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集成加速度传感器的软件设计

摘要

在加速度测试系统传统结构中，从传感器、温度偏移纠正电路、放大电路到数据采集各设备往往都是孤立的，不便于携带并受到测量空间的限制。本文介绍了一种利用单片机集成系统进行数据采集与传输的方案，较好的解决了系统集成化问题。

方案采用通用性较强，价格便宜的80C51单片机；人机接口采用8297；A/D转换器采用ADC0809；片外存储器选用两片6264，容量扩至16k×8；数据传输采用USB，用CH375芯片作为单片机串行口与USB的连接芯片。数据采样频率设为六种可选，最小至0.2ms，最大至625ms，可以适应不同的应用场合。

单片机系统在实际工业系统中可能会遇到各种干扰和自身的随机性误差，目前的抗干扰方法主要有硬件看门狗技术和软件陷进技术等，本方案将两种方法结合起来，进一步提高了系统的稳定性。

关键词:单片机;数据采集;硬件看门狗;中断系统;串行通信

The software design of the integrated accelerometer

Abstract

In traditional acceleration test system, components form accelerometer, temperature compensation, electric enlarge circuit to data acquisition unit are all stand alone, inconvenience in take and being subjected to the measuring space. This text introduced a method that using integration system of single chip microcomputer for data acquisition and deliver, resolving the integration of the system.

This project adopts in general used, low-cost 80C51 system;Person's machine connects to adopt 8297;The A/D conversion machine adoption ADC0809; RAM use two slices of 6264 , the capacity expands to the 16 k × 8;Data_deliver uses the USB, using the CH375 chips as conjunct chip between the USB and the serial interface. The date- acquisition frequency sets for six kinds of eligibility, the minimum to 0.2 ms, the biggest to 625 ms, adapting different applied situation Single chip microcomputer system may fall across some impacting factors and self random error, the current anti- impacting methods mainly have the hardware watchdog technique and software trap method etc. This project put together two kinds of methods, further raising the stability of the system

Keyword:single chip microcomputer;data-acquisition; the hardware watchdog;outage system;serial communication

第一章引言 (1)

1.1 当前加速度测试系统的使用现状及存在缺陷 (1)

1.2 加速度测试系统传统构造 (1)

1.3 论文的预期目标 (3)

第二章系统的硬件组成 (3)

2.1 系统的硬件总体设计 (3)

2.2 A/D转换模块 (5)

2.2.1 A/D转换模块的设计 (5)

2.2.2 数据存储器的扩展 (7)

2.3 键盘显示接口的设计 (7)

2.3.1 8279的介绍 (7)

2.3.2 接口的设计 (10)

2.4 数据传输模块 (11)

2.4.1 CH375芯片简介 (11)

2.4.2 数据传输模块设计 (14)

2.5 看门狗复位电路 (14)

第三章系统的软件实现 (15)

3.1 软件的总体结构 (15)

3.2 数据采集子程序 (17)

3.2.1 采样频率 (17)

3.2.2 数据采集 (18)

3.3 指令采集子程序 (19)

3.3.1 8279的初始化 (19)

3.3.2 指令采集程序的设计 (21)

3.4 数据传输子程序 (21)

第四章系统抗干扰设计 (22)

4.1 干扰源及其传播途径 (23)

4.2 系统抗干扰措施 (24)

第五章结论 (25)

致谢 (26)

参考资料 (27)

附件 (27)

1.引言

1.1当前加速度测试系统的使用现状及存在缺陷

机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。

机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。

加速度传感器是目前应用广泛的测量振动与冲击的装置。在航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量等技术领域中，已经越来越广泛的应用到传感器，而其中不

乏加速度传感器的身影。

从加速度传感器采集到数据后，通过温度偏移纠正电路、电荷放大电路再到数据采集就组成了加速度测试系统。在传统的系统结构中，这些设备往往都是孤立的，不便于携带，同时在测量空间狭小时也很不方便。

1.2加速度测试系统传统构造

现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路 (信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的关系可用图1.1的框图来表示。

图1.1测试系统的组成

其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位置。它获得信息的正确与否，直接影响到整个测量系统的测量效果。测量电路的作用是把传感器的被测量

传感器测量电路指示仪器

记录仪器

数据处理仪

输出变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。

常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2所示：

图1.2压电加速度传感器动态测量系统

1.3论文的预期目标

针对目前加速度测试系统存在的缺陷，开发出一种集成加速度测试系统。论文的预期目标为：

1．设计系统的硬件结构（不包括A/D 转换器前端装置）

在硬件方面，要对集成加速度传感器硬件总体进行设计，并对数据采集系统的硬件电路进行设计。系统为一个以 80C51 单片机为核心组成的数据采集系统，具有人机对话功能，可选择采集频率、通道等。系统工作时，首先初始化各功能寄存器及8079等外围芯片，而后开始采集，模拟信号经过ADC0809进行 A/D 转换变为数字信号送入单片机，然后再送入计算机进行处理。

2．设计系统软件

在软件方面，按程序结构可分为以下两个部分：（1）主程序，使硬件接口和监控程序的各工作单元置成初始状态。（2）中断服务子程序：包括接受键盘指令子程序、数据采集子程序、数据传输子程序等。被测非电量压电加速度

传感器补偿电

路

记录

器电荷放大器数据处理器

3．系统的抗干扰设计

在工业应用环境下，往往存在着系统内在和外界环境的各种干扰。在分析或设计数据采集系统时，必须考虑到可能存在的干扰对电路的影响。所以把抗干扰问题作为系统设计中一个至关重要的内容，贯彻在整个设计工作中，从硬件、软件上采取相应的措施以增强其抗干扰能力。

2.系统的硬件组成

2.1 系统的硬件总体设计

系统的硬件分为两大部分：传感器电路部分和微机主控板部分。系统硬件结构框图如图2.1所示：

图2.1 系统硬件结构示意图

系统工作原理：首先将传感器置入待测设备中，按下复位键迫使系统复位，回到程序开始处。传感器将采集到的数据通过温度补偿电路、电荷放大A/D 转换器

ADC0809

80C51单片机 USB 接口芯片

CH375

硬件看门狗电

路 USB 接口被测量加速度传感器电荷放大电路单片机主控板

传感器电路部分

两片6264数

据存储器键盘显示器接口

8279

电路、A/D转换器，在预定的采集频率下将选定通道的数据传到单片机并进行存储。然后再将数据通过USB接口芯片CH375传到计算机系统进行分析和处理。

由于数据的采集和传输是分段进行的，因此第一次的采集频率可能不能满足要求（信号采集过疏，不能反映信号的实际情况；过密，则容易造成存储空间的浪费）。为此，可以进行下一轮数据采集，此时可根据前一轮的情况进行调整，即在系统复位、开始（显示字母P）后按下所选频道开关。后续工作同上。

单片机主控板按功能划分，可以分为以下几个功能模块：

1A/D转换模块

由A/D转换器和80C51单片机构成。系统采用ADC0809作为A/D转换器，将从电荷放大器传来的模拟信号转换为数字信号，再传送给80C51。其中，ADC的8位通道用到3位，采样频率由软件设定。

2数据传输模块

系统选用通用性较强的USB接口传输。系统选用CH375作为USB接口芯片。CH375与单片机之间采用串行通信方式，当数据采集结束后就可以将数据用USB接口传到计算机了。

3 键盘显示接口模块

硬件中设计了2×8键盘，4个LED显示器，通过8279与80C51相连。通过键盘设定数据采集的通道、频率，并在必要的时候强制复位。显示器用于显示采样过程中的相关参数。

4 看门狗复位电路

系统采用两片CD4040 十二位二进制串行计数器构成的“看门狗”电路，有效避免了系统运行过程中程序的跑飞或者由于外界干扰所造成的死机现象。

2.2 A/D转换模块

2.2.1 A/D转换模块的设计

此模块用于将模拟信号转换为数字信号。采用8位A/ D转换器ADC0809

实现模/ 数转换。ADC0809 是8 路8 位逐次逼近式A/ D 转换器,它能分时地

对8路模拟量信号进行A/ D转换,结果为8位二进制数据, 其转换速度约为100

μs, 分辨率为19mV。ADC0809 是CMOS集成电路,可与单片机的数据总线直

接相连,而且有8 路模拟开关,可以直接连接8个模拟量,实现多路转换功能（方

案只用到3个通道）。并且它与单片机的接口简单,使用方便。ADC0809与80C51

单片机的连接如图2.2所示,分别为：

(1) ADC0809 的时钟CL K由80C51 的地址锁存端AL E信号经过二分频后产生。

(2) ADC0809 的数据线D0～D7与单片机的数据总线直接相连。

(3) ADC0809 的地址选择端ADDA、ADDB、ADDC 与80C51 的数据总

线AD0、AD1、AD2直接相连。

INT接口。

(4) ADC0809 的A/ D 转换结束信号EOC 接80C51的1

(5) ADC0809 地址锁存信号和起动信号START 接在一起,并经过反相器

与80C51的写信号WR相连,80C51读信号端RD经反相器与0809 的OE 端相连,

完成输出允许控制,读写控制均由译码器的2

Y控制。

INT 对A/ D转换结果的读出采用中断方式,即EOC经反相器接至80C51的1接口，每次通过写信号起动A/ D转换后,EOC 呈高电平,表明A/ D转换结束,

于是启动中断1将数据读入80C51 的RAM区

图2.2 A/D 转换模块与80C51的接口电路

2．2．2 数据存储器的扩展

由于80C51单片机系统只有80B 的数据缓冲器，需要扩展片外存储器。根据一般经验，采用2片6264芯片扩展数据存储器。单片机与6264的连接电路如图2.3： 8 3 ÷2 74LS138 Y2 ALE

80C51

INT 1

WR P2.5~2.7 RD CLK A D0 B D7 C ADC0809 EOC VR(+) ST VR(-)

P0.0 P0.1 P0.2 +5V GND

IN0

IN7 ≥1 ≥1

生物传感器的研究现状及应用

生物传感器的研究现状及应用生物传感器？这个熟悉但又概念模糊的名词最近不断出现在媒体报道上，生物传感器相关的研究项目陆续获得巨额的研究资助，显示出越来越受重视的前景。要掌握生命科学研究的前研信息，争取好的研究课题和资金，你怎能不了解生物传感器？让我们来看看生物通最近的一些报道：英国纽卡斯尔大学科学家研发了可用于检测肿瘤蛋白以及耐药性MASA细菌的微型生物传感器。该系统利用一个回旋装置来检测，类似导航系统和气袋的原理。振荡晶片的大小类似于一颗尘埃尺寸，有望可使医生诊断和监测常见类型的肿瘤，获得最佳治疗方案。该装置可以鉴定肿瘤标志物－蛋白以及其它肿瘤细胞产生的丰度不同的生物分子。该小组下一步目标是把检测系统做成一个手持式系统，更加快速方便地检测组织样品。欧共体已经拨款1200万欧元资金给该小组，以使该技术进一步完善。苏格兰IntermediaryTechnologyInstitutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（BiosensorPlatform）”——一种治疗诊断技术。作为将诊断和治疗疾病结合在一起的新兴疗法，能够在诊断的同时，提出适合不同病人的治疗方案，可以降低疾病诊断和医学临床的费用与复杂性，同时具备提供疾病发展和药品疗效成果的能力。目前该技术已被使用在某些乳癌的治疗上，只需在事前做些特殊的测试，即可根据结果决定适合的疗程。这个技术更被医学界视为未来疾病疗程的主流。来自加州大学洛杉矶分校的研究者使用GeneFluidics开发的新型生物传感器来鉴定引起感染的特定革兰氏阴性菌，该结果表明利用微型电化学传感器芯片已经可以用于人临床样本的细菌检查。GeneFluidics'16-sensor上的芯片包被了UCLA设计的特异的遗传探针。临床样本直接加到芯片上，然后其电化学信号被多通道阅读器获取。根据传感器上信号的变化来判断尿路感染的细菌种类。从样品收集到结果仅需45分钟。比传统方法（需要2天时间）

光电集成电场传感器的论述

光电集成电场传感器的设计应用、改良、或维护等等即可，内容不要很多，20多页即可。

摘要在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。基于光电集成技术的电场传感器具有良好的抗电磁干扰能力和很快的响应速度。为了能够测量高电压电力系统中的瞬变电场，该文在基于光电集成技术的电场传感器工作原理的基础上，提出了一种适用于强电场测量的光电集成传感器设计方案。该文将电场传感器分解为调制器和偶极子天线，给出了传感器的等效电路，分别计算了调制器和偶极子天线的参数，最后对电场传感器传递函数的幅频特性及最大可测电场进行了计算。分析计算的结果表明，所设计的电场传感器最大可测电场幅值接近lO6V／m，同时具有较好的频响特性。关键字：光电效应光电元件光电特性传感器分类传感器应用电场传感器

Summar The rapid development of science and technology in the modern society, human beings have into the rapidly changing information era, people in daily life, the production process, rely mainly on the detection of information technology by acquiring, screening and transmission, to achieve the brake control, automatic adjustment, at present our country has put detection techniques listed in one of the priority to the development of science and technology. Because of microelectronics technology, photoelectric semiconductor technology, optical fiber technology and grating technical development makes the application of the photoelectric sensor is growing. The sensor has simple structure, non-contact, high reliability, high precision, measurable parameters and quick response and more simple structure, form widely applied in photoelectric effect as the theoretical basis, the device by photoelectric material composition. Based on the photoelectric integration technology electric

光纤电场传感器的有限元分析

光纤与电缆及其应用技术!"#$%&’($)*+,-’*%#+$%.&)’* /00/年第1期2341/00/ !收稿日期"/0056506/78!修订日期"/00/601659 !作者简介"周涛:5791;<= 男=湖北省广水市人=武汉理工大学机电学院学生4 !作者地址"湖北省武汉理工大学马房山校区西院9> ?信箱@@@@@@@@@@@@A A A A =B >0090 理论研究光纤电场传感器的有限元分析周涛 :武汉理工大学机电学院=湖北武汉C D E E F E < ! 摘要"介绍了具有压电聚合物护套的光纤电场传感器的有限元分析=这种光纤电场传感器能响应500G H 至10IG H 的频率J 采用有限元分析可以预知低频段:轴向非约束<04057+&K L :M N O < 的相位偏移和在高频段:轴向约束

! 文献标识码"S !文章编号"500T 6570P :/00/<016000760B U V W V X Y Y Z Y [Y W X \W \Z ]^V ^_‘‘V a Y b _c X V d Y Z Y d X b V d ‘V Y Z e^Y W ^_b f G ! g R &3 :hi j \Wk W V l Y b ^V X ]_‘m Y d j W _Z _n ]=hi j \W C D E E F E =o i a Y V =p j V W \

MEMS加速度传感器

MEMS加速度传感器一．有关MEMS与MEMS传感器 MEMS是微机电系统的缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。目前，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中微传感器占相当大的比例。微传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。本文概述MEMS为加速度传感器的类型、工作原理、性能、应用和发展方向。重点介绍一下电容式MEMS加速度传感器和MEMS传感器的应用二．MEMS微加速度传感器的原理 MEMS技术所制造的加速度传感器根据原理分类有压阻式加速度传感器、压电式加速度传感器、电容式加速度传感器、热电偶式加速度传感器、谐振式加速度传感器、光波导加速度传感器，其中应用最广泛、受关注程度最高的是电容式加速度传感器。传统加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。 2.1压阻式加速度传感器

生物传感器综述

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生物传感器课程论文论文题目：生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展专业: 分析化学姓名:雷杰学号：120１5１305２9 指导教师：晋晓勇时间：２０1５年1０月23日

生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展摘要：生物传感器作为一类新兴传感器,它是以生物分子敏感元件,将化学信号、热信号、光信号转换成电信号或者直接产生电信号予以放大输出,从而得到检测结果。文章综述了生物传感器在环境监测,包括水环境、大气环境等领域的应用和最新进展,并展望了环境监测生物传感器的发展前景及发展方向。关键词:生物传感器技术；环境分析检测;

０.前言生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科，它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段，它仍然处于十分活跃的研究阶段,生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器,生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能，从它的选择性,稳定性，灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面,它的发展对生产生活都有极大影响，尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广,从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究，从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等,物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。生物传感器识别和检测待测物的工作原理:首先,待测物分子与识别元素接触；然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素；识别元素与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

电场传感器现

电场传感器电场传感器是一种具有良好的抗电磁干扰能力和快速响应速度的传感器。它能够测量高电压电力系统中的瞬变电场，可广泛用于电场强度的探测。为气象保障提供可靠的手段和依据，避免了强电场的破坏作用，对发射器升空具有重大的意义。电场传感器的现状电场的探测不仅对导弹、火箭、航天器发射升空中意义重大,而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、贮油站、炸药厂、壁纸厂、矿山开采、森林防火、工厂内部静电场等地面上易引起静电和易受静电及雷电危害的场所也有着广泛的应用。国内外先后研制出多种电场传感器对电场强度进行监测,可以直接测量地面或空中电场强度,实施有效的监测和分析,为气象保障提供可靠的手段和依据,避免了强电场的破坏作用。目前已有的电场传感器只能检测一维或两维电场强度,探测方向一般与传感器主轴方向平行或垂直。电场传感器的应用电场传感器在生活中的应用非常广泛，其意义重大，以电场传感器MC33794为例，其适用领域如下： (1)家用电器可轻松植入自动开关功能。如果在某些电器的控制端中嵌入几个电极，这些电器被移动时就会自动启动，而放回原处时又会自动断电关闭。另外还可嵌入更多的电极，并定义这些电极的功能，从而能让使用者通过轻微触动这些电极控制家用电器。 (2)能够方便地实现包括液位检测、溢出检测和湿度检测等应用。例如，可对炉火进行编程控制，当炉上的液体被加热至沸腾溢出时，炉火能够自动减小或关闭。 (3)应用在触摸屏输入中，而无需薄膜开关或昂贵的多层电阻式触摸板，也无需接触式的机械装置就可以感应到输入情况，因而能消除接触式机械装置常碰到的磨损、灰尘和腐蚀等问题，尤其适合在恶劣环境下工作。 (4)在汽车安全中的应用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保护系统中采用了飞思卡尔的MC33794电场式成像器件来探测乘客的身型和位置，以决定是否需要弹出安全气囊，避免乘客因气囊弹出而受伤。电池传感器的发展随着空间科学技术的飞速发展，为了保障航天器的安全升空与运行，对空间环境的探测越来越引起人们的重视。大气电场是空间物理和空间环境的一个很重要的参数飞行器穿越强电场区域时，有可能遭到雷击或诱发闪电，造成飞行器的损坏，监测和探测电场的数值及其变化对飞行器发射升空意义重大。国内外先后研制出多种电场探测装置对大气电场进行监测，主要有双球式电场仪、火箭电场仪和旋片式电场传感器等，探测方向一般与传感器主轴方向平行或垂直，实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。而大气电场是以三维矢量形式存在的，只对矢量电场的一个或两个分量探测时，探测到的电场值可能有较大的偏差。目前电场传感器只能探测电场强度矢量一维或者二维方向分量,尚无法精确地反映空中及地面电场强度大小。现面向一种新型三维电场传感器发展,它由轴

生物传感器的发展现状与趋势

生物传感器的应用与发展趋势摘要：生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术, 是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置，具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续检测的特点。生物传感器的高度自动化、微型化与集成化，减少了对使用者环境和技术的要求，适合野外现场分析的需求，在生物、医学、环境监测，视频，医药及军事医学等领域有着重要的应用价值。关键词：生物传感器;应用;发展趋势 1生物传感器从几百年以前,人类就已经在使用生物传感器,而生物传感器的研究始于1962年,Clark和Lyons首先提出使用含酶的修饰膜来催化葡萄糖,用pH计和氧电极来检测相应的信号转变。1967年,Updike和Hick 正式提出了生物传感器这一概念,并成功制备了第一支葡萄糖生物传感器,这一工作对生物学来说具有里程碑意义。生物传感器研究的全面展开是从20世纪80年代开始的,1977年,Kambe等用微生物作识别元素制备了生物传感器,为拓宽检测物的范围,所用到的识别元素不断得到扩展,如细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素先后被应用于生物传感器的构筑中。换能器的种类和质量也不断得到提高和发展,随后细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素也被应用于生物传感器中。逐渐从电化学向光谱学、热力学、磁力、质量及声波等方向拓展,这也使得生物传感器在种类和应用领域上得到发展。 1.1 生物传感器简介生物传感器指对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质与适当的理化换能器如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器:微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器，研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。在21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。 1.2 生物传感器的分类生物传感器主要有下面三种分类命名方式： 1．根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。相应的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2．根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3.以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲和型生物传感器、代谢型或催化型生

生物传感器的原理及应用

生物传感器的原理及应用摘要: 随着信息技术与生物工程技术的发展，生物传感器得到了极为迅速的发展，当今各发达国家都把生物传感器列为21世纪的关键技术，给予高度的重视。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。关键词:生物传感器；原理；应用；发展 Abstract: As information technology and biological engineering technology, bio-sensors has been very rapid development，today's developed countries regard the biosensor technology as the key to the 21st century, given a high priority. Biosensors are widely used in traditional medicine not only to promote the development of medicine, but also in space life science, food industry, environmental monitoring and widely used in military and other fields. Keyword s: biosensor; principle; application; development

目录一. 引言 (4) 二. 生物传感器的原理 (4) 三. 生物传感器的应用 (5) 3.1.生物传感器在医学领域的应用 (5) 3.1.1. 基于中医针灸针的传感针 (5) 3.1.2.生物芯片 (5) 3.1.3.生物传感器的临床应用 (5) 3.2.生物传感器在非传统医学领域的应用 (6) 3.2.1．在空间生命科学发展中的应用 (6) 3.2.2．在环境监测中的应用 (6) 3.2.3．在食品工程中的应用 (6) 3.2.4．在军事领域的应用 (6) 四. 生物传感器的未来 (7) 五. 结束语 (7) 六. 参考文献 (7)

光学电场传感器的研究_章超重点

2013.No31摘要通过光电传感器检测绝缘子周围场强的分布,研究光电传感器的原理。对光电效应的理论进行研究,由于电场强度的变化会引起晶体介电常数的变化,通过对介电常数变化来分析,检测场强的大小,同时由于晶体不含任何金属所以对于周围电场影响小可以减小测量误差。关键词光电传感器光电系数介电常数电场强度相位差根据经典电学理论,电位移矢量D和电场强度E存在如下关系式:D=εE。式中ε称为介电常数,对于各向异性的晶体, ε是一个二阶张量,D和E的三个分量可以用下式表示其中εij是二阶对称张量,独立分量个数为6个。折射率n0和介电常数ε0的关系为n02=ε0。外加电场引起

晶体的介电常数发生变化,相当于折射律的变化,因此 n=n0+αE ε0、n0是静电场时的介电常数和折射率。aE引起的折射率变化称为线性电光效应(Pockels效应。引入逆介电张量β0=1/ε0,外加电场引起变化表示为? β,对于存在线性电光效应的晶体有: ?β=γE γ称为线性电光系数,由于β独立分量有6个(同ε,电场方向的独立分量有3个,所以γ独立分量为6x3=18个该矩阵乘法记为: ?βn=γnkEk 外加电场使晶体折射率的变化可以用折射率椭球方程来描述,椭球体的矢径方向表示光线的坡印亭方向,其长度表示该方向折射率。折射率椭球一般方程式展开写成: β1x12+β2x22+β3x32+2β4x2 x3+2β5x1 x3+2β6x1 x2=1 1 理论原理 1.1 光学电场传感器原理电场传感器的基本原理:光源发出激光耦合入单模光纤,

传感头内通过准直透镜将激光耦合到空间中,用起偏器使其成为线偏振光,再经过1/4波片后分裂成圆偏振光,其快慢轴分别平行于BGO晶体在电场作用下的两个感应主轴,通过晶体后,其偏振态不变,但是相位发生了变化,且和被测电场强度相关。用检偏器将两束相互垂直的偏振光提取同方向分量,得到干涉光强。将出射光进行光电转换,把光强的变化变成电信号的变化,反应被测电场的变化 BGO晶体的线性电光系数矩阵如下: 光学电场传感器的研究章超 1 朱龙顺 2 (1,山西省电力公司长治供电分公司,山西长治 046000 将BGO晶体的线性电光系数代入?βn=γnkEk得其中(E1,E2,E3是外电场E在电光晶体主轴方向的分量, 展开得 ?β1=?β2=?β3=0,?β4=γ41E1,?β5=γ41E2,? β6=γ41E3 在没有外电场及干扰双折射时,BGO晶体是光学各向同性体,其逆介电张量: β1=β2=β3=β0=1/ε0,β4=β5=β6=0 在外加电场E的作用下,BGO晶体的折射率椭球方程: (x12+x22+x32/n02+2γ41(E1x2 x3+ E2x1 x3+ x1 x2=1当通光方向和外加电场方向平行时,电场作用下的光轴方向为y1y2y3,调制偏振光振动方向为y1y2

生物传感器原理及应用

Chapter １生物传感器（Biosensors） ? 1.1 Generalization（概述）? 1.2 Principle （基本原理）? 1.3 Classification（分类）? 1.4 Application（应用）

1.2 生物传感器工作原理被测对象生物敏感膜（分子识别感受器）电信号换能器物理、化学反应化学物质力热光声 . . . 图16-1 生物传感器原理图

BIOSENSORS 1.2 生物传感器原理无论是基于电化学、光学、热学或压电晶体等不同类型的生物传感器，其探头均由两个主要部分组成，一是感应器，它是由对被测定的物质（底物）具有高选择性分子识别功能的膜构成。二是转换器，它能把膜上进行的生化反应中消耗或生成的化学物质，或产生的光、热等转变成电信号，最后把所得的电信号经过电子技术的处理后，在仪器上显示或记录下来。

换能器（T r a n s d u c e r ）感受器（R e c e p t o r ）= 分析物（Analyte ）溶液（Solution ）选择性膜（Thin selective membrane ）识别元件（Recognition ）生物传感器工作机理测量信号（Measurable Signal ） BIOSENSORS

（1）将化学变化转变成电信号酶传感器为例,酶催化特定底物发生化学反应,从而使特定生成物的量有所增减。用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合,即组成酶传感器.常用转换装置有氧电极、过氧化氢。

集成加速度传感器的软件设计

集成加速度传感器的软件设计摘要在加速度测试系统传统结构中，从传感器、温度偏移纠正电路、放大电路到数据采集各设备往往都是孤立的，不便于携带并受到测量空间的限制。本文介绍了一种利用单片机集成系统进行数据采集与传输的方案，较好的解决了系统集成化问题。方案采用通用性较强，价格便宜的80C51单片机；人机接口采用8297；A/D转换器采用ADC0809；片外存储器选用两片6264，容量扩至16k×8；数据传输采用USB，用CH375芯片作为单片机串行口与USB的连接芯片。数据采样频率设为六种可选，最小至0.2ms，最大至625ms，可以适应不同的应用场合。单片机系统在实际工业系统中可能会遇到各种干扰和自身的随机性误差，目前的抗干扰方法主要有硬件看门狗技术和软件陷进技术等，本方案将两种方法结合起来，进一步提高了系统的稳定性。关键词:单片机;数据采集;硬件看门狗;中断系统;串行通信

The software design of the integrated accelerometer Abstract In traditional acceleration test system, components form accelerometer, temperature compensation, electric enlarge circuit to data acquisition unit are all stand alone, inconvenience in take and being subjected to the measuring space. This text introduced a method that using integration system of single chip microcomputer for data acquisition and deliver, resolving the integration of the system. This project adopts in general used, low-cost 80C51 system;Person's machine connects to adopt 8297;The A/D conversion machine adoption ADC0809; RAM use two slices of 6264 , the capacity expands to the 16 k × 8;Data_deliver uses the USB, using the CH375 chips as conjunct chip between the USB and the serial interface. The date- acquisition frequency sets for six kinds of eligibility, the minimum to 0.2 ms, the biggest to 625 ms, adapting different applied situation Single chip microcomputer system may fall across some impacting factors and self random error, the current anti- impacting methods mainly have the hardware watchdog technique and software trap method etc. This project put together two kinds of methods, further raising the stability of the system Keyword:single chip microcomputer;data-acquisition; the hardware watchdog;outage system;serial communication

生物传感器的应用及发展趋势

生物传感器的应用及发展趋势摘要: 生物传感器是一类特殊的化学传感器，是以生物体成分（如酶,抗原,抗体,激素等）或生物体本身(细胞,微生物,组织等)作为生物体敏感元件,对被测目标物具有高度选择性的检测器件。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。关键词:生物传感器种类；原理；应用；趋势一.生物传感器基本结构和工作原理生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。生物传感器通过物理，化学型信号转换器捕捉目标物与敏感元件之间的反应，并将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被测量。生物体中能够选择性地分辨特定特质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合、酶与基质的结合。在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提；要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适光的换能器。二.生物传感器的分类及应用 1.酶生物传感器酶传感器是生物传感器的一种，是利用生化反应所产生的或消耗的物质的量，通过电化学装置转换成电信号，进而选择性地测定出某种成分的器件。酶生物传感器应用于检测血糖含量，检测氨基酸含量，测定血脂，测定青霉素和浓度，测定尿素，测定血液中的酶含量酶传感器中应用的新技术：纳米技术固定化酶时引入纳米颗粒能够增加酶的催化活性，提高电极的响应电流值。首先，纳米颗粒增强在载体表面上的固定作用；其次是定向作用，分子在定向之后，其功能会有所改善；第三，由于金、铂纳米颗粒具有良好的导电性和宏观隧道效应，可以作为固定化酶之间、固定化酶与电极之间有效的电子媒介体，从而使得氧化还原中心与铂电极间通过金属颗粒进行电子转移成为可能，酶与电极间可以近似看作是一种导线来联系的。这样就有效地提高了传感器的电流响应灵敏度。孟宪伟等首次研究了二氧化硅和金或铂组成的复合纳米颗粒对葡萄糖生物传感器电流响应的影响，其效果明显优于这=种纳米颗粒单独使用时对葡萄糖生物传感器的增强作用。其原因是纳米粒子具有吸附浓缩效应、吸附定向和量子尺寸颗粒效应，复合纳米颗粒比单独一种纳米颗粒更易于形成连续势场，降低电子在电极和固定化酶间的迁移阻力，提高电子迁移率，有效地加速了酶的再生过程，因此复合纳米颗粒可以显著增强传感器的电流响应。 2.免疫传感器免疫传感器应用于检测食品中的毒素和细菌，检测DNA 光纤，检测残留的农药，毒品和滥用药物的检测。

生物传感器综述综述

生物传感器课程论文论文题目：生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展专业：分析化学姓名：雷杰学号： 12015130529 指导教师：晋晓勇时间：2015年10月23日

0．前言生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科，它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段，它仍然处于十分活跃的研究阶段，生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器，生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能，从它的选择性，稳定性，灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面，它的发展对生产生活都有极大影响，尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广，从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究，从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成，包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等，物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号，比如电信号、焚光信号等，再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。生物传感器识别和检测待测物的工作原理：首先，待测物分子与识别元素接触；然后，识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着，转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号；最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性，是生物定性识别的决定因素；识别元素与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

MEMS加速度传感器简介(最终版)

MEMS电容式加速度传感器学校：哈尔滨工业大学（威海）学院：信息与电气工程学院专业：电子科学与技术作者：胡诣哲090260207 纪鹏飞090260208

摘要本文从MEMS电容式加速度传感器的基本原理切入，主要介绍了该类型传感器的原理和三种主要结构：三明治式、扭摆式、梳齿式及其各自结构方面优点。同时介绍目前应用较为广泛的集成式的基于电容原理的芯片MMA7455，主要分析了该集成传感器的内部结构和应用。关键字：MEMS，电容式，加速度传感器，MMA7455 Abstract In this paper, we discussed the MEMS capacitive accelerometer from its fundamental principle and its three main structure which are sandwich, twist, and comb. Different structures have their own advantages. We also give the introduction to a popular IC accelerometer MM7455, putting an emphasis on its internal structure and some applications. Key words:MEMS, capacitive, accelerometer, MMA7455

一、引言 1.1 MEMS 加速度传感器简介 MEMS(Micro-Machined Electro Mechanical Sensor)是微机电机械传感器的简称，它是一种微米级的类似集成电路的装置和工具。MEMS 技术是一项有着广泛应用前景的基础技术。以半导体技术和微机电加工工艺设计、制造的MEMS 传感器，集成度高，并可与信号处理电路集成在一起，大大降低了生产成本，已在汽车、消费电子和通信电子领域取得极大发展。 MEMS 加速度传感器按敏感原理的不同可以分为压电式、压阻式、电容式、谐振式、热对流式等。本文主要介绍MEMS 电容加速度传感器。二、传感器工作原理与常见结构 2.1 MEMS 电容式加速度传感器工作原理电容式微加速度传感器的基本结构是质量块与固定电极构成的电容。当加速度使质量块产生位移时改变电容的重叠面积或间距。检测到的电容信号经过前置放大、信号调理后，以直流电压方式输出，从而间接实现对加速度的检测。如图1所示，电容式加速度传感器由两块固定电极夹着一块活动电极。在静止的情况下，活动电极与两块固定电极的距离均为d 0形成两个大小为C 0的串联的电容。当加速度传感器检测加速度时，活动电极受加速度力产生位移，两个电容的d 发生变化。根据平行板电容的计算公式： r S C d εε= 可知两个电容的大小将发生变化。由于此时电容值和极板间隙不是线性关系，常常采用差动电容检测方式以解决线性问题： 0002 000 2r r r S S S C d d d d d d εεεεεε?= - = ?-?+? 上式在d d ?<<时成立。

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