TRANSDUCER COMPOSITION FOR “ON-THE-FLY ” LEXICON AND LANGUAGE MODEL INTEGRATION

TRANSDUCER COMPOSITION FOR “ON-THE-FLY ” LEXICON AND LANGUAGE MODEL INTEGRATION
TRANSDUCER COMPOSITION FOR “ON-THE-FLY ” LEXICON AND LANGUAGE MODEL INTEGRATION

TRANSDUCER COMPOSITION FOR“ON-THE-FLY”LEXICON AND LANGUAGE

MODEL INTEGRATION

Diamantino Caseiro,Isabel Trancoso

Spoken Language Systems Lab.

INESC-ID/IST

Rua Alves Redol9,1000-029Lisbon,Portugal

dcaseiro,Isabel.Trancoso@l2f.inesc-id.pt

ABSTRACT

In this work we present the use of a specialized composition algorithm that allows the generation of a determinized search net-work for ASR in a single step.The algorithm is exact in the sense that the result is determinized when the lexicon and the language model are represented as determinized transducers.The compo-sition and determinization are performed simultaneously,which is of great importance for“on-the-?y”operation.The algorithm pushes the language model weights towards the initial state of the network.Our results show that it is advantageous to use the max-imum amount of information as early as possible in the decoding procedure.

1.INTRODUCTION

Our long term motivation is to work towards the development of specialized composition algorithms that will allow the use of knowledge sources of higher level than the language model.When our task moves from simple transcription to understanding,other knowledge sources are available that are not usually taken into ac-count early in the decoding process.We believe that in order to fully exploit that knowledge some“on-the-?y”processing will be required,as they are very often dynamic and complex.The usual approach consists on interleaving“on-the-?y”composition,with “on-the-?y”determinization[1].We think that a specialized“on-the-?y”composition that generates a determinized result can be more ef?cient.

Our?rst step towards this long term goal was described in [2],where we formally presented an algorithm for the composition of the lexicon with the language model.There we showed that our method was able to directly generate similar sized networks as those obtained with explicit determinization[3].

The current paper builds on that work and shows how the al-gorithm can be extended to compress“on-the-?y”the search net-work.Here,we also investigate the applicability of the developed algorithm to real recognition tasks,comparing the impact of vari-ous re?nements on the performance of the decoder.

In the next section we will present our composition algorithm. Then,in section3,we will show how we can reduce the size of the composition network by sharing some equivalent states,and The present work is part of Diamantino Caseiro’s PhD thesis,initially sponsored by a FCT scholarship(PRAXIS XXI/BD/15836/98).This works was also partially funded by the POSI program of the“Quadro Comunitario de Apoio III”.also how this network can be factorized to reduce the memory re-quirements of the decoder.In section4,we present recognition experiments that show the impact on the performance of the de-coder of various re?nements of the algorithm.Finally,in section 5,we summarize the main conclusions and present out plans for future work.

Fig.1.Lexicon.

https://www.360docs.net/doc/8815800502.html,nguage model.

https://www.360docs.net/doc/8815800502.html,position of the lexicon with the language model.

2.LEXICON AND LANGUAGE MODEL COMPOSITION Our algorithm requires the use of a lexicon and a language model represented as two weighted?nite state transducers(WFST), and respectively.The lexica and language models commonly used in ASR are easily representable as WFSTs,as shown in[2],

Fig.4.Dead-ends generated by the composition algorithm. although some approximations are used in the case of n-gram lan-guage models.

Figure3shows the composition of the toy lexicon and lan-guage model WFSTs of?gures1and2.In the WFST composition algorithm[4],each state of the composition WFST represents a pair with a state from each of the argument WFSTs.For example, state in?gure3consists of the state from the lexicon and of state from the language model.Each edge leaving a state in the composition is obtained from one pair of compatible edges,one leaving the respective lexicon state and the other one leaving the language model state.The edges are deemed compatible if the out-put of the lexicon edge is equal to the input label of the language model edge.The resulting edge is assigned the input label of the lexicon edge and the output label of the language model edge.The epsilon edges can be easily dealt with by adding extra“self-loop”edges to each state labelled with auxiliary epsilon symbols[4].

It is well known that when both transducers are deterministic on the input side their composition will also be deterministic,as proved by Mohri in theorem1of[1].But the composition algo-rithm,as described,is very unpractical for the case of the com-position of a lexicon WFST with a language model WFST.The problem is that it will mostly generate“dead-end-paths”,that is, paths that end in a non-?nal state with no successors.Figure4 illustrates the problem by showing all the paths generated by the composition algorithm,including the dead-end of state5.

In our algorithm[2],we avoid the generation of“dead-end-paths”by pre-calculating the sets of output words reachable from each edge of the lexicon WFST;each set is then associated with the respective https://www.360docs.net/doc/8815800502.html,ing that information,our algorithm will not match epsilon-output edges from the lexicon with edges from the language model when the input of the language model edge is not in the set associated with the edge of the lexicon.

The computation of the set of edges leaving a state in the composition can be easily performed“on-the-?y”as no look-ahead is required.In fact,the algorithm only needs to know the identity of the lexicon and language models states(and respectively),in order to access the set of lexicon or language model edges that leave those states.With that information we can compute more than a simple composition and it is straightforward to perform language model label and weight pushing.

2.1.Pushing

As the?rst step in the direction of an approximation to“on-the-?y”minimization,we implemented an approximation of pushing. It is useful to push the output labels and the output weights as much towards the initial state as possible.Pushing the output la-bels will allow further sharing of suf?xes by our network compres-sion algorithm,resulting in smaller composition WFSTs.Pushing the weights allows an earlier use of the language model during search,in what is sometimes called“language model look-ahead”. Our“on-the-?y”implementation of weight pushing only spreads the language model weights.Our purpose is to spread the weights of the language model throughout the path from the initial state of the word until its identity is known.

The pushing of output labels is done outputting the label as

soon as only one of the edges leaving the language model state ()matches with a given lexicon edge.The pushing of weights towards the initial state is done by?rst selecting the weight of the best matching language model edge,and then outputting the dif-

ference between that weight and the partial sum of the previously produced weights in that path.Each state of the composition keeps its own partial sum.

Fig.5.Suf?x sharing lexicon.

3.“ON-THE-FLY”NETWORK COMPRESSION Although the composition of deterministic transducers will yield a deterministic transducer,the composition of minimal transduc-ers will not,in general,generate a minimal one.In order to ob-

tain a true minimal transducer,the result will have to be explicitly minimized using a minimization algorithm such as Mohri’s min-imization algorithm for WFSTs.It consists of pushing the output labels and the weights as much as possible towards the initial state,

and then performing a classical minimization of the underlying au-tomaton1.

Observing the results of the determinization algorithm,we no-tice that it essentially shares the pre?xes of the pronunciation of words that leave the same language model state,by replicating the structure of the lexicon WFST.We want our compression al-

gorithm to also allow the sharing of suf?xes of words that arrive at the same language model state,and we want to compute this “on-the-?y”.Our approach consists of selectively replacing the lexicon with a“suf?x sharing”equivalent lexicon,like the one

illustrated in?gure5.It consists of the reverse of a deterministic WFST(so that is shares all possible suf?xes).We call this WFST “suf?x lexicon”,and we use it to guess the structure of the compo-sition WFST only for states in a path after the output of the label and before reaching the end of the pronunciation.When the label pushing version of the composition outputs a label,the desti-nation of that edge will be a state,***here we replace the destination state with a state of the suf?x lexicon that starts

an equivalent path to a?nal state.In general,if multiple pronun-ciations are used,then there can be more than one equivalent state,and a small amount of non-determinancy will be created by outputting multiple edges.

To?nd the states compatible with,we start by computing

the set of pairs of states such that there exists a path from (the initial state of)to equal to a path from to,and 1The underlying automaton is obtained by treating each tuple(input, output,weight)as a single label.

also a path from to a?nal state of equal to a path from to a

?nal state of.Those pairs are just the ones that label each state

of the composition of the inverse2of the lexicon with the reverse lexicon().In a process similar to the one used to resolve the epsilon edges in the composition,the states of are assigned

the set of words that have the state in its pronunciation path.All

this information is precomputed.In runtime,the table is consulted to?nd candidate states,that are used if the label just traversed is in their sets of words.

In our tests,while producing bigger networks than the true minimization algorithm,this algorithm still managed to reduce the number of states to about40%and the number of edges to60%. There was no visible impact on the recognition time.

https://www.360docs.net/doc/8815800502.html,work Factorization

The WFST that results from the composition of the acoustic model WFST3with the composition of the lexicon with the language model,has very long sequences of states forming“linear paths”, where each state has only one sucessor and eventually a self-loop edge.In[3],Mohri and Riley factorized the network by replacing such paths with an identifying edge and thus were able to achieve a reduction of its size of about4times.Those special edges were conceptually expanded in run time by the decoder.That particu-lar factorization method cannot be applied“on-the-?y”due to its global nature.But we can still associate the composition cascade as instead of and factorize be-fore composing it with the language model.Alternatively,we can just factorize,in which case each factorized path will resemble an acoustic unit HMM in a tradicional decoder.In our experiments we opted for this last approach and still managed a reduction of about2.5times in the number of states.

3.2.Decoder Modi?cation

In order to evaluate the quality of the combined lexicon and lan-guage model networks,we had to change our initial decoder[5]. The previous version was based in the propagation of tokens, where each token represents sets of hypotheses that share the same state in the search network.By working with sets of hypotheses it was possible to decouple the language model from the search network in a time-synchronous mode of operation.

As the decoder was implemented using the principles of data abstraction,it was easy to reuse most of the search algorithms, and adapt the decoder to the ef?cient use of one single integrated search network,by using a more suitable representation of the to-kens that store only one hypothesis.The decoder was also adapted to directly work with macro arcs that directly correspond to the factorized paths described in section3.1,so that it can simultane-ously work with macro arcs and with regular edges.

4.RECOGNITION EXPERIMENTS

4.1.Experimental Setup

In this section we describe the recognition experiments performed to evaluate the networks produced by our composition algorithm.

2The inverse of a WFST is obtained by swapping its input and output labels,it has that name because it computes the inverse relation.

3This WFST represents the structure of the subword HMMs,and maps distributions to subword units.All the experiments were based on the BDP′UBLICO corpus[6] framework.It consists of European Portuguese read speech col-lected in a sound-proof room with a high quality microphone,and of texts from the online edition of the P′UBLICO newspaper.It is equivalent in size and purpose to WSJ0.The experiments were performed using standard600MHz pentium III PCs with512MB or1GB of RAM,running Linux.

We used an European Portuguese lexicon with27k words.The lexicon was converted to a linear lexicon WFST and disambiguat-ing labels were added at the end of the pronunciations.This WFST originally had281,815states and313,962edges.It was then de-terminized and minimized for use with our composition algorithm resulting in an equivalent WFST with29,620states and59,366 edges.

We used various trigram backoff language models,trained from46million words from the online edition of the P′UBLICO newspaper,corresponding to the years from1995to1998.The generation of language model of various sizes was done by apply-ing different cutoffs(we applied the same cutoff to bigrams and trigrams).The language models were approximated by WFSTs by representing each context by a different state and each n-gram in the model by an edge between contexts.The backoffs were rep-resented by epsilon edges from speci?c contexts to more general ones.

The best acoustic models available in our research group are based on the combination of the output of various neural networks [7].In our recognition experiments,we extracted3different sets of features from the speech signal:12plp coef?cients+log en-ergy+deltas;12log-rasta coef?cients+log energy+deltas;28 modulation spectrogram features.

We used3separate multilayer perceptrons(MLP),one for each set of features.The input of each MLP was a window of 7vectors centered on the vector being analyzed.The MLPs had a3-layer architecture with500units in the hidden layer,and the output consisted of39softmax units corresponding to38context independent phones plus silence.The output of the3MLPs was combined using the average of the logarithm of the probability es-timated for each phone.

The acoustic model topology consisted of a sequence of states with no self-loop to enforce the minimal duration of the model,and one?nal state with a self-loop.The acoustic models were encoded in a single acoustic model WFST.

4.2.Results

In?gure6we compare the search WER,shown as a function of recognition time,using integrated composition networks obtained with three versions of our algorithm:with pushed labels;with pushed labels&weights;and with pushed labels&weights but using a minimized language model.It also shows the performance of using an integrated network that was of?ine minimized4.All versions used the same language model model(with cutoffs of10 trigrams and bigrams).We can very clearly see the advantages of pushing the weights.Is is also obvious that full minimization post-processing of the network outperforms the other approaches.The language model WFST used was determinized but not minimized in the2?rst versions.We see,in the third version,that the use of a minimized language model drastically reduces the difference to the full minimized network.We think that there is an acceptable 4The minimization standardizes the network,thus all versions of the algorithm show the same performance after the of?ine minimization.

loss in not performing the of?ine minimization.This minimization cannot be applied “on-the-?y”during recognition.

15

20

25

30

35

00.51

1.52

2.5

W E R

xRT

Pushed Labels

Pushed Labels & Weights

Minimized LM & Pushed Weights

Offline Minimized

Fig.6.Performance of various versions of the algorithm.

15

20

25

30

35

00.51

1.52

2.5

W E R

xRT

On-the-fly

Minimized LM & Pushed Weights

Fig.7.“On-the-?y”vs precomputed network.

All the previous experiments were run with a pre-composed integrated network.To check if the composition is ef?cient enough for “on-the-?y”use,we also performed the experiments shown in ?gure 7,comparing the use of the static network with its “on-the-?y”construction.It was clear,from early experiments,that a pure “on-the-?y”use of the network was too slow and that a cache had to be used.Besides the use of this cache,we also precomputed some parts of the network that we expected to be frequently used.The criterion was to precompute the most dense parts of the net-work,computing the ?rst few arcs (up to a depth of 4)starting from the start of only those pronunciations which leave a language model state with more than 30arcs.We further enforced that only states of the network with an outdegree over 5were precomputed.During recognition,the cache was ?ushed regularly.We see from the results that the network computation still has a very apprecia-ble impact on performance.

In order to investigate the scalability of the algorithm to larger language models,some experiments were performed using cutoffs of 10,5and 2.As can be seen in ?gure 8,although there is a neg-ative impact of the larger language model at lower beams,the bet-ter information available is used to easily outperform the smaller model.The ?gure shows that,if allowed by the available memory,there is much to be gained by using a detailed language model in a single pass decoder.

15

20

25

30

35

0.5

1

1.5

2

2.5

W E R

xRT

10,10 CutOffs 5,5 CutOffs 2,2 CutOffs

Fig.8.Performance variation with the increase of the language model.

5.CONCLUSIONS

We have shown how the deterministic integration of the lexicon with the language model can be performed “on-the-?y”in a ?nite-state framework.We have also shown how to build very ef?cient networks for real-time decoding in one pass.The results show that pushing is a very important factor,and that it should be taken into account by “on-the-?y”networks expansion algorithms.Our current implementation of the algorithm is feasible for “on-the-?y”use,but at the cost of some time or accuracy penalty.

In the future we plan to investigate better ways of selecting which parts of the network should be precalculated for a given al-lowed memory space,and also better ways of managing the cache during recognition.We also plan to investigate,with more detail,why the full minimization outperforms the preminimization of the language model,hoping to ?nd ways of improving the approxima-tion.

6.REFERENCES

[1]M.Mohri,“Finite-state transducers in language and speech

processing,”Computational Linguistics ,vol.23,no.2,pp.269–311,June 1997.[2] D.Caseiro and I.Trancoso,“On integrating the lexicon with

the language model,”in Proc.Eurospeech ’2001,Aalborg,Denmark,Sept.2001.[3]M.Mohri and M.Riley,“Integrated context-dependent net-works in very large vocabulary speech recognition,”in Proc.Eurospeech ’99,Budapest,Hungary,Sept.1999.[4]M.Mohri,F.Pereira,and M.Riley,“Weighted automata in

text and speech processing,”in ECAI 96Workshop .Aug.1996.[5] D.Caseiro and I.Trancoso,“A decoder for ?nite-state struc-tured search spaces,”in ASR 2000Workshop ,Sept.2000.[6]H.Meinedo L.Almeida https://www.360docs.net/doc/8815800502.html,o,C.Martins,“The design of

a large vocabulary speech corpus for portuguese,”in Proc.Eurospeech ’97,Sept.1997.[7]https://www.360docs.net/doc/8815800502.html,o H.Meinedo,“Combination of acoustic models in

continuous speech recognition hybrid systems,”in Proc.IC-SLP ’2000,Beijing,China,Oct.2000.

基于SIMOX的耐高温压力传感器芯片制作

第26卷 第8期2005年8月 半 导 体 学 报 CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORS Vol.26 No.8 Aug.,2005 3国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA404470)和国家“九五”传感器技术攻关(批准号:962748202201/07)资助项目 王 权 男,1973年出生,博士研究生,研究方向为耐高温微型压力传感器.Email :wangquan100@https://www.360docs.net/doc/8815800502.html, 2004210230收到,2005201226定稿 Ζ2005中国电子学会 基于SIMOX 的耐高温压力传感器芯片制作 3 王 权1 丁建宁1 王文襄2 熊 斌3 (1江苏大学微纳米科学技术研究中心,镇江 212013)(2昆山双桥传感器测试技术有限公司,苏州 215325)(3中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050) 摘要:针对石油化工等领域中高温下较高压力测量的要求,设计了压阻式压力传感器敏感芯片,采用SIMOX 技术的SOI 晶片,在微加工平台上通过低压化学气相淀积法(L PCVD )均相外延硅测量层、浓硼离子注入、热氧化、光刻、电感耦合等离子体(ICP )深刻蚀、多层合金化等工艺流程制作了该芯片,将其封装后,研制出了高精度稳定性佳的耐高温压阻式压力传感器.封装工艺进一步改善后,该芯片工作温区有望拓宽到300~350℃.关键词:高温压力传感器;SIMOX ;低压化学气相淀积;电感耦合等离子体深刻蚀 PACC :0630N ;6855;8110 中图分类号:TP21211 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)0821595204 1 引言 在石油开采、化工领域的反应釜和冶炼塔等的压力测量中,对压力传感器提出了耐高温、微型化、抗腐蚀等要求[1],传统的硅扩散压阻式压力传感器用重掺杂4个p 型硅应变电阻构成惠斯顿电桥的力敏检测模式,采用p n 结隔离,当温度在100℃以上时,p n 结漏电流很大,使器件无法工作.因此设计制作压阻式高温压力传感器,必须取消p n 结隔离而采用绝缘体介质隔离,较易的方法之一是采用SOI (silicon on insulator )结构[2],此类晶片制作成的传感器芯片,由于采用二氧化硅隔离且力敏电阻仍然由单晶硅构成,因此其灵敏度与体硅压力传感器相当,而工作温度要大于传统的硅扩散压阻式压力传感器的工作温度,理论上达到耐温350℃,此外此芯片能保持长期高温下工作的稳定性和较大的过温容限. 制备SO I 材料的两种主流技术[3]是注氧隔离(separation by implantation of oxygen SIMOX )技术[4]和键合(bonding )技术,SIMOX 技术是指工艺 中大剂量的氧离子被注入到起始硅片中,然后进行 高温退火处理形成SOI 结构;键合技术,包括键合与背面减薄(bonding and etch -back SO I B ESOI )技术[5]和智能剥离SMA R TCU T ((或UN IBOND )技术.键合技术工艺较复杂,成本控制较难. 文献[6]利用SMAR TCU T 技术的SO I 晶片,研制了高温压力传感器,其高温特性测到150℃,量程为0~8M Pa ,灵敏度为63mV/(M Pa ?5V );专利[7,8]利用B ESOI 技术制作了高温压力传感器,其 耐温到200℃;本文针对高温、高压、高频测量的要求,设计了圆平膜硅芯片,采用SIMOX 技术的SOI 晶片在微加工平台上,制作了耐高温压阻式压力传感器芯片,针对-40~220℃的工作环境,完成了耐高温封装工艺,选用了恒流源激励,完成了静态标定,获得了量程0~40M Pa ,高性能稳定性佳,高频响应的耐高温压力传感器. 2 芯片设计 针对高温高压的要求,选用圆平膜设计[9],惠斯登电桥的两对桥臂力敏电阻分别布置在(100)晶面

光纤压力传感器_赵中华

2005年第24卷第12期 传感器技术(Journal of Transducer Technol ogy) 设计与制造 光纤压力传感器 赵中华,高应俊,骆宇锋 (暨南大学光电工程研究所,广东广州510632) 摘 要:提出一种记数法布里珀罗(F2P)腔的干涉条纹的光纤压力传感器,可以用于易燃、易爆的环境。 阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。试验结果表明:光纤F2P腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强,具有很大的测量范围和分辨力,分别达到10m和0.02%。 关键词:光纤压力传感器;法布里珀罗腔;干涉条纹 中图分类号:TP212.14 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)12-0049-03 Fi ber2opti c pressure sensor Z HAO Zhong2hua,G AO Ying2jun,LUO Yu2feng (I n st of Photoelectr i c ity Eng i n,J i n an Un i versity,Guangzhou510632,Ch i n a) Abstract:A fiber2op tic p ressure sens or by counting interference stri pe of Fabry2Per ot(F2P)cavity is intr oduced, which can be used in s ome inflammable and exp l osive circum stance.The p rinci p le and the configurati on parameters design of the sens or are described.Fact ors of err or and future i m p r ovements are discussed. Experi m ent result shows the fiber2op tic sensor with F2P cavity is si m p le in design,l ow in cost,excellent in anti2 interference ability and p recise in p ressure detecting.It can reach10m in measurement range and0.02%in accurancy. Key words:fiber2op tic p ressure sens or;Fabry2Per ot(F2P)cavity;interference stri pe 0 引 言 光纤F2P传感器作为微位移传感器具有尺寸小、结构简单、测量精度高和灵敏度极高的特点,已得到了广泛的应用。多种应力、应变的相关传感器得以研究和实现。例如:新型光纤压力传感器[1]和光纤F2P腔液位传感器等。但是,利用测量干涉光的光强变化来感应外在参量的方法也有自身的局限性,因为影响光强变化的因素非常多,传感器在结构上要求相当精密,对光源和环境的要求高,成本代价昂贵。 本文在此基础上,提出利用对干涉条纹的计数来实现测量压力的光纤F2P液位传感器,在保持光纤压力传感器的本质安全等独特优点的同时,使系统的稳定性得到很大的提高,成本大幅度降低,对环境的要求大大降低,向实用化方向迈进了一大步。试验表明:它也具有很高的灵敏度和测量精度,适用于易燃、易爆的环境,如,大型油罐、燃气、油库环境中的压力和液位的监测,也可以采用网络化连接,对多个目标进行系统化管理,是今后自动化管理的发展方向,很有发展和应用潜力。 1 光纤F2P压力传感器测量基本原理 F2P腔传感头结构如图1所示。弹性合金薄片作为F2P 收稿日期:2005-06-21腔的一个端面,并将其抛光的一面作为反射面,光纤对准弹性合金片的中心,光纤端面直接作为另一个反射面,并且,选择2个面的合适的反射比[2]。这样,在合金片与光纤端面之间就形成了F2P腔。当压力作用于F2P腔的合金薄片时,会产生弹性形变,不同的压强在传感器上具有不同的压力,弹性合金薄片受此压力产生的形变大小与压力有关。合金薄片的变形使得F2P腔的腔长发生改变,当入射光射到F2P腔后,反射回的光由于光程差改变使干涉条纹发生一系列的移动变化,测量干涉条纹的变化数就可得到相应压力的大小。 图1 F2P液位传感器结构示意图 F i g1 Structure schema ti c d i a gram of F2P cav ity li qu i d level sen sor 光纤F2P传感器是基于波动光学中的多光束干涉原理,多光束反射光叠加后的光强公式为[3,4] 94

生物传感器及其在农药残留中的应用

专业文献综述 题目: 生物传感器及其在农药残留中的应用姓名: 李枞 学院: 植物保护 专业: 农药学 班级: 5 学号: 2011102159 指导教师: 杨红职称: 教授 2012 年05月01日

生物传感器及其在农药残留中的应用 摘要:生物传感器是一种新型的分析工具,在农药残留的检测中具有极其重要的应用价值。本文介绍了生物传感器的定义、原理、分类和特点,并对生物传感器分析农药残留物的应用、研究进展和发展趋势进行了探讨。 关键词:生物传感器;农药残留物;应用;研究进展 The Application of Biosensor in the Determination of Pesticide Residues Abstract:Biosensor is a new analysis tool.It has very important applied value in the pesticide residues analyse.This article describes the definition,theory,classification and characteristics of biological sensors in detail,and discussed the applications,research development and development trends of biosensor analysis of pesticide residues. Key word:biosensor;pesticide residues;application;research development 前言 自上世纪80年代以来,国际上农药残留分析新技术的研究非常活跃,不断有新方法、新技术涌现,以满足现场快速检测样品量的迅速增加,对分析的灵敏度、特异性和快捷性提出了更苛刻的要求。生物传感器法就是其中日渐成熟的一种。生物传感器具有体积小、成本低、灵敏度高、选择性及抗干扰能力强、响应快等优点。近年来,随生物技术的日臻完善、微电子学技术的迅速发展以及实际应用领域的迫切要求,作为一种多学科交叉的高技术、作为一种强有力的分析工具,它已成功地应用于医学、国防、环境、食品工业及农业等领域。该文主要对生物传感器在农药残留分析中的应用进行了概述。 1生物传感器 生物传感器实际上是一种特殊的化学传感器,是用生物活性物质( 如酶、抗体、抗原、细胞等) 作识别元件,配以适当的物理或化学信号转换器所构成的分析工具。 1. 1 生物传感器的工作原理 生物传感器以生物化学和传感技术为基础,其工作原理可用图1表示:待测物质经扩散作用进入分子识别元件,经分子识别,与分子识别元件特异性结合,发生生物化学反应,产生的生物学信息通过信号转换器转化为可以定量处理的光信号或电信号,再经仪表的放大和输出,即可达到分析检测的目的。 图1

传感器项目计划书 (1)

传感器项目计划书 投资分析/实施方案

承诺书 申请人郑重承诺如下: “传感器项目”已按国家法律和政策的要求办理相关手续,报告内容及附件资料准确、真实、有效,不存在虚假申请、分拆、重复申请获得其他财政资金支持的情况。如有弄虚作假、 隐瞒真实情况的行为,将愿意承担相关法律法规的处罚以及由 此导致的所有后果。 公司法人代表签字: xxx科技公司(盖章) xxx年xx月xx日

项目概要 在全球传感器市场中,流量传感器、压力传感器和温度传感器所占比 重较大。在各国持续投入下,全球传感器市场规模保持快速增长。流量 传感器用于监测流速,是流量仪表的重要装置之一。根据结构型式,流量 传感器可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。随着技术发展,也出现了超声流量传感器、电磁流量传感器和水流量 传感器等新型流量传感器。流量传感器具有出色的低压和高压计量性能、多种信号输出方式以及对流体扰动的低敏感性,常应用在钢铁、冶金、石化、煤化、造纸、食品、市政工程、能源及水资源管理、污水排放等领域。由于应用广泛且需求量大,全球流量传感器市场规模保持快速增长。压力传感器是能感受压力信号,并能按照一定的规律将压力信号转换成可 用的输出的电信号的器件或装置,也是全球最为常用的一种传感器,其广 泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产 自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多领域。因此,全球压力传感器规模也较大。温度传感器是指能感受温度并 转换成可用输出信号的传感器,按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。作为传感 器中的重要一类,温度传感器也不断拓宽应用领域,医疗电子设备、通信 类产品、汽车电子元器件等都是其新的应用领域。在新应用领域推动下,全球温度传感器市场维持逐年增长趋势,除2012年受OEM市场严重萎缩以

压力传感器研究现状及发展趋势

压力传感器研究现状及发展趋势 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段[1 ] : (1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为

电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。 (3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术[4 ] ,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。 (4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。 通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。 2. 1 光纤压力传感器[5 ]

光纤压力传感器实验

光纤压力传感器实验 一、实验目的 1、了解并掌握传导型光纤压力传感器工作原理及其应用 二、实验内容 l、传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验; 2、发光二极管驱动及探测器接收实验; 3、传导型光纤压力传感器测压力原理实验。 三、实验仪器 1、光纤压力传感器实验仪1台 2、气压计1个 3、气压源l套 4、光纤1根 5、2#迭插头对若干 6、电源线1根 四、实验原理 通常按光纤在传感器中所起的作用不同,将光纤传感器分成功能型(或 称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使 用单模光纤,它在传感器中不仅起传导光的作用,而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器的制造上技术难度较大,结构比较复杂,且调试困难。 非功能型光纤传感器中,光纤本身只起传光作用,并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化,使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是:光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上,实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率,这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。光纤传感器的特点是结构简单、可靠,技术上容易实现,便于推广应用,但灵敏度较低,测量精度也不高。 本实验仪所用到的光纤压力传感器属于非功能型光纤传感器。 本实验仪重点研究传导型光纤压力传感器的工作原理及其应用电路设计。在传导型光纤压力传感器中,光纤本身作为信号的传输线,利用压力一电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中,用光纤代替普通电缆传送信号,可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力,提高测量精度。 相关参数: l、光源 高亮度白光LED,直径5mm

红外热成像仪高端应用——微米级电子器件检测

红外热成像仪高端应用——微米级电子器件检测 随着红外技术的不断发展,红外热像仪逐渐被应用于越来越多的民生行业,吃、穿、住、行无所不在。美国福禄克热像仪作为行业佼佼者,通过多年的推广和开发,已获得各领域工程师的广泛认可,此文将通过真实案例和热图的解说来阐述美国福禄克热像仪是如何助力微米级电子器件检测的。 微米级小目标通常是温度检测的难点,接触式温度计由于其传感器尺寸限制,对于1mm 以下的目标是无法检测的,高端红外热像仪配套专用的微距镜头, 可对最小32微米的目标进行有效检测,本文以案例叙述使用福禄克大师之选系列热像仪对微米级芯片进行温度检测的过程和系统解决方案。 Fluke TiX660加装微距镜头3拍摄的芯片晶格热像图 检测案例: 某研究所需要检测芯片晶格的温度分布情况,常见的热像仪可有效检测的最小目标通常为0.2mm 以上,对于微米级别的芯片晶格和元器件来说,需要在像素和光学系统上均达到一定性能要求才可以准确检测,此现场的配置为: 1、热像仪主机:福禄克大师之选系列TiX660 2、配套微距镜头:微距镜头3+ 长焦镜头,由于现场有红外窗口遮挡,故无法 芯片的晶格

近距离检测,需要在10厘米处才可以安放热像仪,微距镜头3+长焦镜头的配 置正好可以满足检测小目标和较远的对焦距离的双重需求(微距镜头2必须在 2-4厘米处才可有效检测小目标)。 3、为使现场检测对焦方便,使用三脚架+二维可调精密位移云台。 从现场的检测情况来看,两排晶格器件,上排器件的温度为34.1℃,而下 排器件的温度为34.2℃,说明在散热方面,各方位排列的器件的散热情况是不 相同的,研究人员可以据此测试不同的排列对器件的影响,并对某些问题器件进 行单独检测。大师之选系列热像仪的最小检测目标为32微米,可以充分满足研 究人员对微米级小目标的检测需求。 福禄克大师之选系列共配置了三种微距镜头,因检测距离近,故微距镜头不 适合用激光自动对焦和自动对焦;若使用手动对焦,需要非常精准的光学系统的 调整,而手动对焦在微距检测时容易造成对焦过近或过远,影响检测效果。比较 行之有效的方法是:先把镜头做最小目标(即最近距离)对焦的调整,再移动目 标或红外热像仪,使之成像清晰,因可以比较精密地进行位移,故对近距离小目 标的调焦精准度也会提高。 1、对焦按钮往下推倒底 2、液晶显示屏会出现“NEAR”,表示正在对近距离 对焦。

传感器项目计划书 (1)

传感器项目 计划书 规划设计/投资分析/产业运营

摘要 该传感器项目计划总投资16544.75万元,其中:固定资产投资 12545.43万元,占项目总投资的75.83%;流动资金3999.32万元,占项目 总投资的24.17%。 达产年营业收入27768.00万元,总成本费用21235.57万元,税金及 附加310.17万元,利润总额6532.43万元,利税总额7743.62万元,税后 净利润4899.32万元,达产年纳税总额2844.30万元;达产年投资利润率39.48%,投资利税率46.80%,投资回报率29.61%,全部投资回收期4.88年,提供就业职位422个。 本报告所描述的投资预算及财务收益预评估均以《建设项目经济评价 方法与参数(第三版)》为标准进行测算形成,是基于一个动态的环境和 对未来预测的不确定性,因此,可能会因时间或其他因素的变化而导致与 未来发生的事实不完全一致,所以,相关的预测将会随之而有所调整,敬 请接受本报告的各方关注以项目承办单位名义就同一主题所出具的相关后 续研究报告及发布的评论文章,故此,本报告中所发表的观点和结论仅供 报告持有者参考使用;报告编制人员对本报告披露的信息不作承诺性保证,也不对各级政府部门(客户或潜在投资者)因参考报告内容而产生的相关 后果承担法律责任;因此,报告的持有者和审阅者应当完全拥有自主采纳 权和取舍权,敬请本报告的所有读者给予谅解。

MEMS传感器是随着纳米技术的发展而兴起的新型传感器,具有很多新 的特性,相对传统传感器其具有更大的优势。在追求微型化的当代,其具 有良好的发展前景,必将受到各个国家越来越多的重视。MEMS传感器的发展离不开MEMS技术商业化的推动。20世纪90年代,PC和信息技术兴起,深度反应粒子刻蚀(DRIE)技术以及围绕该技术发展的多种新型加工工艺 极大地推动了MEMS技术的发展。第三轮商业化出现于世纪之交,微光 学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。尽管该市场现在 萧条,但微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。2006 年以后,消费品市场快速增长,MEMS产业借此机会打破了过去10多年来依赖汽车应用的宿命,其增长驱动力向手机、游戏系统和体育应用等方面转移。过去几年中,全球MEMS传感器的市场规模一直保持着稳步的增长。有两家机构的市场规模预测值由于统计口径不一致造成较大差异,但总体 而言,MEMS传感器发展前景看好。汽车和消费是其主要细分领域,环境类MEMS和红外线传感器增速最快。平均价格呈下降趋势,规模化放量 是主要原因从2000-2018年全球MEMS传感器平均价格来看,行业价格 处于下降趋势。2000-2007年,行业平均价格以-6%的复合增速下降;2007 年以后,智能手机兴起,带动了MEMS传感器规模化生产,其平均价格显著 降低。除了传感器规模化放量之外,MEMS传感器供应商议价能力低和低端市场竞争激烈等亦是造成行业产品价格下降的原因。好在,未来随着多

光电化学生物传感器的研究与应用

光电化学生物传感器的研究与应用 陈洪渊* 南京大学,南京,210093 *Email: hychen@https://www.360docs.net/doc/8815800502.html, 光电化学过程是指分子、离子以及固体物质在光的作用下,因吸收光子而使电子处于激发态继而产生电荷传递的过程。光电化学传感是基于物质的光电转化特性而建立起来的一种新兴的检测技术。待测物与光电化学活性物质之间的直接/间接相互作用,或者生物识别过程前后所产生的光电流(或光电压)的变化与待测物浓度之间的关系, 是光电化学传感定量的基础。在光电化学检测中,与电化学发光检测恰好相反,光被用作激发源来激发光活性物质,通过光激发所产生的电信号作为检测信号。由于采用不同能量形式的激发与检测信号,和电化学发光检测相同的是,光电化学传感的背景信号要比传统的电化学方法低。研究表明,在采用相同或类似的流程对同一种物质进行检测时,光电化学方法获得的检测限通常要比电化学方法低一个数量级。此外,由于利用电信号响应, 同传统的光学方法相比, 光电化学检测仪器设备简单、价格低廉且易于微型化。因此,这种方法在生物分析领域具有广阔的应用前景,近年发展十分迅速。随着研究的不断深入,可以预期,光电化学传感将在生物分子测定、环境监测、食品安全、新药研究和医学卫生等诸多领域发挥重要作用。目前,光电化学应用于生物传感器的各个主要研究方向,如DNA传感器、免疫传感器以及酶催化型传感器等方面都取得了迅速的发展。 本文将以本研究组现有相关工作为例,对光电化学生物传感的基本概念、原理与应用及当前的发展趋势作一扼要的评述,以期为光电化学生物传感器的进一步发展提供一定的启示。 参考文献 [1] Zhao W W, Yu P P, Xu J J, Chen H Y. Electrochem. Commun., 2011, 13, 495—497 [2] Zhao W W, Wang J, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2011, 47, 10990—10992 [3] Zhao W W, Tian C Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, 895—897 [4] Zhao W W, Dong X Y, Wang J, Kong F Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, doi: 10.1039/C2CC17942C [5] Zhao W W, Ma Z Y, Yu P P, Dong X Y, Xu J J, Chen H Y. Anal. Chem., 2012, 84, 917—923

乙酰胆碱酯酶固定化方法的研究

乙酰胆碱酯酶固定化方法的研究 魏福祥, 韩 菊, 刘庆洲, 顾宝群, 柳春晖, 杨 莹 (河北科技大学环境科学与工程学院,河北石家庄050018) 摘 要:以戊二醛为交联剂,牛血清白蛋白(BS A )为保护剂,将乙酰胆碱酯酶(AChE )交联固定到商 品载体上,制备固定化酶片。对影响酶固定化的重要因素进行了考察,获得了最佳固定化条件。实验结果表明,以孔径为0.45μm 的硝酸纤维素滤膜作载体,乙酰胆碱酯酶用量10U ,5%(体积分数)戊二醛2μL ,1%(质量分数)BS A10μL ,配成70μL 的酶溶液,3°C 固定8h ,可获得较好的固定化效果。不同批次制备的酶片,其活力值标准偏差为3.27%~5.03%,酶片在0.1m ol ΠL pH8.5磷酸盐缓冲溶液中3°C 下可保存60d 。 关键词:乙酰胆碱酯酶;固定化;酶片;生物传感器中图分类号:Q 814.2 文献标识码:A 文章编号:036726358(2005)032155204 Study on Imm obilization Method of Acetylcholinesterase WEI Fu 2xiang , H AN Ju , LI U Qing 2zhou , G U Bao 2qun , LI U Chun 2hui , Y ANG Y ing (College o f Environmental Science and Engineering ,H ebei University o f Science and Technology ,H ebei Shijiazhuang 050018,China ) Abstract :Using glutaraldehyde as a cross 2linking agent and bovine serum albumin as a protectant ,an imm obilization method of acetylcholinesterase is developed.The im portant factors affecting imm obilization are explored ,and the optimum conditions are obtained.The best imm obilization conditions are :10U of acetylcholinesterase ,2μL of 5%glutaraldehyde ,10μL of 1%bovine serum albumin ,3°C ,8h ,and a cellulose nitrate membrane filter with a pore size of 0.45μm as the carrier membrane.The activeity of enzyme membranes produced in different batches is quite similar (RS D 3.27%~5.03%),and the enzyme membranes is stable for 60d in 0.1m ol ΠL phosphate bu ffer (pH 8.5)at 3°C. K ey w ords :acetylcholinesterase ;imm obilization ;enzyme membrane ;biosens or 收稿日期:2004203201;修回日期:2004204226 基金项目:国家863计划资助项目(2001AA635130)。 作者简介:魏福祥(1955~),男,教授,主要从事生物传感器及天然植物提取与应用研究。 乙酰胆碱酯酶(AChE )是一种重要的工具酶。它能够选择性地催化底物乙酰胆碱水解,且其催化活性能被有机磷或氨基甲酸酯类农药所抑制。利用这一特性可制成胆碱酯酶生物传感器,用于测定有机磷农药含量、底物含量及酶活性等。因而,AChE 在环保、医学、农业、军事等领域具有重要用途。由于游离酶性质不稳定,极易失活,不能重复使用,只有固定化酶才具有使用价值。研制胆碱酯酶生物传感器的前提条件是AChE 的固定化,即利用物理或化学方法将AChE 固定在各种载体上。与游离酶相 比,固定化酶具有稳定性强,重现性好,能重复使用等优点。因此,酶的固定化技术研究已成为酶工程的重要组成部分,也是吸引众多学者进行研究的热点。 酶的固定化方法主要有吸附法、包埋法、共价键 合法和交联法[1] 。生物传感器中用得较多的方法是 交联法,最常用的交联试剂为戊二醛。Stein K 等[2] 将载体用戊二醛浸泡后涂上酶溶液,压在玻璃板中间,于冰箱中过夜制备酶片。该法操作较繁琐。 Larosa C 等[3] 在进行固定化时,将戊二醛、牛血清白

传感器项目商业计划书

传感器项目商业计划书 投资分析/实施方案

承诺书 申请人郑重承诺如下: “传感器项目”已按国家法律和政策的要求办理相关手续,报告内容及附件资料准确、真实、有效,不存在虚假申请、分拆、重复申请获得其他财政资金支持的情况。如有弄虚作假、 隐瞒真实情况的行为,将愿意承担相关法律法规的处罚以及由 此导致的所有后果。 公司法人代表签字: xxx有限责任公司(盖章) xxx年xx月xx日

项目概要 传感器是信息社会的重要技术基础,它也是当前各发达国家竞相发展 的技术。目前,活跃在国际市场上的仍然是德国、日本、美国等国家。相 比而言,我国的传感器产业发展较慢,80%以上的传感器都依靠进口。我国 物联网发展一直无法突破,缺乏“感知能力”正是一个重要原因。近年来,国务院、工信部、发改委等纷纷出台物联网发展指导文件,明确指出 我国物联网加速进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”的新阶段,提 出强化产业生态布局、完善技术创新体系、完善标准体系、推进规模应用、完善公共服务体系、提升安全保障能力等六大重点任务,为我国未来5年 物联网产业发展指明了方向。近几年中国物联网产业增速都在20%以上,2018年中国物联网市场规模超1.2万亿元。到2025年,物联网带来的 经济效益将在2.7万亿到6.2万亿美元之间,其中传感器作为物联网技术 最重要的数据采集入口,将迎来广阔的发展空间。近年来中国传感器市场 规模保持较快增长,近5年均保持两位数的增长率。根据传感器类型不同,具体包括温度和湿度传感器、压力传感器、图像传感器、光传感器、 位置传感器、重力传感器等。流量传感器、压力传感器、温度传感器占据 最大的市场份额。从产业链来看,我国智能传感器产业生态也逐渐趋于 完备,设计制造,封测等重点环节均有骨干企业布局。这些传感器的生产 企业主要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈 阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。从企业分布来看,传感器企

生物传感器综述

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。

市场上常见的压力传感器的种类及原理分析

市场上常见的压力传感器的种类及原理分析 什么是压力传感器呢?压力传感器是指将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号(4~20mADC),以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节的元器件。它主要是由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成的(进气压力传感器)。 那么压力传感器的种类有哪些呢?就目前市场而言,压力传感器一般有差压传感器、绝压传感器、表压传感器,静态压力传感器和动态压力传感器。对于这几者之间的关系,我们可以这样定义定义:差压是两个实际压力的差,当差压中一个实际压力为大气压时,差压就是表压力。绝压是实际压力,而有意义的是表压力,表压力=绝压-大气压力。静态压力是管道内流体不流动时的压力。动态压力可以简单理解为管道内流体流动后发生的压力。 根据不同的方式压力传感器的种类也不尽相同。小编通过搜集整理资料,将与压力传感器的种类相关的知识做如下介绍,下面我们来看具体分析。 1.扩散硅压力传感器 扩散硅压力传感器工作原理是被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。 扩散硅压力传感器原理图 2.压电式压力传感器 (1)压电式压力传感器原理 压电式压力传感器原理基于压电效应。压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。 (2)压电式压力传感器的种类与应用 压电式压力传感器的种类和型号繁多,按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上,由膜片将被测压力传递给压电元件,再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。 现代测量技术对传感器的性能出越来越高的要求。例如用压力传感器测量绘制内燃机示功图,在测量中不允许用水冷却,并要求传感器能耐高温和体积小。压电材料最适合于研制这种压力传感器。石英是一种非常好的压电材料,压电效

传感器项目合作计划书

传感器项目 合作计划书 规划设计/投资方案/产业运营

摘要说明— 国家近年来大力扶持物联网的发展,而传感器作为物联网的核心应用 产品之一,也成为国家重点扶持对象。同时,受到汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID标签卡等领域的需求拉动,传感器市场也得到快速扩张。我国传感器制造行业以中小企业为主。由于小型企业规模较小,受到资金和 人才限制影响,技术水平较低,多数集中于低端产品的生产,以价格竞争 为主;高端产品集中在龙头企业及外资企业之中,以技术竞争和品牌竞争 为主。从十家行业内大型企业营业收入数据可以看出,即使同为行业内 上市企业,但营业收入依然有巨大差距。而数量众多的中小型企业,缺乏 关键性技术,只能在中低端进行激烈的同质竞争。技术发展速度快,研 发集中在大学等科研机构我国传感器专利申请数量增长明显,技术发展 速度快。从2004年开始,我国传感器专利申请数量开始了快速增长阶段。2010年专利申请数量超过5000件;2013年专利年申请量突破10000件;2017年,我国传感器专利申请数量达到12836件。从传感器专利申请人的角度看,我国大学等科研机构是传感器研发的领头者。根据统计数据, 截至2018年8月,我国传感器专利申请人前十位中大学占据六席,申请数 量总计占比3.12%。其中东南大学申请专利817件,占专利申请总数0.75%;浙江大学专利申请数量613件,占比0.56%。工业发展与信息技术运用 一方面给传感器企业带来了机会,另一方面也对传感器提出了新的要求,

主要体现在对灵敏度、稳定性、鲁棒性等方面的要求会更高。同时,物联 网的普及使得传感器无处不在,大量使用对传感器提出轻量化、微型化的 要求,同时也更多要求智能化与无线化。目前,国内传感器能满足物联 网的大部分场景要求。生产生活中所需的大部分压力、温度、位置等传感 器国内都有大量厂家生产,但是部分特殊应用的、高可靠要求的传感器, 航空、航天等领域运用的高端传感器等还倾向于进口,需要加快技术进步。数月前爆发的中美贸易摩擦中对核心芯片的禁运,也给传感器及应用行业 敲响了警钟,如果国内企业不加大自主创新力度,未来也会面临类似的局面。只有加快自主创新、形成产业龙头,促进相关领域的技术融合,才 能较快推进传感器产业发展,满足我国市场对传感器的各种需求。 该传感器项目计划总投资13032.05万元,其中:固定资产投资 9098.36万元,占项目总投资的69.82%;流动资金3933.69万元,占项目 总投资的30.18%。 达产年营业收入31542.00万元,总成本费用25094.04万元,税金及 附加247.27万元,利润总额6447.96万元,利税总额7584.60万元,税后 净利润4835.97万元,达产年纳税总额2748.63万元;达产年投资利润率49.48%,投资利税率58.20%,投资回报率37.11%,全部投资回收期4.19年,提供就业职位487个。 报告内容:项目概述、项目背景研究分析、项目市场调研、项目规划 方案、选址方案、土建工程说明、项目工艺技术、项目环境保护和绿色生

医用红外热像仪及其应用

医用红外热像仪及其应用 关键词:红外热像仪 原理 王泽普 张德欣 王志敏 本文作者王泽普先生,北京市光电子技术研究所所长、高级工程师;张德欣先生,华北光电技术研究所研究员;王志敏女士,高级工程师。 一 医用红外热像仪的工作原理 凡是温度高于绝对零度的物体均发射出红外辐射。人的体温37℃,人体皮肤的发射率0.98,可近似为一种300K 的黑体。当室温低于体温时,人体即通过皮肤发射出肉眼看不见的红外辐射能量,该能量的大小及分布与温度成正比。当人体某些部位患病时,通常存在温度的变化,有的温度升高(如炎症,肿瘤等),有的温度降低(如脉管炎,动脉硬化等)。借助于红外成像技术可以清晰地、准确地、及时地发现人体由于不同原因而引起的微小的温度变化。其原理概述如下。 1. 温度、波长和能量之间的关系 这就是著明的普朗克定律,它表示当温度变化时,红外辐射的能量及波长的相应变化规律。表示如下: W λ(T)=)1(/51 2?T C e C λλε (1) 式中,W λ(T)—在某绝对温度T 下的光谱辐射能量,W ?cm -2?μm -1;ε—物体表面的发射率;C 1—常数;C 2—常数;λ—波长,μm ;T —绝对温度,K 。 如图1所示,给出500K 、600K 、700K 、800K 、900K ,五个温度下,波长从0~18μm 的光谱能量曲线。从图1可以看出:曲线下的面积为该温度下的总能量,随温度的增加而迅速增加;峰值波长随温度的增加向短波移动。人体的温度是恒定的,约为37℃,皮肤的温度约为34℃,其红外峰值波长为9.4μm 。 2. 总能量和光谱带内的能量关系 对图1曲线下的面积进行积分即可得出绝对温度T 下的总能量。斯蒂芬?玻耳兹曼定律表示如下: W 0(T)=εσT 4 (2) 式中,W 0(T)—绝对温度T 下的总能量,W ?cm -2;;ε—物体发射率;σ—常

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