现代传感技术与系统》课件第三章3-4要点PPT课件
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传感器技术 PPT课件
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•传感器节点被用于各种不同的应用中,因此节点硬件和软件的设计必须
具有灵活性和扩展性
•节点的硬件设计需满足一定的标准接口,例如节点和传感板的接口统 一有利于给节点安装上不同功能的传感器
•软件的设计必须是可剪裁的,能够根据不同应用的需求,安装不同功能
的软件模块
大规模长时间部署传感器的设计需求
鲁棒性
•鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
号和通过数字信号,选择是否需要外部模数转 换器和额外的校准技术。
常用传感器及其关键特性
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
3.5 硬件平台
微处理器
微处理器是无线传感节点中负责计算的核心 ,目前 的微处理器芯片同时也集成了内存、闪存、模数转
低功耗
•在硬件设计上采用低功耗芯片
例如TelosB节点使用的微处理器,在正常工作状态下功率为3mW,而一
般的计算机的功率为200到300W
•软件节能策略来实现节能
软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低
功耗模式,仅在需要工作的时候进入正常状态
大规模长时间部署传感器的设计需求
灵活性与扩展性
•通信芯片的传输距离是选择传感节点的重要指标。
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
发射功率越大,接受灵敏度越高,信号传输距离越远。
•常用通信芯片: •CC1000:可工作在433MHz,868MHz和915MHz;
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
具有灵活性和扩展性
•节点的硬件设计需满足一定的标准接口,例如节点和传感板的接口统 一有利于给节点安装上不同功能的传感器
•软件的设计必须是可剪裁的,能够根据不同应用的需求,安装不同功能
的软件模块
大规模长时间部署传感器的设计需求
鲁棒性
•鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
号和通过数字信号,选择是否需要外部模数转 换器和额外的校准技术。
常用传感器及其关键特性
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
3.5 硬件平台
微处理器
微处理器是无线传感节点中负责计算的核心 ,目前 的微处理器芯片同时也集成了内存、闪存、模数转
低功耗
•在硬件设计上采用低功耗芯片
例如TelosB节点使用的微处理器,在正常工作状态下功率为3mW,而一
般的计算机的功率为200到300W
•软件节能策略来实现节能
软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低
功耗模式,仅在需要工作的时候进入正常状态
大规模长时间部署传感器的设计需求
灵活性与扩展性
•通信芯片的传输距离是选择传感节点的重要指标。
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
发射功率越大,接受灵敏度越高,信号传输距离越远。
•常用通信芯片: •CC1000:可工作在433MHz,868MHz和915MHz;
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
现代传感系统概述资料课件
![现代传感系统概述资料课件](https://img.taocdn.com/s3/m/4cddb99577a20029bd64783e0912a21614797ff2.png)
物流与仓储管理
通过传感器实现物品的位 置、数量、重量等信息的 自动识别和管理,提高仓 储和物流效率。
环境监测
空气质量监测
利用传感器监测空气中的污染物浓度,为环境保护提供数据支持 。
水质监测
通过传感器对水体中的各种指标进行实时监测,确保水质安全。
气象监测
利用传感器收集气象数据,为天气预报、气候变化研究等提供依据 。
无线传感器网络的发展
无线传感器网络技术的进步使得传感器能够实现 远程、实时、动态的数据采集和传输。
3
集成化与智能化趋势
传感器正朝着小型化、集成化和智能化的方向发 展,能够实现多参数、多功能检测,并具备自适 应、自校准等智能功能。成本与可扩展性 Nhomakorabea降低成本
随着技术的进步和规模化生产,现代 传感器的制造成本不断降低,使得更 多的应用领域能够实现传感器的普及 和推广。
交通安全预警
通过传感器监测路面状况、车辆行驶状态等信息,及时发出预警, 降低交通事故风险。
智能停车系统
利用传感器实现车位自动识别、停车位预约等功能,方便车主停车 。
04
CATALOGUE
现代传感系统的发展趋势与挑战
技术创新与进步
1 2
传感器技术不断升级
随着新材料、新工艺和纳米技术的广泛应用,现 代传感器的性能得到显著提升,精度、灵敏度和 稳定性不断提高。
类、预测等功能。
自适应控制
03
通过人工智能技术实现传感系统的自适应控制,以提高系统的
稳定性和响应速度。
03
CATALOGUE
现代传感系统的应用实例
工业自动化
01
02
03
自动化生产控制
通过传感器实时监测生产 过程中的各种参数,如温 度、压力、流量等,实现 自动化控制和优化。
传感器技术--ppt课件优选全文
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分辨率高 抗干扰能力强
数字量传感器
便于信号处理 实现自动化测量
稳定性好
适宜于远距离传输
一种能把被测模拟量直接转 换为数字量输出的装置,可 直接与计算机系统连接。
在一些精度要求较高的场合应用 极为普遍。工业装备上常用的数 字量传感器主要有数字编码器、 数字光栅和感应同步器等。
1.3.2 数字量传感器概述
1.3.3 模拟量传感器概述
电流变 送器
温湿度 变送器
压力变 送器
温度变 送器
各种变送器的实物图
液位变 送器
第二章:接近开关
第二章:接近开关
接近开关简介
接近开关又称无触点行程开关,它能在一定的距离内(零点几毫米
至几十毫米)内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时,就 可以发出『动作』信号。
空
空
电容式接近开关
OOFNF
空
电容式接近开关工特点和应用 第二章:接近开关
特点
小功率、高阻抗。 小的静电引力和良好的动态特性。 本身发热影响小。 可进行非接触测量。
应用 压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和
成分含量等测量之中。
第二章:接近开关
接近开关常见术语
接近开关术语
第二章:接近开关
有用
非电量
传感 元件
电量
信号调节 转换电路
电量
辅助电路
1.3传感器分类
传
开关量传感器
感
器 种
输出电信号 的类型不同
数字量传感器
类
模拟量传感器
1.3.1开关量传感器概述
开关量传感器
又称接近开关,是一种采用非接触式检测、 输出开关量的传感器。在自动化设备中应用 较为广泛的主要有磁感应式接近开关、电感 式接近开关、电容式接近开关和光电式接近 开关等。
现代传感器介绍PPT课件
![现代传感器介绍PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/c67297594b7302768e9951e79b89680203d86b88.png)
现代传感器介绍
引言
• 传感器技术是仿生学的一部分,向大自然以及人类自身学习是仿生学永恒 的主题,也是仿生传感技术的发展方向。传感器技术正式问世是在 20 世 纪中期,其大体经历结构型传感器、固体传感器、智能传感器三个历程。 传感器作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件,已经 成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。传感器技术与通信技术和 计算机技术已成为现代信息技术的三大支柱,是信息产业的重要基础。
• 抗原或抗体一经固定于膜上,就形成具有识别免疫反 应强烈的分子功能性膜。如,抗原在乙酰纤维素膜上 进行固定化,由于蛋白质为双极性电解质,(正负电 极极性随PH值而变)所以抗原固定化膜具有表面电 荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的 变化,可测知抗体的附量。
3室注入含有 抗体的盐水
抗体与固定化抗原 膜上的抗原相结合
便携式超声波 探鱼器
2024/6/4
27
超声波测量液位和物位原理
在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器,根据超声波 的往返时间,就可测得液体的液面。
多普勒效应
前进方向的 频率升高!
如果波源和观察者 之间有相对运动,那么 观察者接收到的频率和 波源的频率就不相同了, 这种现象叫做多普勒效 应。测出f 就可得到运 动速度。
传感器的能量转换过程
敏感元件
敏感元件
转换器件
电学量
转换电路
目录
• 一、光纤传感器 • 二、生物传感器 • 三、超声波传感器 • 四、红外线传感器
五、微波传感器 六、智能传感器 七、超导传感器
光纤传感器
• 光纤——光导纤维,是由石英、 玻璃、塑料等光折射率高的介 质材料制成的极细的纤维,是 一种理想的光传输线路。
引言
• 传感器技术是仿生学的一部分,向大自然以及人类自身学习是仿生学永恒 的主题,也是仿生传感技术的发展方向。传感器技术正式问世是在 20 世 纪中期,其大体经历结构型传感器、固体传感器、智能传感器三个历程。 传感器作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件,已经 成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。传感器技术与通信技术和 计算机技术已成为现代信息技术的三大支柱,是信息产业的重要基础。
• 抗原或抗体一经固定于膜上,就形成具有识别免疫反 应强烈的分子功能性膜。如,抗原在乙酰纤维素膜上 进行固定化,由于蛋白质为双极性电解质,(正负电 极极性随PH值而变)所以抗原固定化膜具有表面电 荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的 变化,可测知抗体的附量。
3室注入含有 抗体的盐水
抗体与固定化抗原 膜上的抗原相结合
便携式超声波 探鱼器
2024/6/4
27
超声波测量液位和物位原理
在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器,根据超声波 的往返时间,就可测得液体的液面。
多普勒效应
前进方向的 频率升高!
如果波源和观察者 之间有相对运动,那么 观察者接收到的频率和 波源的频率就不相同了, 这种现象叫做多普勒效 应。测出f 就可得到运 动速度。
传感器的能量转换过程
敏感元件
敏感元件
转换器件
电学量
转换电路
目录
• 一、光纤传感器 • 二、生物传感器 • 三、超声波传感器 • 四、红外线传感器
五、微波传感器 六、智能传感器 七、超导传感器
光纤传感器
• 光纤——光导纤维,是由石英、 玻璃、塑料等光折射率高的介 质材料制成的极细的纤维,是 一种理想的光传输线路。
《现代传感技术》黄元庆第3章
![《现代传感技术》黄元庆第3章](https://img.taocdn.com/s3/m/6af12336f111f18583d05a4c.png)
现代传感技术
黄元庆
CMOS传感器结构与工作原理
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 互 补金属氧化物半导体)图像传感器也是目前最常见的数字 图像传感器,广泛应用于数码相机、数码摄像机、照相手 机以及摄像头等产品上。
采用CMOS技术可以将光电摄像器件阵列、驱动和控制电路、信 号处理电路、模/数转换器、全数字接口电路等完全集成在一起, 可以实现单芯片成像系统,这已成为当前一个研究热点。
3.3 CCD与CMOS传感器的比较 3.4 图像测量技术
现代传感技术
黄元庆
CCD图像传感器
CCD(Charge Coupled Device)全称为电荷耦合器件, 是20世纪70年代发展起来的新型固体成像器件。
它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的,为半导体技术应用 开拓了新的领域。 它具有光电转换、信息存储和传输等功能,具有集成度高、功耗 小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点,能实现信息的获取、 转换和视觉功能的扩展,能给出直观、真实、多层次、内容丰富 的可视图像信息,被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、 传真通信以及工业检测和自动控制系统。 CCD是目前最为成熟,应用最为广泛的图像传感器,它的典型产 品有数码相机、摄像机等。
现代传感技术
黄元庆
CCD与CMOS传感器的比较
由于数据传送方式不同,因此CCD与CMOS传感器在效 能与应用上也有诸多差异,这些差异包括:
(1)灵敏度差异 (2)成本差异 (3)分辨率差异 (4)噪声差异 (5)功耗差异
现代传感技术
黄元庆
CMOS与CCD图像传感器的性能比较
MTF定义为:归一化的无量纲的零空间频率下的调制深度的值。
《现代传感技术与系统》课件第四章
![《现代传感技术与系统》课件第四章](https://img.taocdn.com/s3/m/41928e9d760bf78a6529647d27284b73f342364c.png)
第四章 智能传感器的外围技术
智能传感器的外围技术
4.1 微机电系统结构与元器件
01
01
02
03
4.2 智能传感器的通信
4.3 智能传感器的标准
02
03
第四章
*
4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
引言
1
面向微机电系统的微结构
2
微机电系统的常用元器件
3
其他微机械结构
4
微执行器的应用
4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
第四章
*
4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
3. 微控制阀 微控制阀是MEMS元器件中目 前为数不多的已经正式投产的产 品之一。右图是其结构示意。一 个硅流体驱动微阀门的规格大约 是5.5mm 6.5mm 2mm。顶端的 体型微加工空腔内充满了控制液体。在未被激活的状态,气体通过阀门流动。将电压施加于隔膜上的加热元件,将引起液体的充分膨胀而使隔膜偏移靠近阀座而阻断气流。阀门的动态范围从100,000到1,在20 psi的压力下,控制气流从每分钟4微升到每分钟4升。
第四章
*
4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
1、 冷却通道 在高性能集成电路底部的由平行微通道创建的微热管道能为最大限度地减少过热点提供冷却功能,改善性能,增加可靠性。图4.1.6是一个可行方案。当通道被蚀刻后,复合金属层真空沉积于通道边线上且将顶部密封。加热芯片位于一个流动浴槽中,填充大约占20%容积的流体,然后将顶端密封以保持流体不外溢。微热管的操作引起流体在高温区域蒸发,在低温区域冷凝,导致穿过集成电路的更加一致性的温度分布。对于更高性能的MPU和MCU,要增加到更高的操作频率,而这种形式的冷却可能要求避免封装尺寸和外部散热量的增加。
智能传感器的外围技术
4.1 微机电系统结构与元器件
01
01
02
03
4.2 智能传感器的通信
4.3 智能传感器的标准
02
03
第四章
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4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
引言
1
面向微机电系统的微结构
2
微机电系统的常用元器件
3
其他微机械结构
4
微执行器的应用
4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
第四章
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4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
3. 微控制阀 微控制阀是MEMS元器件中目 前为数不多的已经正式投产的产 品之一。右图是其结构示意。一 个硅流体驱动微阀门的规格大约 是5.5mm 6.5mm 2mm。顶端的 体型微加工空腔内充满了控制液体。在未被激活的状态,气体通过阀门流动。将电压施加于隔膜上的加热元件,将引起液体的充分膨胀而使隔膜偏移靠近阀座而阻断气流。阀门的动态范围从100,000到1,在20 psi的压力下,控制气流从每分钟4微升到每分钟4升。
第四章
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4.1 微机电系统结构与元器件
智能传感器的外围技术
1、 冷却通道 在高性能集成电路底部的由平行微通道创建的微热管道能为最大限度地减少过热点提供冷却功能,改善性能,增加可靠性。图4.1.6是一个可行方案。当通道被蚀刻后,复合金属层真空沉积于通道边线上且将顶部密封。加热芯片位于一个流动浴槽中,填充大约占20%容积的流体,然后将顶端密封以保持流体不外溢。微热管的操作引起流体在高温区域蒸发,在低温区域冷凝,导致穿过集成电路的更加一致性的温度分布。对于更高性能的MPU和MCU,要增加到更高的操作频率,而这种形式的冷却可能要求避免封装尺寸和外部散热量的增加。
【精品】传感器技术与应用PPT课件
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组成十几至几十种检测仪表实时监测和指示各部位的工作
状况。至于在新机型设计、试验过程中需要检测的物理量 更多,而检测点通常在5000点以上。在火箭、导弹和卫星 的研制过程中,需动态高速检测的参量很多,要求也更高;
没有精确、可靠的检测手段,要使导弹精准确命中目标和 卫星准确入轨是根本不可能的。
2023/4/2
玻璃
温度计不属 于本教材所 讲授的传感
器范围。
2023/4/2
6
能将温度转换为电压的传感器—热电偶
2023/4/2
7
2.检测的基本概念
• 检测就是人们借助于仪器、设备,利用各 种物理效应,采用一定的方法,,将客观 世界的有关信息通过检查与测量获取定性 信息的认识过程。
• 核心部件就是传感器 • 两个方面:检查获取定性信息,测量获取
2023/4/2
11
• (2) 信号处理电路
• 传感器输出的信号常常需要加工和处理,如放大、 调制、解调、滤波、运算以及数字化等,通常由 信号处理电路来完成。它的主要作用是把传感器 输出的电学量变成具有一定功率的模拟电压(电 流)信号或数字信号,以推动后级的输出显示或 记录设备、数据处理装置及执行机构。如图0—1 中b部分为信号处理电路。
2023/4/2
13
目前常用的显示器有四类:模拟显示、数字 显示、图象显示及记录仪等
模拟显 示的特 点:直
观
2023/4/2
14
数字式仪表
数字式仪表 的特点: 准确,但最 后一位经常 跳动不止。
热敏电阻
2023/4/2
15
LED、LCD的特点:
LED亮度高、耐振动;LCD耗电省、集成度高, 但不利于夜间观察。
2023/4/2
状况。至于在新机型设计、试验过程中需要检测的物理量 更多,而检测点通常在5000点以上。在火箭、导弹和卫星 的研制过程中,需动态高速检测的参量很多,要求也更高;
没有精确、可靠的检测手段,要使导弹精准确命中目标和 卫星准确入轨是根本不可能的。
2023/4/2
玻璃
温度计不属 于本教材所 讲授的传感
器范围。
2023/4/2
6
能将温度转换为电压的传感器—热电偶
2023/4/2
7
2.检测的基本概念
• 检测就是人们借助于仪器、设备,利用各 种物理效应,采用一定的方法,,将客观 世界的有关信息通过检查与测量获取定性 信息的认识过程。
• 核心部件就是传感器 • 两个方面:检查获取定性信息,测量获取
2023/4/2
11
• (2) 信号处理电路
• 传感器输出的信号常常需要加工和处理,如放大、 调制、解调、滤波、运算以及数字化等,通常由 信号处理电路来完成。它的主要作用是把传感器 输出的电学量变成具有一定功率的模拟电压(电 流)信号或数字信号,以推动后级的输出显示或 记录设备、数据处理装置及执行机构。如图0—1 中b部分为信号处理电路。
2023/4/2
13
目前常用的显示器有四类:模拟显示、数字 显示、图象显示及记录仪等
模拟显 示的特 点:直
观
2023/4/2
14
数字式仪表
数字式仪表 的特点: 准确,但最 后一位经常 跳动不止。
热敏电阻
2023/4/2
15
LED、LCD的特点:
LED亮度高、耐振动;LCD耗电省、集成度高, 但不利于夜间观察。
2023/4/2
现代传感系统概述
![现代传感系统概述](https://img.taocdn.com/s3/m/2129245d4531b90d6c85ec3a87c24028915f85d1.png)
统和数据查询子系统组
管 理 层
成,具有开放互联能力,
支持网上测试应用服务
的功能。
测
量
层
客户端
查询显示
客户端
客户端
客户端
Internet
数据库
测量系统中心服务器
测量任务
数据处理 任务分类
测试服务
系统维护
总 线
测量仪器
测量对象
Internet
总
总
线
线
测量仪器
测量仪器
测量对象
测量对象
现场测量中心
总 线
测量仪器
12.1.2 现代传感系统的发展趋势
❖ 数据融合:对冗余数据进行网内处理,即中间节点在转发传 感器数据之前,首先对数据进行综合,去掉冗余信息,在满 足应用需求的前提下将需要传输的数据量最小化。在网内进 行数据融合,可以在一定程度上提高网络收集数据的整体效 率。数据融合减少了需要传输的数据量,可以减轻网络的传 输拥塞,降低数据的传输延迟。数据融合技术能够充分发挥 各个传感器的特点,利用其互补性、冗余性,提高测量信息 的精度和可靠性,增加了数据的收集效率,延长系统的使用 寿命。
测量对象
12.2.2 典型分布式测量系统的组成结构
客户层是由一台或多台 计算机(或终端设备) 组成,以网络互联方式 接入测量系统,负责与 普通用户的交互。普通 用户可以完成试验浏览、 试验预约和数据查询、 分析处理等过程。
查询显示
客 户
客户端
客户端
客户端
客户端
层
Internet
测量系统中心服务器
测量任务
❖ 分布式测量系统是计算机技术、网络通讯技术、测量技术发 展并紧密结合的产物,可实现测量设备的动态配置,测量数 据的资源共享,增加了系统的灵活性、移植性和扩展性。
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第三章(3)
1
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
要点2: 生物间信息传递的基本要求 ---- 分泌、传输及接收 在接收机理中,每一个特殊的分子信息被选择性地识别。
能在目标细胞中分辨相应分子信息的是接收体蛋白质。 第一类:与离子通道相关的接收器 第二类:与G蛋白相关的接收器构成 第三类:包括磷活化酶相关的接收器。
第三章(3)
3
第三章(3)
4
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
方式2: 非特定接收器和神经网络的集成
可对一定范围内的分子产生响应。许多络合物质及生物体可以作为非 特定型接收器工作。这些物质根据每一类设定目标分子的反映特性,以略 微不同的方式对其作出响应。通常需使用几种非特定型接收器去分辨某一 种特定的气味或味道。
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
要点1. 生物系统的分子识别机理 ----细胞通讯与神经突触 胰导素类的荷尔蒙分子通过遍布全身的特殊细胞分泌,
这种分子从正在分泌的细胞到特殊的目标细胞之间传递相应信 息。通过这些信息分子的交换,在生物系统实现了细胞间的通 讯。
另一种细胞间的联系产生于神经突触(synapse),即神经 元之间的结点。神经末梢分泌神经传递分子。因为相邻神经元 之间通过3nm的气隙连接,分泌的神经传递物质扩散至相邻的 神经元从而实现信息.3.4 用于分子识别的生物传感器
⑵ 用于乙醇识别的生物催化传感器
将镀铂电极浸入含有酒精脱氢酶的溶液中,脱氢酶与麦尔 多拉蓝(meldola’s blue)合成然后转化为含吡咯(pyrrole) 的溶液。乙醇或以气态或以液态渗透薄膜,并且由酒精脱氢酶 键合膜来识别。在酶的活跃点经过酒精脱氢酶,电子从乙醇转 移 到 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 ( NAD nicotinamide adenine dinucleotide),其结果是NAD的减小。在减小的NAD表现形式与 电极之间,麦尔多拉蓝与吡咯形成了一个电子传输网络。
用于ATP识别的ATP酶基生物传感器已通过固定型ATP酶与 热电阻偶合的方式得以实现。因为热是通过生物催化反应定 量产生的,ATP酶对ATP的识别是经由热电阻转化的。
此外,荧火虫的莹光酶是通过光纤或光导与光计数器或 光电二极管偶合的。
第三章(3)
10
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
(4) 用于同类免疫测试的光学免疫传感器
免疫传感器的选择性可能是基于抗体的选择性分子辨识。源于抗体对 相应抗原的极高的吸附性,免疫测试技术通常可提供高度的选择性。然而, 如果没有明显合适的标记,取得高灵敏度从技术上来说是很困难的。象酶 这样的标记可在化学放大的基础上,大大提高选择性。这样,为获得最终 的高灵敏度,各种标记已经与免疫传感器结合起来。用于标记的可能候选 材料包括芘(pyrene)、氨基苯二酰一肼(luminol)和荧光素(luciferin) 等荧光物质。其中氨基苯二酰一肼对于构筑一个同类免疫测试系统表现出 完美的特性。它的电激发化学荧光特性在呈中性PH值的特殊领域应用已获 深入的研究。
第三章(3)
11
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
(5)用于抗癌与抗病毒基因识别的DNA相干作用特征辨识 的电化学荧光传感 三羟钌菲咯啉(phenanthroline)基于电化学反 应产生电化学荧光。若存在草酸盐,荧光会显著地增 强。最近的研究表明,可将菲咯啉配体置于DNA双螺 旋体基对之间。由于受到DNA分子空间排列的阻碍, 钌络合物位于DNA的主轨道内不发射荧光。
第三章(3)
6
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
信号变换部分 分子辨识之后是和用电化学、光、热或者声学装置实施的
信号转换。因为生物催化作用常伴随着这些领域中的参量变化, 所以生物催化型的生物传感器可分为:电化学、光学、热学和 声学传感四类,主要取决于它们的信号转换原理。
第三章(3)
7
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
第三章(3)
9
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
⑶ 用于三磷酸腺苷(ATP)识别的生物催化传感器
ATP是由ATP酶和荧火虫的莹光酶选择性辨识的。ATP酶催 化ATP的分解,生成二磷酸腺苷(ADP),当荧光和ATP出现时, 荧光酶产生冷光,因为具有与ATP极为密切的相关性,荧火虫 的荧光酶是非常合适的高敏感性ATP测量介质。
每种非特定接收器与一个信号交换装置成对配置。整个传感系统由多 段组合了具有不同特性的非特定接收器组成,对特定的分子来说,这些分 段的输出信号可能是不相同的。
传感部分的输出信号被传输到神经元网络,经学习之后,借助于接收 器的非特定识别和神经元网络的模式识别,整个传感系统就可以区分识别 特定的分子了。
第三章(3)
要点5: 生物催化传感器应用例证 ⑴ 用于葡萄糖识别的生物催化传感器
葡萄糖是通过葡萄糖氧化酶识别的。氧化酶催化了葡萄糖的 氧化作用,产生了糖化酯类和过氧化氢。葡萄糖氧化酶能严格地 从其它分子中分辨出β-D-葡萄糖。
对于葡萄糖的选择性测定,有几种信号传输机理:从过氧化 氢或氧分子转换为电流信号;从葡萄糖氧化酶的电子传输获取电 流信号以及通过场效应管获取电压信号
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3.3.4 用于分子识别的生物传感器
要点4: 生物催化传感器的常见结构 分子辨识部分
酶是这类传感器最通用的分子辨识部件,通过在多点的特 定交互作用以及随之而来的特殊催化反应,酶的催化作用被精 心设计以辨识对应的基原物质。辨识对象限定于酶反应物和其 它一些物质。目前已应用的例证大概有:葡萄糖、果糖、蔗糖; 谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸;胆固醇、神经脂类;尿素和三磷酸 腺苷 (ATP Adenosine triphosphate)等。
第三章(3)
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3.3.4 用于分子识别的生物传感器
要点3: 用于分子辨识的生物传感器设计原理 方式1: 实施面向特定目标的接收器蛋白质的选择
早在1970年以后就受到充分的关注。这种类型生 物传感器的最重要部分是用于分子辨识的装有生物材 料的接收器。有两组生物材料可用于接收器:以酶为 代表的生物催化物质和包括抗体与连接蛋白质在内的 生物吸附物质。