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基于SPR传感器的土壤有机污染物的检测

作　者: 吕晖
导　师: 马晓红
学　校: 清华大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 表面等离子体共振(SPR) 角度检测 检测系统 有机污染草甘膦 温度作用
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要


表面等离子体共振(SPR)传感技术具有灵敏度高、可实时检测的优点,可有效地应用于生物、医学、农业等领域,是当前光电传感研究领域的热点技术之一。论文自行设计并研制出可实用化的角度型SPR传感自动检测系统,实现了对土壤有机污染物草甘膦溶液的检测。论文的主要研究成果如下:设计并实现了基于棱镜的角度型SPR传感自动检测系统。系统主要包括传感探头、检测光路、光路控制与数据处理、液体流路四个部分。对系统进行精密调试和性能优化,实现了小型化、易于移动的可实用化SPR检测系统。研究了传感探头棱镜的折射率对检测范围的影响,采用了高折射率棱镜提高系统的检测范围。仿真研究了传感探头材料的折射率和检测范围的关系,采用折射率为1.755的棱镜,与普通玻璃棱镜相比,测量范围从1.33提高到1.5。根据仿真结果选择了折射率为1.755的探头材料,使系统不仅可对空气和纯水进行检测,而且满足了对土壤有机污染物溶液检测的要求。应用SPR检测系统对土壤有机污染物草甘膦溶液进行检测。仿真研究得到溶液浓度、折射率和SPR共振角三者成正比增长关系。对浓度为0-4%的草甘膦溶液进行多次实验检测,实验结果和仿真能较好的吻合,检测结果表明系统的分辨率达到5×10-5。研究了温度对SPR共振角检测结果的影响。理论分析了温度对角度型SPR检测系统的作用机理,实验研究了温度对SPR共振角的影响。实验结果表明当被测液体温度的升高时SPR共振角度下降,斜率为-7.843×10-3/°C。温差控制对光传感技术中表面等离子体振荡技术的实用化具有重要意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 概述  9-23
  1.1 SPR 现象概述  9-12
  1.2 SPR 传感技术  12-18
    1.2.1 SPR 传感器的特点和发展历程  12-13
    1.2.2 SPR 传感器的分类  13-14
    1.2.3 SPR 传感器的最新研究进展  14-18
    1.2.4 SPR 传感器的商品化  18
  1.3 目标检测物调研  18-21
    1.3.1 草甘膦的应用背景  18-19
    1.3.2 草甘膦的特性  19
    1.3.3 草甘膦的污染危害及研究意义  19-20
    1.3.4 草甘膦的现有检测方法  20-21
  1.4 论文主要工作与成果  21-23
第2章 角度检测的SPR 传感器系统  23-34
  2.1 基于棱镜的SPR 角度检测的基本原理  23-24
  2.2 角度检测SPR 传感器的设计和实现  24-30
    2.2.1 检测光路部分  24-26
    2.2.2 探头部分  26-27
    2.2.3 液体流路部分  27-29
    2.2.4 光路控制及数据处理  29-30
  2.3 角度检测SPR 传感器测量范围的扩展  30-32
  2.4 角度检测SPR 传感器的调试  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章 SPR 传感器的系统性能和特性研究  34-46
  3.1 外部共振角和内部共振角的对应关系  34-36
  3.2 SPR 系统检测  36-37
    3.2.1 对气体的检测  36
    3.2.2 对液体的检测  36-37
  3.3 利用系统检测结果寻找最佳镀膜厚度  37-40
  3.4 系统的工作条件和稳定性  40
  3.5 温度对SPR 角度检测结果的影响  40-44
    3.5.1 温度对SPR 传感器的作用机理  40-43
    3.5.2 温度对SPR 共振角的作用  43-44
    3.5.3 本节结论  44
  3.6 本章小结  44-46
第4章 SPR 系统对草甘膦的检测  46-55
  4.1 草甘膦的SPR 特性研究  46-50
    4.1.1 研究目标  46-47
    4.1.2 仿真条件  47-48
    4.1.3 草甘膦溶液的SPR 特性  48-50
  4.2 SPR 传感器系统对草甘膦的检测结果  50-52
  4.3 SPR 传感器系统的灵敏度和分辨率  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 总结  55-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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