感測器檢測技術學術論文
隨著人們對環境質量越加重視，在實際的環境檢測中，人們通常需要既能方便攜帶，又可以夠實現多種待測物持續動態監測的儀器和分析裝置。這是小編為大家整理的，僅供參考!
篇一
試述感測器技術在環境檢測中的應用
摘要：感測器在環境檢測中可分為氣體感測器和液體感測器，其中氣體感測器主要檢測氮氧化合物和含硫氧化物;液體感測器主要檢測重金屬離子、多環芳香烴類、農藥、生物來源類。本文闡述了感測器技術在環境檢測方面的應用。
關鍵詞：氣體感測器 液體感測器 環境檢測
中圖分類號：O659 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著人們對環境質量越加重視，在實際的環境檢測中，人們通常需要既能方便攜帶，又可以夠實現多種待測物持續動態監測的儀器和分析裝置。而新型的感測器技術就能夠很好的滿足上述需求。
感測器技術主要包括兩個部分：能與待測物反應的部分和訊號轉換器部分。訊號轉換器的作用是將與待測物反應後的變化通過電學或光學訊號表示出來。根據檢測方法的不同，我們將感測器分為光學感測器和電化學感測器;根據反應原理的不同，分為免疫感測器、酶生物感測器、化學感測器;根據檢測物件不同，分為液體感測器和氣體感測器。
1氣體感測器
氣體感測器可以對室內的空氣質量進行檢測，尤其是有汙染的房屋或樓道;也可以對大氣環境中的汙染物進行檢測，如含硫氧化物、氮氧化合物等，檢測過程快速方便地。
以含氮氧化物***NOx***為例。汽車排放的尾氣是含氮氧化物的主要來源，但隨著時代的發展，國內消費水平的提高，汽車尾氣的排放量呈逐年上升趨勢。通過金氧半導體對汽車尾氣及工廠廢氣中的含氮氧化物進行直接檢測。如Dutta設計的感測器，採用鉑為電極，氧化釔和氧化鋯為氧離子轉換器，安裝到氣體排放口，可以檢測到含量為10-4~10-3的NO。含硫氧化物是造成酸雨的主要物質，也是目前環境檢測的重點專案，因為在大氣環境中的含量低於10-6，需要更高靈敏度的感測器。如高檢測的靈敏度的表面聲波裝置。
Starke等人採用直徑為8~16nm的氧化錫、氧化銦、氧化鎢奈米顆粒製作的奈米顆粒感測器，對NO和NO2的檢測下限可達到10-8，提高反應的比表面積，增加反應靈敏度，且工作溫度比常規的感測器大大降低，減少了能源消耗。
2液體感測器
在實際環境檢測中，液體感測器大多應用於水的檢測。由於水環境中的汙染物種類廣泛，因此液體感測器比氣體感測器的應用更為廣泛和重要。水中的汙染物除了少量的天然汙染物以外，大部分都是人為傾倒的無機物和有機物。無機物中，重金屬離子為重點檢測物件;有機汙染物包括殺蟲劑、激素類代謝物、多環芳香烴類物質等。這些汙染物的過度超標，會嚴重影響到所有生物體的健康和安全。
2.1重金屬離子檢測
採水體中重金屬離子的主要來源包括開礦、冶金、印染等企業排放的廢水。這些生產廢水往往混合了多種廢水，所含的重金屬離子種類繁多，常見的有汞、錳、鉛、鎘、鉻等。重金屬離子會不斷髮生形態的改變和在不同相之間進行轉移，若處置不當，容易形成二次汙染。生物體從環境中攝取到的重金屬離子，經過食物鏈，逐漸在高階生物體內富集，最終導致生物體的中毒。因此如果供人類食用的魚類金屬離子超標，將對人類產生嚴重的影響，因此對於重金屬離子的檢測顯得尤為重要。
Burge等人發明的感測器，可以利用1,2,2聯苯卡巴肼和分光光度計，可以檢測地下水中的重金屬鉻濃度是否超標。
除了通過化學反應檢測外，採用特殊的生物物質，也可以方便和靈敏地檢測重金屬離子。如大腸桿菌體內有一種蛋白質可以結合鎳離子，有人在這種蛋白質的鎳離子結合位點附近插入熒光基團，當蛋白質結合鎳離子後，熒光基團會被淬滅，由於熒光的強度與鎳離子濃度成反比，從而實現對鎳離子的定量檢測，檢測範圍未10-8~10-2mol/L。日方法也可應用於檢測Cu2+、Co2+、Fe2+和Cd2+等幾種離子中。他們還結合了微流體技術，該技術只需消耗幾十納升體積的待測液體，就可以對100nmol/L以下濃度的Pb2+進行檢測。Matsunaga小組將TPPS固定在多孔矽基質中，當環境中存在Hg2+時，隨著Hg2+濃度的變化，TPPS的顏色會從橘黃色逐漸轉變成綠色，該感測器的檢測限為17.5nmol/L，通過加入矽鋁酸去除干擾離子Ni2+和Zn2+。
利用感測器技術不僅可以準確測定待測物的濃度，而且由於感測器的微型化技術特點，還可以通過感測器的偶聯，進行多項指標的檢測。Lau等人設計了基於發光二極體原理的感測器，可以同時檢測Cd2+和Pb2+，該感測器對Cd2+和Pb2+的檢測限分別為10-6和10-8。
2.2農藥殘留物質的檢測
農藥是一類特殊的化學品，它在防治農林病蟲害的同時，也會對人畜造成嚴重的危害。中國是農業大國，每年的農藥使用量相當龐大，因此有必要對其進行監測。採用鈷-苯二甲藍染料和電流計就能方便地檢測三嗪類除草劑，無需脫氧，直接檢測的下限為50Lg/L，如果通過預處理進行樣品濃縮後，檢測限可以達到200ng/L。
採用帶有光纖的紅外光譜感測器可以進行殺蟲劑的快速檢測。將光纖內壁塗覆經非極性有機物修飾的氣溶膠材料後，能顯著改善光纖中水分子對訊號的耗散作用，並且能夠提取出溶液中的有機磷類殺蟲劑進行光譜分析。此類感測器對於有機溶劑，如苯、甲苯、二甲苯的檢測限則可達10-8~8*10-8。
2.3多環芳香烴類化合物的檢測
多環芳香烴類物質是另外一大類有害的汙染物質，這類物質具有致癌性，但在許多工業生產過程中均會使用或產生此類物質。水體中的多環芳香烴類物質含量非常低，一般在10-9範圍內，因此需要藉助高靈敏度的檢測感測器，Schechter小組發明了光纖光學熒光感測器。在直接檢測過程中，待測樣本中還可能存在一些如泥土這樣的干擾物質，會降低檢測訊號值，如果用聚合物膜先將非極性的PAH富集，然後對膜上的物質進行熒光檢測，從而解決訊號干擾問題，報道稱這種經膜富集後的感測器技術，對pyrene的檢測可達到6*10-11，蒽類物質則可達4*10-10。Stanley等人利用石英晶振微天平作為感測器，在晶片表面固定上蒽-碳酸的單分子膜，檢測限可達到2*10-9。
基於免疫分析原理，採用分子印跡的方法，在感測器表面印上能夠結合不同待測物質的抗體分子，可以實現多種不同物質的檢測。近年來發展起來的微接觸印刷技術，也可應用到該領域，這樣製備得到的感測器體積可以更加微型化。
2.4生物類汙染物質
除了以上的無機和有機合成類汙染物質，還有生物來源的一些潛在汙染分子。如激素類分子及其代謝物的汙染常常會引起生物體生長、發育和繁殖的異常。Gauglitz帶領的研究小組採用全內反射熒光生物感測器和睪丸激素抗體，對河流中的睪丸激素直接進行了即時檢測，其檢測限為0.2ng/L。該技術無需樣品的預處理，對於不同地區的自然界水體均可以進行睪丸激素的現場直接檢測，檢測範圍為9~90ng/L。
另外，致病菌和病毒也是被檢測的物件，水體中出現某些特定菌種，可以表明水體受到了某種汙染，利用感測器技術非常容易檢測到這些生物樣本的存在，而且選擇性非常高，如可以從菸草葉中快速地發現植物病毒菸草花葉病毒，採用QCM可以直接檢測到酵母細胞的數量。
3結論和展望
目前，感測器技術已開始應用於各環境監測機構的應急檢測，但是實際應用中有諸多的侷限性，比如在對大氣中的某些有害物質進行檢測時，由於其含量往往低於感測器的最低檢測限，因此在實際應用過程中，還需要進行氣體的濃縮處理，這樣就使感測器不容易實現微型化，或者需要藉助更高靈敏度的感測器;同樣，在野外水體檢測時，常常會出現待測水體含有多種複雜干擾成分的情況，無法與實驗室的標準化條件相比;在有些以膜分離分析技術為原理的感測器中，其膜的使用壽命往往較短，而頻繁更換新膜的價格較為昂貴，因此仍然無法得到廣泛的應用。
儘管如此，隨著感測器技術的不斷髮展和完善，仍然有望應用於將來工廠企業排氣、排汙的現場直接檢測和野外環境的動態無人監測，而且其結果能與實驗室常規儀器的檢測結果相符，這樣將大大加快對環境監測和治理的步伐。
參考文獻
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篇二
感測器與自動檢測技術教學改革探討
摘要：感測器與自動檢測技術是電氣資訊類專業重要的主幹專業課，傳統授課方法側重於理論知識的傳授，而忽略了應用層面的培養。針對此問題試圖從教學目的、教學內容、教學形式、教學效果等多個方面進行分析，對該課程的教學方案改革進行探討，提出一套技能與理論知識相結合、行之有效的教學方案。
關鍵詞：感測器與自動檢測技術;教學內容;教學模式;工程思維
“感測器與自動檢測技術”是電氣資訊類專業重要的主幹專業課，是一門必修課，也是一門涉及電工電子技術、感測器技術、光電檢測技術、控制技術、計算機技術、資料處理技術、精密機械設計技術等眾多基礎理論和技術的綜合性技術，現代檢測系統通常集光、機、電於一體，軟硬體相結合。
“感測器與自動檢測技術”課程於20世紀80年代開始在我國普通高校的本科階段和研究生階段開設。本課程側重於感測器與自動檢測技術理論的傳授，重知識，輕技能;教師之間也缺乏溝通，教學資源不能得到充分利用，教學效果不理想，學生學習興趣不高。
一、教學過程中發現的問題及改革必要性分析
筆者在獨立學院講授“感測器與自動檢測技術”課程已有四年，最開始沿用了研究型大學的教學計劃和教學大綱，由於研究型大學是以培養研究型人才為主，而獨立學院是以培養應用型人才為主，在人才培養目標上有較大差異，在逐漸深入的過程中發現傳統方案不太符合學院培養應用型人才的定位，存在以下幾方面的問題。
1.重理論，輕實踐
該課程是應用型課程，其中也有大量的理論知識、數學推導，而傳統的研究型教學方法普遍都以理論教學為主，在課堂上大篇幅講解感測器的原理，進行數學公式推導，相比而言感測器的應用通常只是通過一個例項簡單介紹，導致最後大多數學生只是粗略地知道該感測器的結構，而不知道如何用，在哪裡用。
2.教學模式單一
該課程傳統上以講授的教學方式為主，將現成的結論、公式和定理告訴學生，學生不能主動地思考和探索，過程枯燥乏味，導致學生產生了厭學情緒。同時理論教學與實訓、實踐教學脫節問題也很嚴重。
3.教學實驗安排不合理
傳統的實驗課程安排，驗證性實驗比例高達80%，綜合設計性實驗極少，缺少實訓、實踐環節。然而應用型人才的培養應該以實踐教學為核心，重點培養學生的工程思維和實踐能力、動手能力，以在學生畢業時達到企業對技術水平與能力的要求，使學生畢業後能儘快適應工作崗位。
二、適合獨立學院培養應用型人才的教學方案改革
傳統的感測器與自動檢測技術課程重理論、輕實踐，教學模式單一，教學實驗以驗證性實驗為主，這種方案能夠培養研究型人才，但卻無法培養合格的應用型人才。在教學過程中，筆者潛心研習，並反覆實踐，總結出以下幾個可以改革的方面。
1.優化教學內容，注重工程思維
本課程一個很重要的內容是各種型別感測器的原理，傳統的教學要講清楚其中的來龍去脈，而本人則認為針對應用型人才培養，充分講授清楚基本概念、基本原理和基本方法即可，涉及大額數學公式可以選擇重要的進行講解，其他則可作為學生的自學內容，讓學生課餘自學。同時應該重點講解該感測器的工程應用例項;另一方面要結合最新實際工程講解。這樣才能激發學生的學習興趣，培養學生應用型工程學習思維。
2.改革教學方法，改變教學模式
傳統的教學是“灌輸式”的方法，無論學生是否接受，直接把要講的內容全部講述給學生，而這也違背了培養學生分析問題和解決問題的能力以及創新能力的出發點和歸宿。筆者認為應該應用工程案例教學，實行啟發式、討論式、研究式等與實踐相結合的教學方法，發揮學生在教學活動中的主體地位。
3.與工程實際相結合，與其他課程相結合
教學過程中要從不同行業提取典型的工程應用例項，精簡以後作為例項進行講解。在進行教學時，要培養學生的系統觀，讓學生明白這不是一門獨立的課程，而是與自動控制原理、智慧控制理論等課程相融合的，以達到融會貫通的學習效果。
4.實驗環節改革
實驗教學主要是為了提高學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力，加深學生對課堂教學中理論、概念的感性認識。以往該課程的實驗內容大部分為原理性、驗證性的實驗，學生容易感到枯燥無味，毫無學習積極性，很少有學生進行獨立思考並發現問題，實驗效果極不理想。為了改變這種模式化的教育，筆者將實驗內容由傳統的驗證性實驗調整為設計開發型實驗。在實驗教學中根據客觀條件在適當減少驗證性實驗的基礎上，增加了開拓性實驗專案以及設計綜合性實驗。
5.改革教學評價方法，提高課堂教學效率
高效的學習成果反饋機制是促進教學相長的必要手段，目前該課程都是通過課程作業進行學習效果反饋，可以採用每一個章節佈置一道設計型題目，讓學生更加廣泛地查閱資料，並在一定知識廣度的基礎上深入分析題目中用到的內容，進而從更深的層面分析解決問題，以達到深度、廣度相結合的效果。
本文針對感測器與自動檢測技術傳統研究型大學的方案，提出了三個方面的問題，並根據四年的教學積累，在教學內容、教學模式、實驗環節、教學評價及反饋等幾個方面進行了探討分析並提出了一套改革的方法和措施。本方案以實際工程應用例項為核心，在教學內容上側重於感測器應用方面的講解，以提出問題、分析問題、解決問題為主線調動學生的學習積極性和主動性，培養學生的工程思維和能力，重視實驗環節，以設計性、綜合性實驗代替驗證性實驗培養學生將抽象的知識具體化、培養學生的實際應用能力、動手能力和創新能力。
參考文獻：
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