用于水质检测的微传感器及微系统

着重介绍了用于水质检测的电化学、声学、光学三种类型微传感器以及微分析系统、微传感片上系统两类微系统的基本原理、特点和研究进展;比较了不同类型微传感器的性能差异;讨论了目前水质检测微传感器及微系统在研究中存在的主要问题及解决方法,并对其未来的发展前景进行了展望。     

光纤水质检测技术的研究现状与发展趋势

以现有光纤传感技术为基础,论述了不同光学原理下的光纤传感技术在水质检测领域的研究和应用情况,比如水质的氢离子浓度(p H)值、化学需氧量(COD)值、溶解氧和重金属离子污染物等的检测,介绍了基于不同光学原理的光纤水质检测技术在近10年内的研究现状,同时分别阐述了这些不同原理各自用于水质检测的优缺点。最后对光纤水质检测技术的发展趋势进行了分析和预测,为光纤水质检测传感的进一步发展提供一定技术思路。     

片上集成光学传感检测技术的研究进展（特邀）

光学传感检测技术因具有精度高、低延时和可成像等优势而得到广泛应用。随着大数据和物联网等信息技术的迅速发展,对检测平台小型化和便携性的需求日益迫切。为了克服现有技术对大型专用设备的依赖,提高对现场快检、轻载荷平台等应用场景的适用性,近年来,基于微纳光学的片上集成光学传感检测技术受到了极大关注。通过集成光源、光学传感单元与光电探测单元、以及发展片上光色散等技术,可以有效地实现光学传感信号提取和光电信号转换的片上集成,从而实现系统的微型化和多功能集成。文中介绍了相关技术原理和技术发展现状,分析了现有技术的优缺点,讨论并总结了未来的发展方向和应用前景。     

微纳传感技术在组织电生理研究中的进展

微纳传感技术在研究组织和细胞的电生理活动、揭示细胞网络属性、研究神经传导及药物安全性测试等方面展现了它独特优势。针对组织电生理检测的多种微纳传感技术及其特点进行了描述与评价,着重对多点实时监测的微阵列传感技术的研究和应用进展进行了详细介绍和讨论。最后结合本实验室的研究工作,介绍了微电极阵列技术在嗅觉组织研究中的进展。在探索细胞的离子通道、突触特性及细胞内信号转导时,玻璃微电极记录特别是膜片钳技术是目前比较理想的手段;在研究信号传导、突触传递时,多电极阵列具有明显的优势。微电极传感阵列技术是未来神经科学研究的主要方法之一,它将在提高信噪比及生物相容性、减少对组织的损伤、扩大应用等方面有新的发展。     

光纤布拉格光栅折射率传感研究进展

在介绍短周期光纤光栅(FBG)和微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)折射率传感原理的基础上,围绕如何提高FBG折射率传感灵敏度,详细论述了腐蚀法和抛磨法两种折射率传感技术方案的研究进展,对比分析了两种方案的优缺点。同时综述了微纳光纤和微纳光纤光栅应用于折射率传感的研究现状,指出了目前研究所面临的技术难题与解决方案,展望了FBG折射率传感技术的发展趋势,可为进一步开展基于光纤光栅器件的折射率传感研究提供参考。     

基于硅基微环谐振器的折射率传感研究综述

片上折射率传感在安全检查、环境监测、健康诊断和食品监督等领域有着广阔的应用前景,基于硅基微环谐振器的折射率传感器具有微型化、集成化等优点,已成为当前研究的热点。文章首先对硅基微环谐振器的折射率传感探测原理进行了介绍,然后依据探测原理分类梳理了国内外硅基微环折射率传感的最新研究进展,并分析总结了不同传感探测原理的优缺点,最后讨论了现阶段硅基微环谐振器在折射率传感中存在的问题和未来的发展方向。     

非厄米光学系统中奇异点的传感应用

奇异点是非厄米系统参数空间中至少两个本征值和相应本征态同时简并的点,奇异点附近的异常光学现象,尤其是本征频率分裂对极小微扰的敏感特性,在超灵敏光学传感中有重要应用。本文主要结合近几年国内外关于奇异点的研究,介绍了奇异点及其在光学传感方面的相关理论,分析了奇异点传感和狄拉克点传感的不同;并着重总结奇异点传感在纳米颗粒检测、温度传感、折射率传感、光学陀螺仪和石墨烯生物化学传感等方面的最新研究进展。     

基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状

微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了压电陶瓷的驱动方法 ;在微位移检测上 ,介绍了几种纳米微位移检测手段。最后 ,阐述了微操作手的发展趋势 :微型化、集成化、智能化 ,达到纳米级或更高的定位精度     

双层亚波长光栅微位移传感系统结构优化设计与性能仿真

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高,微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响,并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比,理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。     

基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状

微操作手是微操作机器人的重要组成部分，首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上，对于微操作手的关键技术，从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述，在机构上，介绍了微位移定位机构的特点；在驱动方式上，论述了压电陶瓷的驱动方法；在微位移检测上，介绍了几种纳米微位移检测手段。最后，阐述了微操作手的发展趋势：微型化、集成化、智能化，达到纳米级或更高的定位精度。     

自适应双参考磁场梯度探测原理

本文使用4个单分量磁探头构成双参考磁场梯度探测装置.4个探头组成3个磁场梯度传感器,其中一个为信号传感器,另两个为噪声传感器.以信号传感器输出作为原始输入,噪声传感器输出作为参考输入,采用自适应噪声抵消技术,能有效消除因载体运动产生的涡流磁场及因磁探头方向相对地磁方向改变而引起的噪声输出.本文提出的双参考磁场梯度探测装置具有工艺性好,灵敏度高,虚警概率低的优点,可在实际磁探系统中使用.     

PMMW装甲目标多尺度边缘检测与特性研究

毫米波系统具有全天候或低能见度条件下工作的能力。为研究毫米波被动探测隐身与反隐身技术,分析了毫米波被动探测目标特性,提出了刻画毫米波被动探测隐身目标的表征方法,给出毫米波被动探测装甲目标图像的多尺度边缘检测及3 mm被动辐射计探测双层隐身迷彩目标实验与分析。     

星载对地观测偏振传感器及其大气遥感应用

偏振反映电磁波的方向特性,是除强度之外电磁波的另一维度的信息。在电磁波与大气颗粒物的相互作用中,偏振由于其对颗粒物物理特征的高敏感性, 可以有效提高卫星遥感探测的丰度和精度,改善对大气中特性复杂的气溶胶和云等成分的探测能力。首次综合介绍了我国研制的4种类型星载 对地观测偏振传感器,包括多角度偏振相机、推扫式偏振成像仪、摆扫式偏振仪、多通道偏振辐射计,并分析了代表性的国产偏振传感器 的指标参数,总结了各类载荷的探测能力。在此基础上,介绍了星载偏振传感器的主要定标方法,包括发射前实验室定标、星上定标和在轨定标。 偏振载荷具有增加卫星观测维度和精度、对大气颗粒物粒径和形状特征敏感、改善弱信号探测等方面的综合优势,能够获取全球范围内 高精度的大气气溶胶和云参数。星载对地观测偏振传感器具有广阔的大气遥感应用空间和潜力,可在细颗粒物PM2.5卫星遥感、关键气候 因子观测及评估、极端环境事件监测、气溶胶生态效应评估、对地观测高精度大气校正等多个领域发挥作用。     

Ultrasensitive,Low‐Voltage Operational,and Asymmetric Ionic Sensing Hydrogel for Multipurpose Applications

Current artificial tactile sensors mostly exploit a variety of electron‐related physical mechanisms to obtain high sensitivity and low detection force. However, these mechanisms are still distinct from the ion‐related biological processes of human's tactile sensation, and are therefore away from the goal of bionic applications. In the past few years, only several types of ionic tactile sensors have been proposed, and they are still subject to low sensitivity. Here, a novel type of ultrasensitive hydrogel tactile sensor is reported based on asymmetric ionic charge injection as the working mechanism, named as asymmetric ionic sensing hydrogel (AISH). With a small external working voltage of only tens of millivolts, these AISH devices show an extremely low detection force of 0.075 Pa, ultrahigh sensitivity of 57–171 kPa^?1, and excellent cycling reliability upon pressing. Applications of these ultrasensitive tactile sensors in fingerprint identification of voice, monitoring of pulse waves, and detection of underwater wave signals are experimentally demonstrated. Combining the merits of simple fabrication process, ionic‐type detection mechanism, and ion injection procedure, such AISH sensors not only reveal a new strategy toward highly sensitive tactile sensors, but also show realistic potential applications in future wearable electronic and bioelectronic devices.     

光纤地震波探测的研究进展

利用光纤传感器来探测地震波是近年来发展起来的一种新型地震波探测技术,它具有灵敏度高、抗雷击及电磁干扰、绝缘性好、组网能力强等优点,因而在地震预报、石油勘探和安全监测等领域具有重要的应用价值.介绍了光纤地震波探测国内外的研究进展,及其在不同领域中的应用,并指出了目前还存在的问题.     

FBG-based ultrasonic wave detection and acoustic emission linear location system

The ultrasonic (US) wave detection and an acoustic emission (AE) linear location system are proposed, which employ fiber Bragg gratings (FBGs) as US wave sensors. In the theoretical analysis, the FBG sensor response to longitudinal US wave is investigated. The result indicates that the FBG wavelength can be modulated as static case when the grating length is much shorter than US wavelength. The experimental results of standard sinusoidal and spindle wave test agree well with the generated signal. Further research using two FBGs for realizing linear location is also achieved. The maximum linear location error is obtained as less than 5 mm. FBG-based US wave sensor and AE linear location provide useful tools for specific requirements.     

Porous Fibers Composed of Polymer Nanoball Decorated Graphene for Wearable and Highly Sensitive Strain Sensors

Wearable textile strain sensors that can perceive and respond to human stimuli are an essential part of wearable electronics. Yet, the detection of subtle strains on the human body suffers from the low sensitivity of many existing sensors. Generally, the inadequate sensitivity originates from the strong structural integrity of the sensors because tiny external strains cannot trigger enough variation in the conducting network. Inspired by the rolling friction where the interaction is weakened by decreasing interface area, porous fibers made of graphene decorated with nanoballs are prepared via a prolonged phase‐separation process. This novel structure confers the graphene fibers with high gauge factors (51 in 0–5% and 87 in 5–8%), which is almost 10 times larger than the same structures without nanoballs. A low detection limit (0.01% strain) and good durability (over 6000 circles) are obtained. By the virtue of these qualities, these fiber‐based textile sensors can recognize a pulse wave and eyeball movement in real‐time while keeping comfortable wearing sense. Moreover, by weaving such fibers, the electronic fabrics with a specially designed structure can distinguish the multilocation in real time, which shows great potential as wearable electronics.     

异常海洋大气条件下红外与微波折射特征差异研究

研究了海上异常折射环境对于雷达微波和远红外波段的影响,利用近海面大气折射环境数值模型以及福建平潭和西沙永兴岛的海洋环境观测数据对两个波段进行了对比.结果表明,当雷达微波出现负折射时,红外波段却出现"波导"超折射特征,但强度和厚度较弱;当微波出现大气波导时,红外波段多为负折射特征.该项研究可为复杂海洋大气环境下两种探测系统的优化配置以及海洋环境对舰载光电探测系统的影响研究提供科学参考.     

激光质谱法：原理及其在环境监测中的应用

本文介绍了一种微量气体分析的新方法-激光质谱法。详细阐述了这种方法的原理,即激光紫外吸收光谱与飞行时间质谱的双重组合,并介绍了该方法的特色,重点描述了激光质谱法在两个方面的应用,即汽车尾气以及垃圾焚烧炉排放物中污染物的探测。研究表明,激光质谱法是一种有效的环境监测方法,特别是它可作为剧毒物质二恶英（PCDD/PCDF）分析和检测的一种替代方法。     

阻抗型无线无源声表面波传感器的研究

介绍了一种新型的阻抗负载型无线无源传感器,该传感器由声表面波器件与作为负载的外接传感器构成,采用声表面波器件进行信号传输。在工作时,外接传感器阻抗值的变化使声表面波器件反射回波特性也得到改变,通过检测该回波特性的变化,实现无线无源传感。基于耦合模模型的分析方法,得出了其级联P矩阵形式。针对电阻型和电容型两种不同类型的负载,分别对传感器进行了仿真分析和实际测试。试验结果表明,当电容型传感器作为负载时,可以以相位作为探测基准。