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1、王剑平老师部分第一章 绪论测量：是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。测试：是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。广义上测试是人的认知行为，用科学的方法发现、度量一个客观存在的过程。测试可能是确定量值，也可以是判定被测参数的“有”或“无”，也可以是一种预报、故障分析。测试技术：是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。测量原理：如何感知被测量。传感器技术：能不受人为因素的干扰感受被测量及其变化测量方法：测量原理确定后，根据对测量任务的具体要求和现场实际情况，如直接测量法或间接测量法、电测法或非电测法等。测量系统的设计：包括信息转换、存储记录、显
2、示和数据处理装置等。数据处理：根据测试系统获得的信息，对被测量进行定性或定量的结论。测试系统的组成：测试技术的发展趋势：智能化、虚拟化、网络化、微型化、软测量技术传感器向新型、微型、智能型方向发展多传感器融合技术积木式、组合式测量方法虚拟仪器技术：PC机仪器板卡代替传统仪器；计算机软件代替硬件分析电路测试技术应用：科学研究-先行官、军事-战斗力、社会-物化法官、工农业生产-倍增器生物传感器的发展历程：早期：化学法、酶法、离子选择性电极(只检测无机离子)酶传感器(第一个是葡萄糖测定仪)：隔离式氧电极、酶电极、电位型酶电极活细胞生物传感器：用完整活细胞取代纯酶制作传感器基于生物学反应产生信息的生物
3、传感器：不再局限于电化学，可以利用其他信息，如光、热表面等离子共振(SPR)生物传感器：生物亲和反应介体酶电极：利用化学介体戊二醛取代分子氧作为氧化还原酶酶促反应的电子受体，市场好活体测定、多指标测定和在线测定重要人物与著作：1965年美国Leland C. Clark Jnr教授发表了隔离式氧电极的经典论文1962年Clark首次提出酶传感器，并与Lyons一同创造了酶电极这个术语1969年美国学者G.G. Guilbault 和J.G. Montao研究了电位型酶电极1975年C. Divis提出用完整活细胞取代纯酶制作传感器（活细胞生物传感器）1974年瑞典学者Lund大学K. Mosb
4、ach等发明了热生物传感器1990年瑞典Pharmacia公司（利用表面等离子共振（SPR）方法）推出商用仪器BIAcore1984年英国学者A.E.G. Cass等首次建立了介体酶电极法1985年，由Elsevier 科学出版公司创刊出版了生物传感器国际学术期刊，主编为英国Cranfield大学AnthonyP.F. Turner教授。该刊物1990年更名为生物传感器与生物电子学1980s，牛津出版社出版的生物传感器：基础与应用，该书被誉为生物传感器的“圣经”，其第一主编为Turner教授。生物传感器的三个发展阶段：60-70年代：起步阶段，以Clark的传统酶电极为代表70-80年代：学科
5、交叉产生各种传感器，代表之一是介体酶电极90年代后：市场开发和技术突破，以表面等离子体和生物芯片为代表生物传感器的原理和特点：由两部分组成：生物敏感膜（分子识别原件）和换能器工作原理：被分析物扩散进入固定化生物敏感膜层，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的化学换能器或物理换能器转变成可定量和可处理的电信号，经二次仪表（检测放大器）放大并输出，便可知道待测物浓度。生物识别元件：生物敏感膜，又称分子识别元件，由固定化的生物敏感材料制成，直接决定传感器的功能与质量。换能器：将各种生物、化学和物理的信息转变为电信号。生物传感器的主要特点：多样性、无试剂分析(除缓冲液外)、操作简便快速准确
6、、易于联机、可重复和连续使用(也可一次性)生物传感器的定义：由生物活性材料与相应的换能器的结合体，能测定特定的化学物质（主要是生物物质）。（而将能用于生物参量测定但构成中不含生物活性材料的装置称为生物敏传感器。）其他定义：1.生物传感器是一类分析器件，它将一种生物材料（如组织、微生物细胞、细胞器、细胞受体、酶、抗体、核酸等）、或生物衍生材料、或生物模拟材料，与物理化学传感器或传感微系统密切结合或联系起来，行使其分析功能，这种换能器或微系统可以是光学的、电化学的、热学的、压电的或磁学的。2.生物传感器其是一种精致的分析器件，它结合一种生物的或生物衍生的敏感元件与一只理化换能器，能够产生间断或连续
7、的数字电信号，信号强度与被分析物成比例。3.一个生物传感器应是一个独立的、完整的装置，通过利用与换能器保持直接空间接触的生物识别元件(生物化学受体)，它能够提供特殊的定量和半定量分析信息。生物传感器的分类：主要以下两种分子识别元件分类法：酶传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、核酸传感器、微生物传感器、分子印迹生物传感器(属生物衍生物)换能器件分类法：电化学生物传感器(也叫生物电极)、光生物传感器、热生物传感器、半导体生物传感器、电导/阻抗生物传感器、声波生物传感器、微悬臂梁生物传感器其他分类：亲和生物传感器(以分子之间特异识别并结合为基础，代表：免疫传感器、酶PZ生物传感器和SPR生物
8、传感器)、多功能传感器(能够同时测定两种以上指标化综合指标)、杂合生物传感器(由两种以上不同的分子识别元件组成，或采用两种或多种反应原理构成)生物传感器的命名：功能+构成特征（如：葡萄糖氧化酶电极、谷氨酸脱氢酶电极）商品化的已有：酶电极生化分析仪、BOD测定仪、手持式血糖测定仪、SPR分析仪生物传感器的发展趋势：主流：电化学占主导地位；其次是光生物传感器三种趋势：上升趋势(生物芯片)、稳定发展(光、压电)、下降趋势(热电、电化学)借鉴生物体或细胞传感机制：感知化学和生物试剂的生物报告技术生物传感器的局限性：稳定性差、常需精细护理和频繁标定、成本高（原因是与“活”的物质打交道，不确定因素多）第二
9、章 测试系统特性测试系统的研究目的：如何构造一个不失真（或不严重失真）的系统系统分析中的三类问题：系统辨识：当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。反求：当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。预测：如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。测试系统的基本特征：输出-输入关系特征稳态：静态、准静态(信号变化缓慢)动态：周期、瞬态一个高精度的测试装置必须有良好的静态特性和动态特性才能完成信号无失真的转换。测试系统基本要求：理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。其中以输出和输入成线性关系最佳。（非线性原因：结构原理、外界干扰）
10、1.正确感知被测量（输入与输出：单值、线性）2.安装测试装置不应扰乱被测量；3.仪器之间应能匹配（阻抗匹配）；4.符合测试要求的精度；精度用允许误差表示测试系统的总误差=（1/31/5）测试要求允许误差5.仪器之间满足测量环境要求。测试装置的技术性能指标：精度：表征了给出值与被测值相符合的程度精密度：表征测量仪器的随机误差接近于零的程度，即在同样条件下，给出相同示值的能力，用误差限表示。分辨力：分辨力是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。分辨力与灵敏度有密切的关系，即为灵敏度的倒数。分辨率：分辨力的相对值表示；测量上限的百分数表示（分辨率=分
11、辨力/测量上限）测量范围：仪器能正常工作的范围静态测量仪器：幅值范围动态测量仪器：幅值范围、频率范围示值稳定性：（产生漂移的原因：仪器自身结构、环境的变化）零漂：指测试系统在输入为零（最低值）的条件下，恒温条件下，仪器开机一段时间仪器零点的变化情况。热漂（温漂）：指测试系统在输入不变的条件下，仪器在正常允许的使用温度范围内，示值随外界温度的变化而变化的值。测试装置的经济指标：不应盲目的采用超过测试目的所要求精度的仪器；当测试系统有许多环节组成时，该系统各环节的精度应是同一等级的。可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。线性系统及其主要性质：工程上：线性时不变系统（一般在工程中使用
12、的测试装置都是线性系统）数学上：常系数线性微分方程式线性时不变系统的重要性质：（叠加原理和频率保持性在测量工作中有重要作用）叠加性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和。（输入间互不影响，可分解求解）比例性：常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍微分性质：线性系统对输入导数的响应等于对该输入响应的导数积分性质：若线性系统的初始状态为零（即当输入为零时，其响应也为零）。则对输入积分的响应等于对该输入响应的积分频率保持性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。测试系统静态响应特性：静态测量：测量时，测试系统的输入、输出信号不随时间而变化。灵敏度
13、：当测试装置的输入x有一增量x,引起输出y发生相应变化y时,定义: S=y/x定标曲线：用实验测定的办法求得系统的输入输出关系曲线。非线性度：指测试系统的输入、输出关系保持常值线性比例关系的程度。实测定标曲线偏离其拟合直线的程度即为非线性度。是最大偏差B与满量程输出A的百分比。端基直线：是指通过测量范围的上下限点的直线。求解简单，但非线性度差。独立直线：是指使输入与输出曲线上各点的线性误差Bi的平方和最小的直线。回程误差：测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为: (hmax/A)100%重复性：同一
14、条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量，差异程度。（重复性是测试系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证）重复性误差：可用正反行程的最大偏差表示， 见ppt23页测试系统的动态特性：是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。线性系统用定常线性系统微分方程描述测试系统及输入和输出之间的关系拉氏变换建立传递函数，描述固有动态性质傅氏变换建立频率响应函数，描述动态特性传递函数：测试系统的传递函数H(s)为输出量和输入量的拉普拉斯变换之比，包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息；s是复变量，s =+j。传递函数的特点：与输入量和初始状态无关是一种数学描述，与物理结构无关分母
15、取决于系统的结构，分子表示系统同外界之间的联系分母中s的幂次n代表系统微分方程的阶数一般测试系统都是稳定系统，其分母中s的幂次总是高于分子中s的幂次频率响应函数：将拉氏变换变成傅氏变换，H(s)H()。频率响应函数是复数，H()= A()ej() A()：系统的幅频特性，()：系统的相频特性曲线实际作图时，常对自变量取对数标尺，幅值坐标取分贝数，即作和曲线，两者分别称为对数幅频曲线和对数相频曲线，总称为波德图将H()按实部和虚部改写，可作实频特性曲线：P()-，虚频特性曲线：Q()-，奈魁斯特图：Q()-P()传递函数H(s)与频率响应函数H()的关系：传递函数H(s)是在复数域中描述和考察系统的特性，与在时域中用微分方程来描述和考察系统的特性相比有许多优点。频率响应函数是在频域中描述和考察系统特性。与传递函数相比，频率响应函数易通过实验来建立，且其物理概念清楚，利用它和传递函数的关系，由它极易求出传递函数。 在系统传递函数H(s)已经知道的情况下，令H(s)中s的实部为零
