磁弹性传感器表面优化设计及其在生化检测中的应用研究

发布时间：2021-10-11 03:52

　　生化传感技术发展迅速,在环境监测、临床医学和畜牧业等领域发挥着不可或缺的重要作用。传统意义上的传感器已无法满足现代生物化学检测的需求,这就对生物化学传感器的设计提出了更高的标准和要求:高灵敏度、低成本、微型便携以及多功能化等。磁弹性传感器由于其无线无源等独特优良的响应特性、低廉的成本以及良好的便携性而备受关注,设计高性能的磁弹性传感器并将其应用于人类高度关注的健康、环保领域具有重要的现实意义和实用价值。但是,目前磁弹性传感器仍然存在灵敏度相对较低、体积较大、特异性差、稳定性及整体性能不理想等问题,具有一定的应用局限性。因此,本论文立足于开发新型的磁弹性传感技术,针对快速高灵敏生化检测需求,致力于表面优化设计研究,构建了可应用于环境检测、猪瘟疫情防控、癌胚抗原检测的多种新型无线磁弹性传感器,深入系统地研究了其各项敏感特性,验证了其优异的传感性能。具体研究内容如下:1.研究了磁弹性传感器的表面优化处理方法。利用有限元软件COMSOL Multiphysics建模仿真计算,优化传感器的尺寸为5 mm×1 mm×28μm;在磁弹性铁基非晶合金薄膜Metglas 2826 MB表面依次溅射厚度为... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

生化传感器检测原理示意图

在外部应力作用下，材料内部的畴壁发生了位化将直接导致材料磁场性能的改变。利用磁弹性效应可以通能变化进而测得其结构的应力状态改变，从而可以将测量尺题）转化为测量磁导率变化（磁场性质）的问题。因此，磁量应力、压力[37]和称重等传感器的设计。材料磁致伸缩效应和磁弹性效应已被人们所熟知，并受到极大关计制备多种用途丰富的元件和设备，于是一系列具有高磁致械能相互转换功能的材料逐渐被人们所研究和发现，即磁致人们所研究发现的磁致伸缩材料大体分为以下四类：磁致伸金、铁氧体磁致伸缩材料、稀土超磁伸缩材料和非晶合金薄膜

图 1-3 （a）磁弹性应力测量传感器装置示意图；（b）共振频率与测量应力之间的线性关系[53]Fig. 1-3 (a) Schematic drawing of magnetostrictive strain sensor test device; (b) Strain vs resonantfrequency for magnetostrictive strain sensor[53]Grimes 等[54]课题组设计了树脂玻璃作为支撑的压力测量装置，该装置通过亥姆霍兹线圈提供磁场，如图 1-4（a）所示。传感器与环境直接接触，加压氮气、真空或者大气作为有效质量负荷，改变传感器的共振频率。为了避免由于传感器与测试室壁之间的机械摩擦而产生阻尼作用，传感器被放置在有机玻璃支架内，沿其横向中心线夹紧。如图 1-4（b）所示，磁弹性传感器的共振频率与测量压力呈现近似线性负相关关系，线性拟合系数为 0.9989，测量误差为 0.5 Hz，灵敏度约为 5 Hz/psi，测量精度约为0.2 psi。


本文编号：3429727