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1、*模块七 新型传感器,主编,*模块七 新型传感器,任务一 CCD图像传感器的认识与应用 1.CCD的原理及分类 电荷耦合器件（CCD）是在半导体硅片上制作成百上千个光敏元形成的，一个光敏元又称一个像素，在半导体硅平面上光敏元按线阵或面阵有规则的排列。当物体通过物镜成像，这些光敏元就产生与照在它们上面的光强成正比的光生电荷（光生电子空穴对），同一面积上光敏元件越多，分辨率越高，得到的图像越清楚。电荷耦合器件具有自扫描能力，能将光敏元件上产生的光生电荷依次有规律地串行输出，输出的幅值与对应的光敏元件上的电荷量正比。,*模块七 新型传感器,2.CCD传感器的应用 CCD传感器应用时是将不同光源与透镜
2、、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等各种光学元件结合起来，主要应用在以下领域。 (1)摄录一体化CCD摄像机，这是面阵CCD应用最广泛的领域。 (2)工业检测。 1)管径测量。 2)高度自动检测。 3)工业尺寸检测。,图7-1 尺寸测量的结构,*模块七 新型传感器,4)文字和图像检测。,图7-2 光学文字识别装置(OCR)的工作原理,*模块七 新型传感器,电子自动化产业的迅速发展与进步促使传感器技术、特别是集成智能传感器技术日趋活跃发展，近年来随着半导体技术的迅猛发展，国外一些著名的公司和高等院校正在大力开展有关集成智能传感器的研制，国内一些著名的高校、研究所以及公司也积极跟进，集成智能传感器技
3、术取得了令人瞩目的发展。,*模块七 新型传感器,任务三 生物传感器的认识与应用 1.生物传感器的应用领域 (1)在食品工业中的应用。 1)食品成分分析。,图7-3 安培生物传感器,*模块七 新型传感器,2)食品添加剂的分析。 3)农药残留量分析。 研究人员人发明了一种使用人造酶测定有机磷杀虫剂的电流式生物传感器，利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测定，在40下测定只要4min。用戊二醛交联法将乙酞胆碱醋酶固定在铜丝碳糊电极表面，可用于直接检测自来水和果汁样品中两种农药的残留。 4)微生物和毒素的检验。,*模块七 新型传感器,食用牛肉很容易被大肠杆菌所感染，因此，需要快速灵敏的方法检测
4、和防御大肠杆菌一类的细菌。卡拉姆等人研究的光纤生物传感器可以在几分钟内检测出食物中的病原体(如大肠杆菌)，而传统的方法则需要几天。这种生物传感器从检测出病原体到从样品中重新获得病原体并使它在培养基上独立生长总共只需1天时间，而传统方法需要4天。 5)食品鲜度的检测。 (2)在环境监测中的应用。 1)水环境监测。 此外，还有报道研究人员将假单胞菌固定在抓离子电极上，实时监测工业废水中三氯乙烯，检测范围为014mg/L，检测时间在10min内。,*模块七 新型传感器,2)大气环境监测。,图7-4 气体检测传感器,(3)在发酵工业中的应用。 1)原材料及代谢产物的测定。,*模块七 新型传感器,2)微
5、生物细胞数目的测定。 (4)在医学上的应用。 1)临床医学。 DNA传感器最大的优势是可用于临床疾病诊断，它可以帮助医生从DNA、RNA、蛋白质及其相互作用层次上了解疾病的发生、发展过程，有助于对疾病的及时诊断和治疗。此外，进行药物检测也是DNA传感器的一大亮点。利用DNA传感器可对常用铂类抗癌药物的作用机理进行研究并测定血液中该类药物的浓度。 2)军事医学。 2000年，有媒体报道美军已研制出可检测葡萄球菌肠毒素B、蓖麻素、土拉弗氏菌和肉毒杆菌等4种生物战剂的免疫传感器。 2.生物传感器的特点,*模块七 新型传感器,1)采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过
6、去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。 2)专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。 3)分析速度快，可以迅速得到结果。 4)准确度高，一般相对误差可以达到1。 5)操作系统比较简单，容易实现自动分析。 6)成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。 7)有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。 3.前景与展望,*模块七 新型传感器,近年来，随着生物科学、信息科学和材料科学发展成果的推动，生物传感器技术飞速发展。但是，目前生物传感器的广泛应用仍面临着一些困难，今后一段时间里，生物传感器的研究工作将主要围绕选择活性强、选择性高的生物
7、传感元件；提高信号检测器的使用寿命；提高信号转换器的使用寿命；生物响应的稳定性和生物传感器的微型化、便携式等问题。可以预见，未来的生物传感器将具有以下特点。 (1)功能多样化。 (2)微型化。 (3)智能化集成化。 (4)低成本、高灵敏度、高稳定性、高寿命。,*模块七 新型传感器,(3)智能传感器带有微处理器，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理器相结合的产物，具有了一定的人工智能，如记忆能力、自学习能力等。 (4)生物传感器是一类特殊的传感器，它以生物活性单元(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)作为生物敏感单元，对目标检测物的浓度进行检测并通过电路或转换器件转换为电信号的检测仪器。 (5)生物传感器的应用 1)在食品工业中的应用：食品成分分析；食品添加剂的分析；农药残留量分析；微生物和毒素的检验；食品鲜度的检测。 2)在环境监测中的应用：水环境监测；大气环境监测。,
