天然污染物外，水中的大部分污染物都是人为倾倒的无机物和有机物。无机物中，重金属离子是重点检测对象；有机污染物包括农药、激素代谢物和多环芳烃。这些污染物超标会严重影响所有生物的健康和安全。
2.1重金属离子检测
水体中重金属离子的主要来源包括采矿、冶金、印染企业排放的废水。这些生产废水往往与各种废水混合，含有多种重金属离子，如汞、锰、铅、镉、铬等。重金属离子会不断改变形态，在不同相之间转移。如果处理不当，很容易形成二次污染。生物从环境中摄取的重金属离子通过食物链逐渐富集在高级生物体内，最终导致生物中毒。因此，如果供人食用的鱼类中的金属离子超标，就会对人体产生严重的影响，所以重金属离子的检测就显得尤为重要。
Burge等人发明的传感器，利用1，2，2联苯卡巴肼和分光光度计，可以检测地下水中重金属铬的浓度是否超标。
除了化学反应检测外，利用特殊的生物物质也可以方便灵敏地检测重金属离子。比如大肠杆菌中有一种蛋白质可以结合镍离子，有人在这种蛋白质的镍离子结合位点附近插入了荧光基团。当蛋白质与镍离子结合时，荧光基团会被淬灭。由于荧光的强度与镍离子的浓度成反比，实现了镍离子的定量检测，检测范围不是10-8 ~ 10-2 mol/L，日常方法也可用于检测Cu2+、Co2+、Fe2+、Cd2+等几种离子。他们还结合了微流控技术，只需要消耗几十纳升的待测液体，就可以检测出100nmol/L以下的Pb2+。松永将TPPS固定在多孔硅基质中。当环境中存在Hg2+时，随着Hg2+浓度的变化，TPPS的颜色会逐渐由橙色变为绿色。该传感器的检测限为17.5 nmol/L，通过添加铝硅酸盐去除了干扰离子Ni2+和Zn2+。
利用传感器技术不仅可以准确确定待测对象的浓度，而且由于传感器的小型化技术特点，可以通过传感器的耦合来检测多项指标。Lau等人设计了一种基于LED原理的传感器，可以同时检测Cd2+和Pb2+。该传感器的检测限分别为10-6和10-8。
2.2农药残留的检测
农药是一种特殊的化学品，不仅能防治农林病虫害，而且对人畜造成严重危害。我国是农业大国，每年农药使用量巨大，有必要对其进行监控。使用钴-邻苯二甲腈染料和检流计可以很容易地检测到三嗪类除草剂，直接检测的下限为50 LG/L，如果样品经过预处理浓缩，检出限可以达到200 ng/L。
光纤红外光谱传感器可用于农药的快速检测。在光纤内壁涂覆非极性有机物改性的气溶胶材料后，可以显著提高光纤中水分子的信号耗散效果，提取溶液中的有机磷农药进行光谱分析。此类传感器对苯、甲苯、二甲苯等有机溶剂的检测限可达10-8~8*10-8。
2.3多环芳烃的检测
多环芳烃是另一种有害污染物，具有致癌性，但在很多工业生产过程中使用或产生。水中多环芳烃的含量很低，一般在10-9的范围内，所以需要使用高灵敏度的检测传感器，谢克特的小组发明了一种光纤荧光传感器。在直接检测过程中，待测样品中可能存在一些土壤等干扰物质，会降低检测信号值。如果先用聚合物膜富集非极性PAH，再用荧光检测膜上的物质，可以解决信号干扰问题。据悉，该膜所富集的传感器技术可以检测高达6*10-11的芘。Stanley等使用应时晶体振荡器微量天平作为传感器，在芯片表面固定了蒽-碳酸单分子层，检测限为2*10-9。
基于免疫分析的原理，采用分子印迹的方法将能结合不同待测物质的抗体分子印刷在传感器表面，可以实现对多种不同物质的检测。近年来发展起来的微接触印刷技术也可以应用于这一领域，使得制备的传感器体积可以更加小型化。
2.4生物污染物
除了上述无机和有机合成污染物外，还有一些潜在的生物源污染物。比如激素分子及其代谢产物的污染，往往会导致生物的生长、发育和繁殖出现异常。Gauglitz领导的研究团队利用全内反射荧光生物传感器和睾酮抗体直接即时检测河流中的睾酮，检测限为0.2 ng/L，该技术无需样品预处理，可直接检测不同区域的天然水体中的睾酮，检测范围为9 ~ 90 ng/L。
此外，致病菌和病毒也是要检测的对象。水体中出现某些特定的菌株，可以说明水体已经受到污染。利用传感器技术检测这些生物样品的存在是非常容易的，而且选择性非常高。例如，植物病毒烟草花叶病毒可以从烟叶中快速发现，利用QCM可以直接检测酵母细胞的数量。
3结论与展望
目前，传感器技术已经应用于各种环境监测机构的应急检测中，但在实际应用中存在很多局限性。比如在检测大气中的一些有害物质时，由于其含量往往低于传感器的最低检测限，在实际应用过程中需要对气体进行浓缩，导致传感器难以小型化或者要求传感器具有更高的灵敏度；同样，在野外水检测中，经常出现待测水中含有多种复杂的干扰成分，无法与实验室的标准化条件相比较；在一些基于膜分离分析技术的传感器中，膜的使用寿命往往很短，而且频繁更换新膜的价格昂贵，因此仍然不能广泛应用。
尽管如此，随着传感器技术的不断发展和完善，未来仍有望应用于工厂企业废气和污染排放的现场直接检测以及室外环境的动态无人监测，其结果可与实验室常规仪器的检测结果一致，这将大大加快环境监测和治理的步伐。
参考
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传感器与自动检测技术教学改革探索
传感器与自动检测技术是电气信息专业的一门重要专业主干课程。传统的教学方法注重理论知识的传授，而忽视应用水平的培养。针对这一问题，本文试图从教学目的、教学内容、教学形式、教学效果等方面进行分析，并对该课程教学方案的改革进行探讨，提出一套技能与理论知识相结合的有效教学方案。
关键词:传感器和自动检测技术；教学内容；教学模式；工程思维
？传感器和自动检测技术？它是电气信息类专业的一门重要的主干专业课，是一门必修课，是一门涉及电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等多种基础理论和技术的综合性技术。现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件结合。
？传感器和自动检测技术？该课程于20世纪80年代开始在我国高校的本科和研究生阶段开设。本课程侧重于传感器和自动检测技术理论的教学，重知识轻技能；教师也缺乏沟通，教学资源得不到充分利用，教学效果不理想，学生学习兴趣不高。
一，教学过程中发现的问题及改革的必要性分析
我在独立学院教书？传感器和自动检测技术？这门课已经上了四年了。当初遵循的是研究型大学的教学计划和教学大纲。因为研究型大学主要培养研究型人才，而独立学院主要培养应用型人才，所以在培养目标上有很大的差异。在逐步深化的过程中，发现传统方案不太符合高校培养应用型人才的定位，存在以下问题。
1.重理论轻实践。
本课程是一门应用型课程，其中也包含了大量的理论知识和数学推导。然而，传统的研究型教学方法一般侧重于理论教学。在课堂上，详细解释了传感器的原理，并推导了数学公式。相比之下，通常通过一个例子简单介绍传感器的应用，导致大部分学生只大致知道传感器的结构，而不知道如何使用，在哪里使用。
2.教学模式单一
传统上，这门课的教学方式主要是讲课，告诉学生现成的结论、公式、定理。学生不能积极思考和探索，过程枯燥，导致学生厌学。同时，理论教学与实训、实践教学的脱节也很严重。
3.教学实验安排不合理。
在传统的实验课程安排中，验证性实验的比例高达80%，综合性设计性实验较少，缺乏训练和实践环节。但应用型人才的培养应以实践教学为主，注重培养学生的工程思维、实践能力和实践能力，以满足学生毕业时企业对技术水平和能力的要求，使学生毕业后尽快适应工作岗位。
二是适合独立学院培养应用型人才的教学计划改革
传统的传感器与自动检测技术课程重理论轻实践，教学模式单一，教学实验以验证性实验为主。这个方案可以培养研究型人才，但是培养不出合格的应用型人才。在教学过程中，笔者认真学习，反复实践，总结出以下几个可以改革的方面。
1.优化教学内容，注重工程思维。
本课程一个很重要的内容就是各种类型传感器的原理。传统教学要把来龙去脉讲清楚，但我觉得对于应用型人才的培养，把基本概念、原理、方法讲全就够了。可以选择重要的来讲解量大的数学公式，其他的可以作为学生的自学内容，让学生课后自学。同时，应重视传感器的工程应用实例。另一方面要结合最新的实际项目进行说明。只有这样，才能激发学生的学习兴趣，培养学生的应用工程思维。
2.改革教学方法，改变教学模式。
什么是传统教学？灌输？新方法不管学生接受不接受，直接把所有内容都告诉学生，这也违背了培养学生分析问题、解决问题的能力和创新能力的出发点和归宿。笔者认为应应用工程案例教学，实施启发式、讨论式、研究式等与实践相结合的教学方法，充分发挥学生在教学活动中的主体地位。
3.结合工程实践和其他课程。
在教学过程中，要从不同行业中提取典型的工程应用实例，精简后作为实例讲解。在教学中，要培养学生的系统观，让学生明白本课程不是一门独立的课程，而是与自动控制原理、智能控制理论等课程融为一体，达到综合学习的效果。
4.实验环节改革
实验教学主要是在课堂教学中提高学生的实践能力、分析问题和解决问题的能力，加深学生对理论和概念的感性认识。以前这门课的实验内容大多是原则性和验证性实验，学生容易厌烦，没有学习热情。很少有学生独立思考，发现问题，实验结果极不理想。为了改变这种模式教育，作者将实验内容从传统的验证性实验改为设计开发性实验。在实验教学中，根据客观条件，在适当减少验证性实验的基础上，增加了开拓性实验项目和设计性综合实验。
5.改革教学评价方法，提高课堂教学效率。
高效的学习成绩反馈机制是促进教与学的必要手段。目前该课程通过课程作业反馈学习效果。每章可以安排一个设计性的题目，让学生更广泛地查阅资料，在一定知识广度的基础上深入分析题目中用到的内容，进而从更深的层面分析和解决问题，达到深度和广度相结合的效果。
针对传感器与自动检测技术传统研究型大学的方案，提出了三个问题，并基于四年的教学积累，对教学内容、教学模式、实验环节、教学评价和反馈进行了探讨和分析，提出了一套改革方法和措施。本方案以实际工程应用实例为重点，在教学内容中注重传感器应用的讲解，通过提出、分析、解决问题来调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的工程思维和能力，重视实验环节，以设计性、综合性实验代替验证性实验，培养学生将抽象知识具体化，培养学生的实际应用能力、动手能力和创新能力。
参考资料:
甘源吴建平。传感器？课程实验教学研究[J].成都理工大学学报。
[2]曹良玉，赵堂春。传感器技术及其应用。课程改革[J].中国现代教育设备。
[3]，胡，。传感器和应用。技术与市场ⅱ课程教学改革探讨。