多壁碳纳米管增效层层自组装构建乙醇生物传感器

以聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)为阳离子聚电解质,以乙醇氧化酶(AOD)为带负电的生物分子,结合多壁碳纳米管(MWCNTs),层层自组装(layer-by-layer)制备聚烯丙胺/聚磺化乙烯硫酸盐乙醇(PAA/PVS)3抗干扰膜修饰Pt电极,在此基础上将PDDA与AOD交替组装在修饰好的电极上,构建了电流型乙醇生物传感器.实验结果表明:MWCNTs的引入使电极对H2O2的催化电流明显增大,制成的酶电极可以有效控制酶量的使用,酶膜组装层数为6时最优,对乙醇的灵敏度为2.913 μA/mol/L,在2×10-4～8×10-3mol/L浓度范围内呈良好线性关系,检出限为1.52×10-5mol/L(S/N=3),并且传感器具有良好的抗干扰能力和稳定性.     

聚对氨基苯甲酸修饰电极对多巴胺的测定及在帕金森病实验动物模型中的应用

本文通过电化学聚合法制备了聚对氨基苯甲酸化学修饰电极(P—pABA/CME),该电极对多巴胺有良好的催化氧化效果。探讨了该传感器对多巴胺的电催化氧化机理和实验条件对多巴胺响应的影响。将该修饰电极作为液相色谱电化学检测器用于测定多巴胺,灵敏度高,稳定性和重现性好,线性范围达3个数量级,检测限达2.0×10~(-8)mol/L(S/N=3)。以该电极测定帕金森病实验动物模型脑中的多巴胺,获得了满意的结果。     

基于聚吡咯纳米阵列的葡萄糖传感器研究

该文以聚碳酸酯为模板,运用电化学聚合法制备了聚吡咯纳米阵列电极,以戊二醛作为交联剂实现了葡萄糖氧化酶在聚吡咯纳米阵列上的稳定固载.通过循环伏安(CV)以及i-t曲线实验研究了基于聚吡咯纳米阵列修饰葡萄糖传感器的电化学性能.实验结果表明,该修饰电极对葡萄糖具有良好的电化学响应,其线性范围为5.0×10-6 mol/L～6.0×10-3 mol/L,检测限为1.0×10-7 mol/L.该传感器具有检测限低、响应速度快、稳定性好等特点,应用于人体血液样品的检测取得了满意的结果.     

聚DL-缬氨酸修饰电极的制备及多巴胺的测定

研究了聚DL-缬氨酸修饰玻碳电极的制备及其多巴胺在该电极上的伏安特性,建立了线性扫描溶出伏安法测定多巴胺的电化学分析新方法.在pH=4.0的磷酸盐缓冲溶液中,用该电极测定多巴胺的线性范围为:5.0×10-7～8.0×10-5mol/L,检测下限为5.0×10-8 mol/L,已用于药剂中多巴胺的测定.     

Pt/Ni—氧化石墨烯修饰电极用于莱克多巴胺测定

将石墨烯作为基底材料修饰到玻碳电极上,并在其表面沉积Pt/Ni二元金属制得定量检测莱克多巴胺的电化学传感器。探讨了石墨烯表面金属合金沉积时间和样品富集时间等条件对传感器性能的影响。在最优条件下,测定莱克多巴胺的浓度线性范围为1.98×10-7～2.67×10-4mol/L,其检测限为6.66×10-8mol/L。实验结果表明:该传感器灵敏度高、稳定性好。     

铜掺杂聚L-天冬氨酸修饰电极同时测定多巴胺和尿酸

用循环伏安法制备了铜掺杂聚L-天冬氨酸修饰玻碳电极,研究了多巴胺（DA）和尿酸（UA）在该修饰电极上的电化学行为,建立了同时测定DA和UA的新方法。在pH3．5的磷酸盐缓冲溶液中,扫描速率为120mV]s时,DA和UA在该电极上产生氧化还原峰,峰电位分别为Eps=0．429V、Epc=0．336V（DA）和Eps=0．617V（UA）,DA和UA的氧化峰分开达0．188V。采用循环伏安法（CV法）和示差脉冲伏安法（DPVs法）同时测定DA和UA的线性范围分别为：DA：3．00×10^-6-4．00×100mol／L、4．00×10^-5～1．00×10^-4mlo/L（CV）、3．00×10^-7～3．00×10^-6mol／L、3．00×10^-6—1．00×10^-5mol／L（DPVs）,UA：8．00×10^-6～5．00×10^-5mol／L、5．00×10^-5-2．00×10^-4mol／L（CV）、3．00×10^-7～5．00×10^-5mol／L、5．00×10^-5．2．00×10^-4mol／L（DPVs）;检出限分另U为8．0×10^-7mol／L、1．0×10^-6mol／L（CV）和3．0×10^-7mol/L、3．0×10^-7mol／L（DPVs）。用于人体尿液中DA和UA的同时测定,结果满意。     

聚合精氨酸修饰玻碳电极在抗坏血酸存在条件下测定多巴胺

这种传感器是在玻碳电极上修饰聚合精氨酸,在这种修饰电极上,多巴胺通过静电吸附聚集在电极表面,这种修饰电极对多巴胺有较强的电化学响应.在0.1 mol/LPBS缓冲溶液(pH7.5)中,DA在此修饰电极(PLA/GCE)上通过脉冲伏安法所产生的在 0.158 v(vs.SCE)的氧化峰,与其浓度在1.96×10.～1.38×10-7mol/L的范围内成线性,检测限为2.0×10-8mol/L(S/N=3).这种低成本的修饰电极简单.具有较高的灵敏度、选择性、稳定性,该法用于药剂中DA的测定.结果满意.     

基于硼掺杂金刚石电极的酚生物传感器的研究

该文研究了以硼掺杂金刚石为基底电极的酪氨酸酶传感器.该酶传感器对酚的催化作用强于以玻碳为基底电极的酪氨酸酶传感器.在浓度为1.0×10-8～1.0×10-5mol/L的范围内传感器对邻苯二酚的响应具有良好的线性关系,检测下限为5.2×10-9mol/L.酶电极的Michaelis-Metent常数(Kapp m)为33.65μmol/L.酶电极对苯酚和对甲苯酚也有良好的响应,线性范围分别为:5.0×10-8～2.0×10-5mol/L、5.0×10-8～5.0×10-6 mol/L.酶传感器有较好的稳定性和重现性.     

基于铂纳米线阵列的葡萄糖生物传感器

用电沉积法在聚碳酸酯膜板中制备了铂纳米线阵列,纳米线直径约为250 nm,长度约为2 μm.SEM表征表明,铂纳米线阵列具有均匀有序的结构,纳米线密度为5×108 cm-2.将纳米线阵列薄膜固定到电极表面,研究了修饰电极的电化学行为.在较低电位下(-0.1 V),修饰电极对过氧化氢具有良好的电催化性能,并有较宽的线性响应范围(1×10-7～5×10-2 mol/L).通过戊二醛在电极表面固定葡萄糖氧化酶制备了一种新的葡萄糖传感器.该传感器对葡萄糖的线性响应范围为5×10-6～2×10-3 mol/L,检测下限为1 μmol/L.     

聚谷氨酸修饰电极同时测定多巴胺和肾上腺素

研究了L-谷氨酸在玻碳电极上电化学聚合的条件及修饰电极的电化学特性,发现该聚合膜对多巴胺和肾上腺素的电氧化还原有显著的催化作用,在pH=6.0的磷酸盐缓冲溶液中,开路富集2.0 min后,用阴极脉冲伏安法对多巴胺和肾上腺素进行了测定,还原峰电流与多巴胺和肾上腺素的浓度分别呈良好的线性关系.多巴胺的线性范围:1.0×10-7～1.0×10-4mol/L,检出限(信噪比=3)为5.7×10-8mol/L.肾上腺素的线性范围:1.0×10-6～1.0×10-4mol/L,检测限(信噪比=3)6.6×10-7mol/L.对含有2.0×10-6mol/L多巴胺和2.0×10-5mol/L的肾上腺素的溶液进行了连续测定,结果发现8次连续测得多巴胺和肾上腺素浓度的相对标准偏差分别为1.74%和2.10%.     

基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统

在无线传感器网络中,为了实现信息的隐蔽通信,提出了一种基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统。隐蔽通信系统的二进制消息序列调制联合正态分布噪声序列的相关系数。作为隐蔽通信系统信号的联合正态分布噪声,叠加到传统数字通信系统调制器的输出。在接收端,相关系数的估计值经过硬判决之后恢复出隐蔽系统的的二进制消息。所提出方案的关键问题,例如信道估计和符号同步,则由传统的数字通信系统解决。从理论上推导出了隐蔽通信系统的误码率。仿真结果表明,所提出的系统具有较低的误码率性能,且与理论值一致。     

移动无线传感网的移动感知路径选择算法

为解决稀疏网络环境下移动传感节点的区域全覆盖和数据传输问题,提出一种移动无线传感网的移动感知路径选择算法(MSPS)。在MSPS算法中,用数学公式表示邻居网格集合、区域覆盖率、数据传输时延、节点平均能耗等参数。采用机会路由算法进行数据传输,并建立能保证全覆盖监测区域且权衡数据传输时延、数据传输率和节点平均能耗的移动路径选择优化模型。提出到目标网格的路径寻找方法、初始染色体的确定方法和染色体适应度值计算方法。最终提出修正的多种群遗传算法求解优化模型,获得移动传感节点的最优移动方案。仿真结果表明:不管监测区域内是否存在障碍物,MSPS算法都能提高数据传输率,降低数据传输时延和节点丢弃的总数据量。在一定的条件下,MSPS算法比SGA、TCM_M、RAND_D和RAND算法更优。     

阻抗匹配抑制时差式气体超声波流量计零漂

时差式气体超声波流量计在测量时现会出现零漂过大的问题,导致整体系统计量准确度不高。针对这种情况,提出了一种通过匹配流道中同一探头在发射状态下的输入阻抗和接收状态下的输出阻抗来抑制零漂的方法。利用贴片电容抬高信号激励端的阻抗,使之脱离与地虚短的状态,避免同一探头在发、收状态切换时的电路结构变化。保持探头谐振频率不变,使超声波探头发收电路固有延时在顺、逆流测量时相等。利用互相关法使顺逆流信号中固有延时相互抵消,实验结果表明,阻抗匹配有效抑制了零漂,20℃时零点误差被抑制在0.000 48 m3/h内,符合1.5级气体流量计国家标准。     

基于多传感器的室内三维定位算法研究

针对消防员在日常救援过程中难以准确获知自身位置坐标的问题,采用姿态传感器和气压计,提出一种室内三维定位算法(ITPA)。在ITPA算法中,根据加速度的幅值均方根、加速度的幅值方差和角速度的幅值均方根,实现过零监测,从而获知消防员的行走步数。根据气压计的数据,采用高度获取,卡尔曼滤波和异常数据处理等操作,获知消防员的高度,并判断其移动行为。通过二维移动距离计算和位置获取操作获知二维坐标。根据消防员的行为对其三维坐标观测值进行修正,并采用Kalman融合算法估计消防员的当前三维位置坐标。实验结果表明:在直行行走、楼梯行走和综合行走下,ITPA算法都能获得较接近真实路线的消防员室内三维位置,降低了算法的步数误差、距离误差和漂移误差,比FINS,IPNS和IPA3D算法更优。     

温度开关动态特性测试方法研究

针对温度开关无法按照常规方法得到时间常数的问题,提出了一种测试温度开关动态特性的方法。采用一只温度传感器作为标准器,通过程序控制温度源,使温度按一定速率进行升温,实时记录温度值。按照不同的升温斜率连续实施两次,利用得到的动作温度数据建立数学模型,从而求出温度开关的时间常数。选取不同的温度传感器作为标准器,对两只德国产温度开关进行测试,分析其对计算出的时间常数的影响。实验结果表明,计算出的时间常数最大相对误差为4.86%,满足温度开关时间常数的测试要求。此方法可推广到研究其他种类的开关,比如湿度开关。     

自供电的压电振动能与温差热电能融合采集电路设计

环境能量俘获中压电振动能和温差热电能的俘获电路设计已成为近几年研究的热点之一。但由于存在压电换能器和热电换能器输出的能量分别是交、直流形式而难以同时俘获,且热电换能器的开路电压通常要低于三极管的阈值电压而需要借助外部电源供电等问题,本文提出了一种自供电的混合式同步电荷提取HSP-SECE(Hybrid Self-Powered Synchronous Electric Charge Extraction)电路。所提出的HSP-SECE电路,通过压电电压峰值的检测,在其达到峰值时进行压电振动能和温差热电能的同步提取,实现两种能量的融合采集。仿真和实验测试表明,所提出的电路可以有效实现温差热电能和压电振动能的同步采集,与现有的电路相比,在俘获效率、自供电和负载相关性等方面,具有较为明显的优势和特色。     

近红外光谱定量分析的模型转移新方法

由于近红外光谱不同仪器间存在差异性,在一台仪器上耗费大量人力物力建立的定量分析模型往往无法直接应用于另一台仪器。为了提高已有模型的通用性,需要对所建模型进行模型转移使其能够适用于更多仪器。本文针对近红外光谱定量分析中的模型转移方法展开研究,利用基于变量投影重要性系数（VIP）的改进叠加偏最小二乘（SPLS）算法（VIP-SPLS）与常用的模型转移方法直接标准化（DS）相结合,提出一种新的近红外光谱分析模型转移方法（VIP-SPLS-DS）,使得主仪器上建立的模型经模型转移后能更精确地预测从仪器上的测试样本。将本文提出的模型转移新方法（VIP-SPLS-DS）应用于真实的近红外光谱标准数据集,对两台从仪器的预测精度相对于已有的PLS-DS模型分别提高了29.3%和30.8%,显著改善了模型转移效果,具有良好的实际应用前景。     

基于双光路荧光强度法的水体叶绿素a原位传感器设计

设计了一款基于双光路荧光强度法的叶绿素a原位传感器。使用430 nm LED作为系统光源。通过参考光路补偿光源变化对测量结果的影响,提高测量准确度,降低维护成本。使用光电二极管作为探测器测量参考光强度和水体在680 nm处的荧光强度。使用锁相放大电路提高传感器的噪声和背景光抑制能力,设计低功耗模式降低传感器的平均功耗。使用不同浓度的叶绿素a溶液测试传感器的性能,测试结果表明传感器在动态范围(0～200μg/L)内的线性度为0.998,测量准确度为±2μg/L,通过与荧光光谱仪进行对比测试传感器的可靠性,测试结果表明两者的相关性为0.94,功耗测试表明传感器的连续工作时间可达5个月以上。     

非视距环境中的无线网络残差加权定位算法

无线定位已成为物联网应用的重要研究内容,为减小非视距(NLOS)误差对传统定位算法的精度的影响。因此提出一种基于目标临时位置估计的残差幂次方加权定位算法。算法核心在于先利用分组定位得到不同目标节点估计位置,并将位置之间的差值定义为临时定位残差。然后区别于传统残差加权定位算法,本文提出用残差的高次幂作为加权函数,并通过仿真搜索最优的加权函数。仿真结果表明,当LOS-SN数目不小于2时,本文算法在定位精度上远高于传统的NLOS抑制定位算法。和传统的残差加权定位算法(RWGH)相比,本文所提算法的定位精度提高了近60%,同时降低了对LOS-SN个数的要求。和半正定规划(SDP)相比,定位精度提高了近38%,并降低了计算复杂度。     

基于Wi-Fi通讯的大功率光功率计的研制

介绍了一种基于Wi-Fi无线通信技术的大功率光功率计的设计原理和实现方法。该光功率计以STM32为微控制器,采用热电堆探测器实现热电转换。它不但能通过ESP8266Wi-Fi模块支持与上位机实现无线通信,并且同时支持USB通信模式。该系统可以在0.19μm～15.0μm波长范围内实现100 m W～100 W激光功率的连续自动量程切换测量。该光功率计还具备了通过脉冲宽度调制(PWM)与0～5 V模拟信号电压输出方式去反馈控制激光器输出强度,以及外触发功能。测试结果表明,该光功率计不但可以很好地满足工程应用中大功率激光器输出功率的检测与控制,并且实现了基于Wi-Fi无线通信方式的移动式测量。