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面向新型电力系统的设备状态监测与诊断传感芯片关键技术与展望

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电力系统自动化 2024年

作者：秦潘昊陈威宇胡秦然杜力吴在军杨生哲东南大学院电气工程学院南京大学电子科学与工程学院

电力系统的安全高效依赖于电力关键设备可靠平稳运行。随着新型电力系统的建设与发展，电力关键设备运行环境发生改变、运行过程面临更多风险。针对电力关键设备的状态监测和故障诊断（CMD）技术是其正常运行的保障，但目前仍存在弊端... 详细信息

电力系统的安全高效依赖于电力关键设备可靠平稳运行。随着新型电力系统的建设与发展，电力关键设备运行环境发生改变、运行过程面临更多风险。针对电力关键设备的状态监测和故障诊断（CMD）技术是其正常运行的保障，但目前仍存在弊端。集信号采集、数据分析、信息传输功能于一体的传感芯片将能够实现在线、实时、准确的关键设备CMD。本文从面向新型电力系统的设备CMD传感芯片的基本概念出发，综述传感芯片的传感采集、信号处理、数据分析及信息传输4项关键技术的发展现状，提出关键技术面临的挑战，最后展望未来研究方向，以期为新型电力系统关键设备的可靠运行提供保障。

关键词：新型电力系统传感芯片电力设备状态检测和故障诊断

基于偶氮苯的光开关分子探针与传感芯片研究进展

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分析化学 2015年第3期43卷 433-443页

作者：钦传光鲁彩霞欧阳高伟钦可张峰王晓辉石海通西北工业大学理学院应用化学系教育部空间物理与化学重点实验室陕西省高分子科学与技术重点实验室清华大学理学院化学系

随着人们对偶氮苯光致异构化反应机制和特性的研究和认识越来越深入透彻,偶氮苯衍生物无论是在理论上还是在实验方面都受到了大量的关注。近年来,偶氮苯衍生物作为光开关响应的功能元件不仅已经用于合成智能聚合物,液晶材料,分子开关和... 详细信息

随着人们对偶氮苯光致异构化反应机制和特性的研究和认识越来越深入透彻,偶氮苯衍生物无论是在理论上还是在实验方面都受到了大量的关注。近年来,偶氮苯衍生物作为光开关响应的功能元件不仅已经用于合成智能聚合物,液晶材料,分子开关和分子机器等,而且正迅速地渗透到化学生物学体系研究和分析的各个方面。因此,本文将着重就基于偶氮苯衍生物功能化的光开关型分子探针与传感芯片及其在化学生物学分析研究方面所取得的最新进展进行总结和综述。引用103篇文献,并对未来的发展前景进行了展望。

关键词：偶氮苯衍生物分子探针传感芯片生物分析光开关分子识别综述

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光学免疫分析仪传感芯片的表面修饰及表征

清华大学学报（自然科学版） 2007年第6期47卷 826-829页

作者：张凡何苗宋保栋郭彬彬蔡强施汉昌清华大学环境科学与工程系北京100084 中国矿业大学北京100083

光学免疫分析仪能够实现对环境污染物的现场快速检测,为了减小传感芯片对蛋白的非特异性吸附并实现对抗体的特异性反应,需要对其进行化学修饰。该文选取2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为目标物质,研究3种传感芯片修饰方案,并对修饰后芯片表面... 详细信息

光学免疫分析仪能够实现对环境污染物的现场快速检测,为了减小传感芯片对蛋白的非特异性吸附并实现对抗体的特异性反应,需要对其进行化学修饰。该文选取2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为目标物质,研究3种传感芯片修饰方案,并对修饰后芯片表面的物理形态、化学组成及其对蛋白的响应进行表征。实验结果表明,3种方案均有效地抑制了蛋白的非特异性吸附,且成功地实现了对2,4-D小分子配基的固定,其中双氨基聚乙二醇修饰的芯片基本不会吸附杂蛋白,而氨基葡聚糖修饰的芯片对2,4-D抗体具有更强的响应。因此,这3种修饰方案都适用于光学免疫分析仪传感芯片的制备。

关键词：水质分析仪免疫检测表面修饰传感芯片 2,4-二氯苯氧乙酸

基于二元光学的多通道SPR传感芯片及其系统设计

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传感技术学报 2009年第8期22卷 1099-1104页

作者：张维徐宁谢海燕王程杨锶毅牛文成刘国华南开大学信息技术科学学院天津300071 天津市塘沽区中等专业学校天津300454

提出一种基于二元光学的新型多通道SPR传感芯片,及采用这种芯片的传感系统的设计方案。传感芯片集成有多组二元光学器件,取代传统光路中的透镜,实现光线的角向会聚。这种设计方案提高了SPR传感系统集成度,而且满足阵列化、多通道的检测... 详细信息

提出一种基于二元光学的新型多通道SPR传感芯片,及采用这种芯片的传感系统的设计方案。传感芯片集成有多组二元光学器件,取代传统光路中的透镜,实现光线的角向会聚。这种设计方案提高了SPR传感系统集成度,而且满足阵列化、多通道的检测要求。采用新型芯片设计制作的SPR传感系统能够完成对包含多个通道的敏感膜阵列的快速扫描和检测,与棱镜耦合结构相比还具有集成度高、灵敏度高、机械调节误差小、制作成本较低等优点。

关键词：表面等离子共振传感芯片二元光学器件多通道

基于CMOS传感芯片的荧光检测系统研究进展

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半导体光电 2014年第3期35卷 387-389页

作者：施朝霞常丽萍曹全君浙江工业大学信息学院浙江省光纤通信技术重点实验室杭州310023

回顾了荧光检测系统的发展历史,详细阐述了与半导体CMOS技术结合后荧光检测系统微型化的发展过程,包括基于CMOS荧光传感芯片的直接式和间接式荧光检测系统。最后,提出了一种新型的微型化单片集成CMOS荧光传感芯片,为荧光检测系统的设计... 详细信息

回顾了荧光检测系统的发展历史,详细阐述了与半导体CMOS技术结合后荧光检测系统微型化的发展过程,包括基于CMOS荧光传感芯片的直接式和间接式荧光检测系统。最后,提出了一种新型的微型化单片集成CMOS荧光传感芯片,为荧光检测系统的设计和应用提供了新思路。

关键词： CMOS 传感芯片荧光检测系统

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五种SPR传感芯片的再生制备及其应用

中国生物工程杂志 2009年第1期29卷 44-49页

作者：欧惠超姜浩周宏敏李磊珂白林静宋存先罗昭锋合肥微尺度物质科学国家实验室/中国科学技术大学生命科学学院合肥230027 中国医学科学院/北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192

基于表面等离子体共振技术(surface plasmon resonance,SPR)的生物传感器,能够实时监测生物分子间的相互作用,且无需标记,已被广泛应用于蛋白质组学、药物研发、临床诊断、食品安全和环境监测等领域,并且显示出广阔的应用前景。传感芯片... 详细信息

基于表面等离子体共振技术(surface plasmon resonance,SPR)的生物传感器,能够实时监测生物分子间的相互作用,且无需标记,已被广泛应用于蛋白质组学、药物研发、临床诊断、食品安全和环境监测等领域,并且显示出广阔的应用前景。传感芯片是Biacore系列仪器的核心部件,目前芯片只能从Biacore公司购买,价格昂贵,导致很多仪器利用率低下,资源处于闲置状态。阐述了用于Biacore系列仪器的五种传感芯片(J1,C1,CM5,SA和NTA芯片)的再生制备方法,并列举了应用实例,制备方法操作简单,成本低廉。通过多年的改进与优化,制备的芯片能够达到Biacore芯片同等品质。此方法的推广,将有助于推动表面等离子共振技术在各个领域的广泛应用。

关键词：表面等离子体共振生物传感器传感芯片再生生物分子相互作用

基于微流控和VCSEL锁相阵列传感芯片的研究

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基于微流控和VCSEL锁相阵列传感芯片的研究

作者：赵壮壮北京工业大学

学位级别：硕士

垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)具有低阈值、圆形光斑、平面工艺兼容易于集成等优点,在光通信、光互联、传感等领域有着重要应用,也是实现微型化生化检测系统的理想光源之一。将多个VCSEL紧密排列... 详细信息

垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)具有低阈值、圆形光斑、平面工艺兼容易于集成等优点,在光通信、光互联、传感等领域有着重要应用,也是实现微型化生化检测系统的理想光源之一。将多个VCSEL紧密排列在一起形成VCSEL阵列,当阵列相邻单元间的距离小于一定值时,各个发光单元之间的光场在器件内完成耦合,实现位相锁定。耦合阵列的单元间有固定的相位关系,波长一致,可实现相干输出。通过调控阵列单元间的相位差,依据相控阵原理,可使阵列激光光束在空间上发生偏转,实现对光束的操控。基于耦合阵列的这种光束可操控特性,提出一种基于VCSEL耦合阵列的液体折射率传感芯片,即在VCSEL耦合阵列表面集成微通道结构。当待测液体通过微通道流过VCSEL耦合阵列的选定单元上方时,会引起该单元与其相邻单元间相位差改变,从而使得激光光束发生偏转。通过对光束偏转角度测量,可以计算出液体的折射率,从而实现对待测液体折射率检测。该传感芯片将半导体激光器与微流控进行结合,可以对液体实现实时的微量检测。主要研究工作总结如下:(1)传感芯片设计与关键参数的计算基于VCSEL耦合阵列光束操控的原理,设计了液体检测芯片,并用FDTD软件建立模型,计算了微通道高度分别为h=1μm,2μm,4μm,6μm,8μm,10μm,24μm时,芯片的液体检测特性。实验表明微通道高度越高,芯片检测液体的检测灵敏度越高,但是可以检测液体的折射率范围越小;相反,微通道高度越低,芯片检测液体的检测灵敏度越低,但是可以检测液体的折射率范围越大。因此,在保证芯片可以检测常见液体(折射率区间为1.33-1.40)的前提下,我们尽量提高芯片的检测灵敏度,从而达到优化芯片结构的目的。(2)芯片的制备工艺在确定了芯片的结构后,我们设计芯片制备的工艺流程,并绘制光刻版图。芯片的制备工艺分为两个部分:a、制备1×2耦合VCSEL阵列;b、在1×2耦合VCSEL阵列表面集成微流控结构。通过等离子体增强化学的气相沉积技术、光刻、溅射、反应离子刻蚀、湿法腐蚀和键合等半导体工艺,完成芯片的制备。最后,总结在实际器件制备过程中遇到的问题与解决办法。(3)传感芯片的测试与误差分析首先,在VCSEL耦合阵列上集成微通道前,我们测试了VCSEL耦合阵列的PIV,近场,远场,光功率和光谱等特性,确保VCSEL耦合阵列的光束是同相耦合模式。然后,在VCSEL耦合阵列表面集成微通道,再次测试芯片的PIV,远场,光功率和光谱,确保后续工艺没有对VCSEL耦合阵列的性能产生影响。最后,分别向芯片内注入6%蔗糖、20%蔗糖、异丙醇和46%蔗糖溶液,测量得到光束的偏转角度分别为0.60°,1.20°,1.89°,2.41°,与理论计算结果基本一致,说明液体检测芯片的可行性。用测试得到的液体折射率,与实际液体折射率进行对比,得到平均相对误差为0.44%。说明芯片具有较高的液体折射率检测性能。

关键词： VCSEL 耦合阵列液体检测传感芯片微流控

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多通道生物压电传感芯片微分析系统设计

传感器与微系统 2007年第7期26卷 93-95,104页

作者：赵仁吉惠春徐爱兰上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室上海200030

为了满足石英传感阵列信号采集的要求,设计了一种基于虚拟仪器技术的多通道生物压电传感芯片微分析系统。该系统硬件部分由信号处理电路、数据采集卡和计算机等组成;软件部分采用图形化编程语言LabVIEW设计。利用该系统分析溶液电导率... 详细信息

为了满足石英传感阵列信号采集的要求,设计了一种基于虚拟仪器技术的多通道生物压电传感芯片微分析系统。该系统硬件部分由信号处理电路、数据采集卡和计算机等组成;软件部分采用图形化编程语言LabVIEW设计。利用该系统分析溶液电导率与石英传感芯片谐振频率偏移的关系。实验结果表明:该系统能够实现对频率信号的实时测量,并能实现数据的自动采集、处理、保存;可进一步用于生物大分子的检测。

关键词：压电石英晶体传感芯片虚拟仪器谐振频率

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集成表面等离子体共振传感芯片

微纳电子技术 2007年第9期44卷 885-891页

作者：吴斌王庆康上海交通大学微纳科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室微米/纳米加工技术国家级重点实验室上海200030

集成表面等离子体共振传感芯片是表面等离子体共振传感技术和微电子集成制造技术结合的产物。介绍了表面等离子体的共振传感的原理和传统器件;重点介绍了集成表面等离子体传感芯片的发展背景、基本结构、制造工艺,并给出了其在金属传感... 详细信息

集成表面等离子体共振传感芯片是表面等离子体共振传感技术和微电子集成制造技术结合的产物。介绍了表面等离子体的共振传感的原理和传统器件;重点介绍了集成表面等离子体传感芯片的发展背景、基本结构、制造工艺,并给出了其在金属传感层、整体结构、传感附着膜三个方面的优化方向;对其未来的发展前景进行了展望。

关键词：表面等离子体共振传感芯片基本结构制造工艺优化方向