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角度型表面等离子体振荡传感系统特性研究

作　者: 李玮翔
导　师: 马晓红
学　校: 清华大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 角度型SPR传感器 SPR膜层结构角度自动扫描系统草甘膦浓度测量
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

表面等离子体振荡（SPR）测量技术是传感领域里最热门的研究课题之一，角度型SPR测量系统结构简单，性能稳定，最具实用前景。论文结合国家自然科学基金课题，设计并建立了角度型SPR测量平台，研究提高系统测量分辨率和稳定度的方法，实现了对气体和液体的实验测量。取得的主要研究成果如下：1、优化设计传感头的材料和膜层结构。依据菲涅尔多层反射理论对SPR传感头的金属膜厚度、附加膜材料和厚度以及棱镜材料进行了理论计算和仿真，制作了多层膜样品，实验研究了不同膜层参数的传感特性。采用适当厚度的Si附加膜层提高系统的分辨率，采用高折射率棱镜材料扩大动态范围。2、设计并建立了角度型SPR测量平台。测量平台包括光源、光电探测和信号处理、双臂电控旋转装置和控制软件。整体采用立式结构便于液体的测量；光源和传感头支架具有微调功能以确保SPR光学系统的精密调节；机械装置的两条悬臂可进行精密跟踪扫描，系统能达到的灵敏度为105.4°/RIU；编写了基于Labview平台测量控制程序，实现系统的自动测量。3、研究了提高系统稳定度的测量方法。设计了谐振点的变步长精确测量方法，降低测量点数，减少了测量时间；设计了单点光强的多次采集平均法，采用数据拟合，提高了系统的精度；设置了测量的初始点并进行角度标定，提高了系统的重复性。系统稳定度由1E-4RIU提高到4E-5RIU。4、对空气、水和草甘膦溶液的折射率进行了实验测量。对空气和水的折射率测量表明系统稳定度达到4E-5RIU。对不同浓度的草甘膦溶液折射率进行了测量，折射率变化的分辨率达到了6E-5RIU。5、设计了基于CCD检测的测量系统，搭建了测量装置，并进行了初步实验测量。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
主要符号对照表  8-9
第1章概述  9-17
  1.1 SPR 现象概述  9-10
  1.2 SPR 原理  10-12
  1.3 SPR 传感器  12-15
    1.3.1 SPR 传感器的优点  12-13
    1.3.2 SPR 传感器的应用  13
    1.3.3 SPR 传感器的分类  13-15
  1.4 国内外研究现状与趋势  15-16
  1.5 论文工作与成果  16-17
第2章 SPR 传感头设计  17-32
  2.1 SPR 传感头结构  17
  2.2 SPR 传感头膜层研究  17-27
    2.2.1 SPR 传感头的理论计算  17-21
    2.2.2 传感头结构的参数指标  21-22
    2.2.3 双层膜结构的设计  22-27
  2.3 SPR 传感头棱镜研究  27-29
  2.4 本章小结  29-32
第3章 SPR 角度型测量系统  32-41
  3.1 SPR 角度型测量系统设计  32-33
  3.2 搭建 SPR 角度型测量系统  33-36
    3.2.1 水平结构系统  34-35
    3.2.2 立式结构系统  35-36
  3.3 测量系统的调整  36
  3.4 基于 CCD 检测的系统结构  36-39
  3.5 本章小结  39-41
第4章 SPR 角度型测量系统测量方法研究  41-50
  4.1 测量方法研究目的  41
  4.2 测量方法设计  41-45
    4.2.1 单点光强的多次采集平均法  41-42
    4.2.2 谐振点的精确测量方法  42-44
    4.2.3 系统的零点校准  44-45
  4.3 测量方法实现  45-48
  4.4 本章小结  48-50
第5章系统实验  50-60
  5.1 实验目标  50
  5.2 数据拟合  50-51
  5.3 实验测量结果  51-58
    5.3.1 测量空气  51-53
    5.3.2 测量水  53-55
    5.3.3 测量草甘膦溶液  55-58
  5.4 本章小结  58-60
第6章总结  60-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  67

角度型表面等离子体振荡传感系统特性研究

内容摘要

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