生化傳感技術(shù)發(fā)展迅速,在環(huán)境監(jiān)測、臨床醫(yī)學(xué)和畜牧業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的重要作用。傳統(tǒng)意義上的傳感器已無法滿足現(xiàn)代生物化學(xué)檢測的需求,這就對生物化學(xué)傳感器的設(shè)計提出了更高的標準和要求:高靈敏度、低成本、微型便攜以及多功能化等。磁彈性傳感器由于其無線無源等獨特優(yōu)良的響應(yīng)特性、低廉的成本以及良好的便攜性而備受關(guān)注,設(shè)計高性能的磁彈性傳感器并將其應(yīng)用于人類高度關(guān)注的健康、環(huán)保領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。但是,目前磁彈性傳感器仍然存在靈敏度相對較低、體積較大、特異性差、穩(wěn)定性及整體性能不理想等問題,具有一定的應(yīng)用局限性。因此,本論文立足于開發(fā)新型的磁彈性傳感技術(shù),針對快速高靈敏生化檢測需求,致力于表面優(yōu)化設(shè)計研究,構(gòu)建了可應(yīng)用于環(huán)境檢測、豬瘟疫情防控、癌胚抗原檢測的多種新型無線磁彈性傳感器,深入系統(tǒng)地研究了其各項敏感特性,驗證了其優(yōu)異的傳感性能。具體研究內(nèi)容如下:1.研究了磁彈性傳感器的表面優(yōu)化處理方法。利用有限元軟件COMSOL Multiphysics建模仿真計算,優(yōu)化傳感器的尺寸為5 mm×1 mm×28μm;在磁彈性鐵基非晶合金薄膜Metglas 2826 MB表面依次濺射厚度為... 

【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

生化傳感器檢測原理示意圖

在外部應(yīng)力作用下，材料內(nèi)部的疇壁發(fā)生了位化將直接導(dǎo)致材料磁場性能的改變。利用磁彈性效應(yīng)可以通能變化進而測得其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)改變，從而可以將測量尺題）轉(zhuǎn)化為測量磁導(dǎo)率變化（磁場性質(zhì)）的問題。因此，磁量應(yīng)力、壓力[37]和稱重等傳感器的設(shè)計。材料磁致伸縮效應(yīng)和磁彈性效應(yīng)已被人們所熟知，并受到極大關(guān)計制備多種用途豐富的元件和設(shè)備，于是一系列具有高磁致械能相互轉(zhuǎn)換功能的材料逐漸被人們所研究和發(fā)現(xiàn)，即磁致人們所研究發(fā)現(xiàn)的磁致伸縮材料大體分為以下四類：磁致伸金、鐵氧體磁致伸縮材料、稀土超磁伸縮材料和非晶合金薄膜

圖 1-3 （a）磁彈性應(yīng)力測量傳感器裝置示意圖；（b）共振頻率與測量應(yīng)力之間的線性關(guān)系[53]Fig. 1-3 (a) Schematic drawing of magnetostrictive strain sensor test device; (b) Strain vs resonantfrequency for magnetostrictive strain sensor[53]Grimes 等[54]課題組設(shè)計了樹脂玻璃作為支撐的壓力測量裝置，該裝置通過亥姆霍茲線圈提供磁場，如圖 1-4（a）所示。傳感器與環(huán)境直接接觸，加壓氮氣、真空或者大氣作為有效質(zhì)量負荷，改變傳感器的共振頻率。為了避免由于傳感器與測試室壁之間的機械摩擦而產(chǎn)生阻尼作用，傳感器被放置在有機玻璃支架內(nèi)，沿其橫向中心線夾緊。如圖 1-4（b）所示，磁彈性傳感器的共振頻率與測量壓力呈現(xiàn)近似線性負相關(guān)關(guān)系，線性擬合系數(shù)為 0.9989，測量誤差為 0.5 Hz，靈敏度約為 5 Hz/psi，測量精度約為0.2 psi。


本文編號：3429727