第九章--新型传感器-PPT课件

1、自动检测技术第九章-新型传感器自动检测技术 9.1 9.1 机器人传感器机器人传感器 机器人是由计算机控制的复杂机器，他具有类似机器人是由计算机控制的复杂机器，他具有类似人的肢体及感官功能，动作灵活，有一定的智能化，人的肢体及感官功能，动作灵活，有一定的智能化，在工作中可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器在工作中可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反响能力。机器人才具备了类似人类的知觉功能和反响能力。自动检测技术9.1.1 9.1.1 机器人传感器的分类机器人传

2、感器的分类 智能机器人的研究都是以人或动物作为模仿对智能机器人的研究都是以人或动物作为模仿对象。人类通过五官，即视觉、听觉、嗅觉、味觉、象。人类通过五官，即视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉来接收外界信息并通过神经传递给大脑。大脑触觉来接收外界信息并通过神经传递给大脑。大脑对多种不同的信息进行加工、综合并作出适当的决对多种不同的信息进行加工、综合并作出适当的决策。但计算机、电子电路却只能处理电子信号，不策。但计算机、电子电路却只能处理电子信号，不能像人类那样直接从外界获取信息。而传感器却具能像人类那样直接从外界获取信息。而传感器却具有类似人类五官感觉的功能，它们是将外界信息转有类似人类五官感觉的功能

3、，它们是将外界信息转换成电子信号的电子元器件。换成电子信号的电子元器件。自动检测技术自动检测技术自动检测技术 1动圈式传声器动圈式传声器 动圈式传声器的结构原理如图动圈式传声器的结构原理如图9-2所示。线圈贴于所示。线圈贴于振膜上并悬于两磁极之间声波通过空气使振膜振动，振膜上并悬于两磁极之间声波通过空气使振膜振动，从而导致线圈在两磁铁间运动。线圈切割磁力线，产生从而导致线圈在两磁铁间运动。线圈切割磁力线，产生微弱的感应电流，该电流信号与声波的频率相同。较高微弱的感应电流，该电流信号与声波的频率相同。较高档的话筒，就采用动圈式传声器。档的话筒，就采用动圈式传声器。图图9-2 动圈式传感器的结构原

4、理示意图动圈式传感器的结构原理示意图自动检测技术2光纤声波传感器光纤声波传感器 光纤声波传感器有两种类型。一种是利用光纤传输光纤声波传感器有两种类型。一种是利用光纤传输光的相位变化和利用传输光的传输损耗等特性制成的光的相位变化和利用传输光的传输损耗等特性制成的声波传感器，另一种是将光纤仅作为传输手段的声波声波传感器，另一种是将光纤仅作为传输手段的声波传感器。双光纤干预仪是典型的光纤声波传感器。传感器。双光纤干预仪是典型的光纤声波传感器。图图9-3双光纤干预仪声波传感器双光纤干预仪声波传感器1声源声源 2光纤线圈光纤线圈 3干预镜干预镜自动检测技术 视觉传感器以光电变换为壁础，是利用光敏元件视觉

5、传感器以光电变换为壁础，是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器件。将光信号转换为电信号的传感器件。 激光视觉传感器、激光视觉传感器、CCD视觉传感器和视觉传感器和CMOS图像图像传感器可以作为机器人的视觉系统，监控机器人的传感器可以作为机器人的视觉系统，监控机器人的运行。运行。 1激光视觉传感器激光视觉传感器 激光束以恒定的速度扫描被测物体，由于激光方激光束以恒定的速度扫描被测物体，由于激光方向性好、亮度高，因此光束在物体边缘形成强比照向性好、亮度高，因此光束在物体边缘形成强比照度的光强分布，经光电器件转换成脉冲电信号，脉度的光强分布，经光电器件转换成脉冲电信号，脉冲宽度与被测尺寸成正比，

6、从而实现了机器人对物冲宽度与被测尺寸成正比，从而实现了机器人对物体尺寸的非接触测量。体尺寸的非接触测量。 自动检测技术a) 激光视觉传感器工作原理激光视觉传感器工作原理b) 正反射光检测正反射光检测c) 漫反射光检测漫反射光检测图图9-4 激光视觉传感器构成原理示意图激光视觉传感器构成原理示意图自动检测技术2红外红外CCD视觉传感器视觉传感器 混合型红外混合型红外CCD视觉传感器构成原理如图视觉传感器构成原理如图9-5所所示。使用固体电子扫描的红外摄像传感器，一般称为示。使用固体电子扫描的红外摄像传感器，一般称为红外红外CCD，其成像原理与热电型红外光成像原理根，其成像原理与热电型红外光成像原

7、理根本相同。红外光热电敏感元件和固体电子扫描局部均本相同。红外光热电敏感元件和固体电子扫描局部均用相同半导体材料，经过一系列处理而制成单片型红用相同半导体材料，经过一系列处理而制成单片型红外外CCD。也可用不同的半导体材料经不同处理而制。也可用不同的半导体材料经不同处理而制造、组装成混合型红外造、组装成混合型红外CCD。信号处理芯片用。信号处理芯片用Si材材料制作，柔软铟缓冲器保证对温度变化和冲击的可靠料制作，柔软铟缓冲器保证对温度变化和冲击的可靠性。性。自动检测技术图图9-5 混合型红外混合型红外CCD构成原理构成原理自动检测技术 3CMOS图像传感器图像传感器 CCD和和CMOS在工作原理

8、上没有本质的区别，在工作原理上没有本质的区别，主要区别是读取图像数据的方法。主要区别是读取图像数据的方法。CMOS在每一个在每一个像素上采用有源像素传感器及几个晶体管，经光电像素上采用有源像素传感器及几个晶体管，经光电转换后直接产生电压信号，以实现图像数据的读取，转换后直接产生电压信号，以实现图像数据的读取，信号读取十分简单，还能同时处理各单元的图像信信号读取十分简单，还能同时处理各单元的图像信息，使息，使CMOS器件能较器件能较CCD传感器更快地转换数据。传感器更快地转换数据。自动检测技术 机器人触觉可分为压觉、滑觉和接触觉等几种。机器人触觉可分为压觉、滑觉和接触觉等几种。 1压觉传感器压觉

9、传感器 压觉传感器位于手指握持面上，用来检测机器压觉传感器位于手指握持面上，用来检测机器人手指握持面上承受的压力大小和分布。如图人手指握持面上承受的压力大小和分布。如图9-6所所示，硅电容压觉传感器阵列结构示意图。示，硅电容压觉传感器阵列结构示意图。图图9-6 硅电容压觉传感器阵列剖面图硅电容压觉传感器阵列剖面图1柔性电片层柔性电片层 2表皮层表皮层 3硅片硅片4衬底衬底 5SiO2 6电容极板电容极板自动检测技术2滑觉传感器滑觉传感器 机器人的手爪要抓住属性未知的物体，必须对物机器人的手爪要抓住属性未知的物体，必须对物体作用最正确大小的握持力，以保证既能握住物体不体作用最正确大小的握持力，以

10、保证既能握住物体不产生滑动，而又不使被抓物滑落，还不至于因用力过产生滑动，而又不使被抓物滑落，还不至于因用力过大而使物体变形而损坏。在手爪间安装滑觉传感器就大而使物体变形而损坏。在手爪间安装滑觉传感器就能检测出手爪与物体接触面之间相对运动滑动的能检测出手爪与物体接触面之间相对运动滑动的大小和方向。大小和方向。自动检测技术图图9-7 球形滑觉传感器球形滑觉传感器1滑动球滑动球 2被抓物被抓物 3软衬软衬 4接触器接触器该传感器有一个可自由滚动的球，该传感器有一个可自由滚动的球，球的外表是用导体和绝缘体按一球的外表是用导体和绝缘体按一定规格布置的网格，在球外表安定规格布置的网格，在球外表安装有接触

11、器。当球与被握持物体装有接触器。当球与被握持物体相接触时，如果物体滑动，将带相接触时，如果物体滑动，将带动球随之滚动，接触器与球的导动球随之滚动，接触器与球的导电区交替接触从而发出一系列的电区交替接触从而发出一系列的脉冲信号脉冲信号Uf，脉冲信号的个数及，脉冲信号的个数及频率与滑动的速度有关。球形滑频率与滑动的速度有关。球形滑觉传感器所测量的滑动不受滑动觉传感器所测量的滑动不受滑动方向的限制，能检测全方位滑动。方向的限制，能检测全方位滑动。在这种滑觉传感器中，也可将两在这种滑觉传感器中，也可将两个接触器改用光电传感器代替，个接触器改用光电传感器代替，滚球外表制成反光和不反光的网滚球外表制成反光

12、和不反光的网格，可提高可靠性，减少磨损。格，可提高可靠性，减少磨损。自动检测技术3PVDF接触觉传感器接触觉传感器 有机高分子聚二氟乙烯有机高分子聚二氟乙烯PVDF是一种具有压电效是一种具有压电效应和热释电效应的敏感材料，使用该材料可制成接触觉、应和热释电效应的敏感材料，使用该材料可制成接触觉、滑觉、热觉的传感器，是人们用来研制仿生皮肤的主要滑觉、热觉的传感器，是人们用来研制仿生皮肤的主要材料，如图材料，如图9-8所示。所示。PVDF薄膜厚度只有几十微米，具薄膜厚度只有几十微米，具有优良的柔性及压电特性。有优良的柔性及压电特性。a) 接触接触/滑觉传感器的人工皮肤滑觉传感器的人工皮肤b) 接触

13、接触/滑觉滑觉/温度传感器的人工皮肤结构温度传感器的人工皮肤结构图图9-8 人工皮肤结构的剖面图人工皮肤结构的剖面图自动检测技术 接近觉传感器用于感知一定距离内的场景状况，所接近觉传感器用于感知一定距离内的场景状况，所感应的距离范围一般为几毫米至几十毫米，也有可达几感应的距离范围一般为几毫米至几十毫米，也有可达几米，如图米，如图9-9所示。接近觉为机器人的后续动作提供必所示。接近觉为机器人的后续动作提供必要的信息，供机器人决定以怎么样的速度接近或避让对要的信息，供机器人决定以怎么样的速度接近或避让对象。常用的接近觉传感器有电磁式、光电式、电容式、象。常用的接近觉传感器有电磁式、光电式、电容式、

14、超声波式、红外式、微波式等多种类型。超声波式、红外式、微波式等多种类型。图图9-9 光学接近传感器光学接近传感器自动检测技术1电磁式接近觉传感器电磁式接近觉传感器 常用的电磁式接近觉传感器有电涡流式传感器和常用的电磁式接近觉传感器有电涡流式传感器和霍尔式传感器。这类传感器用以感知近距离的、静止霍尔式传感器。这类传感器用以感知近距离的、静止物体的接近情况。电涡流式对非金属材料的物体无法物体的接近情况。电涡流式对非金属材料的物体无法感知，霍尔式对非磁性材料的物体无法感知，选用时感知，霍尔式对非磁性材料的物体无法感知，选用时需根据具体情况而定。需根据具体情况而定。自动检测技术2光电式接近觉传感器光电

15、式接近觉传感器 光电式接近觉传感器采用发射光电式接近觉传感器采用发射-反射式原理，如图反射式原理，如图9-10所示。这种传感器适合于判断有无物体接近，而所示。这种传感器适合于判断有无物体接近，而难于感知物体距离的数值。另外，物体外表的反射率难于感知物体距离的数值。另外，物体外表的反射率等因素对传感器的灵敏度有较大影响。等因素对传感器的灵敏度有较大影响。图图9-10 安装在机器人抓爪上的接近觉传感器安装在机器人抓爪上的接近觉传感器自动检测技术3超声波接近觉传感器超声波接近觉传感器 超声波接近觉传感器既可以用一个超声波换能器超声波接近觉传感器既可以用一个超声波换能器兼做发射和接收器件；也可以用两只

16、超声波换能器，兼做发射和接收器件；也可以用两只超声波换能器，一只作为发射器，另一只作为接收器。超声波接近觉一只作为发射器，另一只作为接收器。超声波接近觉传感器除了能感知物体有无外，还能感知物体的远近传感器除了能感知物体有无外，还能感知物体的远近距离，距离与声速距离，距离与声速c、时间、时间t的关系为：的关系为： 超声波传感器最大的优点是不受环境因素的影响，超声波传感器最大的优点是不受环境因素的影响，也不受物体材料、外表特性等的限制，因此适用范围也不受物体材料、外表特性等的限制，因此适用范围较大。较大。ctl21自动检测技术 力觉是指机器人的指、肢和关节等运动中所受力力觉是指机器人的指、肢和关节

17、等运动中所受力的感知，主要包括腕力觉、关节力觉和支座力觉等，的感知，主要包括腕力觉、关节力觉和支座力觉等，需要力或力矩传感器。需要力或力矩传感器。 常用的机器人力传感器和力矩传感器有电阻应变常用的机器人力传感器和力矩传感器有电阻应变式力传感器、压电式力传感器、电容式力传感器、电式力传感器、压电式力传感器、电容式力传感器、电感式力传感器以及各种外力传感器等。力觉传感器的感式力传感器以及各种外力传感器等。力觉传感器的共同特点是，首先通过弹性敏感元件将被测力共同特点是，首先通过弹性敏感元件将被测力(或力或力矩矩)转换成某种位移量或变形量，然后通过各自的敏转换成某种位移量或变形量，然后通过各自的敏感介

18、质把位移量转换成能够输出的电量。感介质把位移量转换成能够输出的电量。自动检测技术 20世纪世纪70年代中期美国斯坦福大学研制的六维力和年代中期美国斯坦福大学研制的六维力和力矩传感器，如图力矩传感器，如图9-11所示。该传感器利用一段铝管巧所示。该传感器利用一段铝管巧妙地加工成串联的弹性梁，在梁上粘贴一对应变片，其妙地加工成串联的弹性梁，在梁上粘贴一对应变片，其中一片用于温度补偿。由图可知，有八个具有四个取向中一片用于温度补偿。由图可知，有八个具有四个取向的窄梁，其中四个的长轴在的窄梁，其中四个的长轴在z方向用方向用PX+、PY+、PX-、PY- 表示，其余四个的轴垂直于表示，其余四个的轴垂直于

19、z方向，用方向，用QX+、QY+、QX-、QY- 表示。一对应变片由表示。一对应变片由R1、R2表示并取向，使得由后者表示并取向，使得由后者的中心通过前者中心的矢量沿止的中心通过前者中心的矢量沿止x、y或或z方向，例如，在方向，例如，在粱粱PX+ 和和PY- 的应变片垂直于的应变片垂直于y方向。梁一端的预部在应变方向。梁一端的预部在应变片处有放大应变的作用，而弯曲转矩忽略不计。片处有放大应变的作用，而弯曲转矩忽略不计。 自动检测技术图图9-11 机器人用六维力机器人用六维力和力矩传感器和力矩传感器自动检测技术 应变片可以由上图所示的电位计进行温度补偿。铝具应变片可以由上图所示的电位计进行温度补

20、偿。铝具有良好的导热性，环境温度的变化导致两个应变片的电有良好的导热性，环境温度的变化导致两个应变片的电阻变化几乎相同，从而使电路的输出不变。为了防止过阻变化几乎相同，从而使电路的输出不变。为了防止过载造成传感器的失效，传感器上设有过载保护针。该传载造成传感器的失效，传感器上设有过载保护针。该传感器的缺点在于弹性粱的刚性差，加工困难。感器的缺点在于弹性粱的刚性差，加工困难。自动检测技术9.1.3 9.1.3 机器人传感器的应用机器人传感器的应用 研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动、简单的重复劳动，以及代替人到有辐射等危险劳动、简单的重复劳动

21、，以及代替人到有辐射等危险环境中进行作业。因此，机器人最早在汽车制造业和环境中进行作业。因此，机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断开展，核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断开展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，已经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、已经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业，甚至效劳娱乐行业，也都航天、医疗、农业、林业，甚至效劳娱乐行业，也都开始使用机器人。开始使用机器人。自动检测技术图图9-13 弧焊机器人弧焊机器人自动检测技术图图9-14 喷涂机器人

22、应用于汽车喷涂机器人应用于汽车自动检测技术9 9. .2 2 生物传感器生物传感器 生物传感器是用生物活性材料酶、蛋白质、生物传感器是用生物活性材料酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等与物理化学换能器有、抗体、抗原、生物膜等与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，用以检测和识别生物体内的机结合的一门交叉学科，用以检测和识别生物体内的化学成分，是开展生物技术必不可少的一种先进的检化学成分，是开展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。分析方法。自动检测技术 生物传感器的原理，如以下图所示。待测物质经生

23、物传感器的原理，如以下图所示。待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反响，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器学反响，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。并输出，便可知道待测物浓度。自动检测技术9.2.1 9.2.1 生物传感器的分类生物传感器的分类酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传感酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传感器和细胞传感器。器和细胞传感器。半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传

24、感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器和介体生物传感器。压电晶体生物传感器和介体生物传感器。微型生物传感器、亲和生物传感器、多功能生物传微型生物传感器、亲和生物传感器、多功能生物传感器、复合生物传感器。感器、复合生物传感器。自动检测技术9.2.2 9.2.2 常用的生物传感器常用的生物传感器1. 酶传感器酶传感器 酶传感器是问世最早、成熟度最高的一类生物传酶传感器是问世最早、成熟度最高的一类生物传感器。它是利用酶的催化作用，在常温常压下将糖类、感器。它是利用酶的催化作用，在常温常压下将糖类、醇类、有机酸、氨基酸等生物分子氧化或分解，然后醇类、有机酸、氨基酸等生物

25、分子氧化或分解，然后通过换能器将反响过程中化学物质的变化转变为电信通过换能器将反响过程中化学物质的变化转变为电信号记录下来，进而推出相应的生物分子浓度。因此，号记录下来，进而推出相应的生物分子浓度。因此，酶传感器是间接型传感器，它不是直接测定待测物质，酶传感器是间接型传感器，它不是直接测定待测物质，而是通过对反响后有关物质浓度的测定，来推断被测而是通过对反响后有关物质浓度的测定，来推断被测物质的浓度。物质的浓度。自动检测技术分类：分类：1电流型酶传感器电流型酶传感器 将酶催化反响产生的物质，通过电极反响产生电将酶催化反响产生的物质，通过电极反响产生电流，作为测量信号。在一定条件下，利用测得的电

26、流流，作为测量信号。在一定条件下，利用测得的电流信号与被测物活度或浓度的函数关系，来测定样品中信号与被测物活度或浓度的函数关系，来测定样品中某一生物组成的活度或浓度。常用电极：氧电极、某一生物组成的活度或浓度。常用电极：氧电极、H2O2电极。电极。2电位型酶传感器电位型酶传感器 通过电化学传感器，测量敏感膜电位，确定与催通过电化学传感器，测量敏感膜电位，确定与催化反响有关的各种物质浓度。电位型一般用化反响有关的各种物质浓度。电位型一般用NH3电极、电极、CO2电极、电极、H2电极，以离子作为检测方式，表电极，以离子作为检测方式，表9-2给给出了酶传感器的种类。出了酶传感器的种类。 自动检测技术

27、 用微生物作为分子识别元件制成的传感器称为用微生物作为分子识别元件制成的传感器称为微生物传感器。微生物传感器与酶传感器相比，有微生物传感器。微生物传感器与酶传感器相比，有价格廉价、性能稳定的优点，但其响应时间较长价格廉价、性能稳定的优点，但其响应时间较长数分钟，选择性较差。目前微生物传感器已成数分钟，选择性较差。目前微生物传感器已成功地应用于发酵工业和环境检测中，例如测定江水功地应用于发酵工业和环境检测中，例如测定江水及废水污染程度，在医学中可测量血清中微量氨基及废水污染程度，在医学中可测量血清中微量氨基酸，有效地诊断尿毒症和糖尿病等。酸，有效地诊断尿毒症和糖尿病等。自动检测技术 微生物本身就

28、是具有生命活性的细胞，有各种生微生物本身就是具有生命活性的细胞，有各种生理机能，其主要机能是呼吸机能理机能，其主要机能是呼吸机能O2的消耗和新的消耗和新陈代谢机能物质的合成与分解，还有菌体内的复陈代谢机能物质的合成与分解，还有菌体内的复合酶、能量再生系统等。因此在不损坏微生物机能情合酶、能量再生系统等。因此在不损坏微生物机能情况下，可将微生物用固定化技术固定在载体上，就可况下，可将微生物用固定化技术固定在载体上，就可制作出微生物敏感膜，而采用的载体一般是多孔醋酸制作出微生物敏感膜，而采用的载体一般是多孔醋酸纤维膜和胶原膜。微生物传感器从工作原理上可分为纤维膜和胶原膜。微生物传感器从工作原理上可

29、分为两种类型，即呼吸机能型和代谢机能型，微生物传感两种类型，即呼吸机能型和代谢机能型，微生物传感器结构如图器结构如图9-16所示。所示。 自动检测技术O2O2底物底物 铂阴极铂阴极固定化微生物固定化微生物O2 氧电极氧电极阳极阳极a呼吸机能型呼吸机能型自动检测技术燃料电池型电极燃料电池型电极CO2电极电极 NH3电极电极pH电极电极H2CO2NH3 H+底物底物固定化微生物固定化微生物b 代谢机能型代谢机能型图图9-16 微生物传感器结构微生物传感器结构自动检测技术 利用抗体能识别抗原，并与抗原结合的生物传感器利用抗体能识别抗原，并与抗原结合的生物传感器称为免疫传感器。它利用固定化抗体或抗原膜

30、与相称为免疫传感器。它利用固定化抗体或抗原膜与相应的抗原或抗体的特异反响，此反响的结果使生物应的抗原或抗体的特异反响，此反响的结果使生物敏感膜的电位发生变化。敏感膜的电位发生变化。 免疫传感器的根本原理是免疫反响。从生理学可知，免疫传感器的根本原理是免疫反响。从生理学可知，抗原是能够刺冲动物机体产生免疫反响的物质。但从广抗原是能够刺冲动物机体产生免疫反响的物质。但从广义的生物学观点看，但凡能够引起免疫反响性能的物质，义的生物学观点看，但凡能够引起免疫反响性能的物质，都可称为抗原。抗原有两种性能：刺激机体产生免疫应都可称为抗原。抗原有两种性能：刺激机体产生免疫应答反响；与相应免疫反响产物发生特异

31、性结合反响。抗答反响；与相应免疫反响产物发生特异性结合反响。抗原一旦被淋巴球响应就形成抗体。而微生物病毒等也是原一旦被淋巴球响应就形成抗体。而微生物病毒等也是抗原。抗体是由抗原刺激机体产生的具有特异免疫功能抗原。抗体是由抗原刺激机体产生的具有特异免疫功能的球蛋白，又称免疫球蛋白。的球蛋白，又称免疫球蛋白。自动检测技术图图9-17 免疫传感器结构原理免疫传感器结构原理 在图在图9-17中，中，2、3两室间有固定化抗原膜，两室间有固定化抗原膜，1、3两两室间没有固定化抗原膜。室间没有固定化抗原膜。1、2室内注入室内注入0.9%的生理盐水，的生理盐水，当当3室内导入食盐水时，室内导入食盐水时，1、2

32、室内电极间无电位差。假设室内电极间无电位差。假设3室内注入含有抗体的盐水时，由于抗体和固定化抗原膜上室内注入含有抗体的盐水时，由于抗体和固定化抗原膜上的抗原相结合，使膜外表吸附了特异的抗体，而抗体是有的抗原相结合，使膜外表吸附了特异的抗体，而抗体是有电荷的蛋白质，从而使固定化抗原膜带电状态发生变化，电荷的蛋白质，从而使固定化抗原膜带电状态发生变化，于是于是1、2室内的电极间有电位差产生。电位差信号放大可室内的电极间有电位差产生。电位差信号放大可检测超微量的抗体。检测超微量的抗体。自动检测技术9 9 .2.3 .2.3 生物传感器的应用生物传感器的应用 生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、

33、生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。广泛应用。自动检测技术1. 在发酵工业中的应用在发酵工业中的应用 在各种生物传感器中，微生物传感器具有本钱低、在各种生物传感器中，微生物传感器具有本钱低、设备简单、不受发酵液浑浊程度的限制、能消除发酵过设备简单、不受发酵液浑浊程度的限制、能消除发酵过程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。微生物地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。微生物传感器可用于测

34、量发酵工业中的原材料和代谢产物；另传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产物；另外，还用于微生物细胞数目的测定。利用这种电化学微外，还用于微生物细胞数目的测定。利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度的连续、在线测定。生物细胞数传感器可以实现菌体浓度的连续、在线测定。自动检测技术 2. 在环境监测中的应用在环境监测中的应用 近年来，环境污染问题日益严重，生物传感器即近年来，环境污染问题日益严重，生物传感器即可用于环境监测中。利用环境中的微生物细胞如细菌、可用于环境监测中。利用环境中的微生物细胞如细菌、酵母、真菌作为识别元件，这些微生物通常可从活性酵母、真菌作为识别元件，这些微生物通常

35、可从活性泥状沉积物、河水、瓦砾和土壤中别离出来。生物传泥状沉积物、河水、瓦砾和土壤中别离出来。生物传感器在环境监测中应用最多的是水质分析。例如，在感器在环境监测中应用最多的是水质分析。例如，在河流中放入特制的传感器及其附件可进行现场检测。河流中放入特制的传感器及其附件可进行现场检测。自动检测技术 微生物传感器是快速准确测定焦化、炼油、化工等微生物传感器是快速准确测定焦化、炼油、化工等企业废水中酚的有效方法。这种方法以微生物膜电极为企业废水中酚的有效方法。这种方法以微生物膜电极为传感器测酚，其仪器结构见图传感器测酚，其仪器结构见图9-18。由极谱型氧电极和。由极谱型氧电极和紧贴于其透气薄膜外表的

36、微生物膜构成。当酚物质与氧紧贴于其透气薄膜外表的微生物膜构成。当酚物质与氧一起扩散进入微生物膜时，由于微生物对酚的同化作用一起扩散进入微生物膜时，由于微生物对酚的同化作用而耗氧，致使进入氧电极的氧分子速率下降，传感器输而耗氧，致使进入氧电极的氧分子速率下降，传感器输出电流减小，并在几分钟内到达稳定。在一定的酚浓度出电流减小，并在几分钟内到达稳定。在一定的酚浓度范围内，电流降低值范围内，电流降低值I与酚浓度呈线性关系，由此来测与酚浓度呈线性关系，由此来测定酚的浓度。定酚的浓度。自动检测技术图图9-18 测酚仪器结构示意图测酚仪器结构示意图自动检测技术 3. 在食品分析中的应用在食品分析中的应用

37、生物传感器可广泛用于食品工业生产中，如对食品生物传感器可广泛用于食品工业生产中，如对食品原料、半成品和产品质量的检测等。原料、半成品和产品质量的检测等。 鲜度是评价食品品质的重要指标，对食品鲜度进行鲜度是评价食品品质的重要指标，对食品鲜度进行快速分析检测，及时对有问题食物进行处理，以防止变快速分析检测，及时对有问题食物进行处理，以防止变质食品进一步扩散，这对减少没必要的损失至关重要。质食品进一步扩散，这对减少没必要的损失至关重要。以戊二醛为交联剂，将黄嘌呤氧化酶直接固定在丝蛋白以戊二醛为交联剂，将黄嘌呤氧化酶直接固定在丝蛋白做成的孔膜上，以平面圆盘铂电极为根底电极，制成黄做成的孔膜上，以平面圆盘铂电极为根底电极，制成黄嘌呤氧化酶电极，用于测定鱼的鲜度。通过测定鱼降解嘌呤氧化酶电极，用于测定鱼的鲜度。通过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷过程中产生的一磷酸肌苷IMP、肌苷、肌苷HXP和次和次黄嘌呤黄嘌呤HX