传感器技术在环境检测中的应用研究进展

随着社会的不断进步和科技发展,社会技术也在进行着一次又一次的变革,传感器技术也是如此。本文主要对传感器技术在环境检测中的应用研究中进行了简单的阐述。谈起传感器技术首先要对传感器进行简单的介绍,在环境检测方面传感器主要是采用了两种,即气体传感器和液体传感器,气体传感器主要针对氮氧化合物以及含硫氧化物进行检测;液体传感器则是针对于重金属离子、多环芳香烃类、农药以及生物来源类的检测。文章通过对气体传感器以及液体传感器的介绍,来反映传感器技术在环境检测中的应用研究进展。     

生物传感器在环境监测中的应用

生物传感器作为一类新兴传感器,它是以生物分子敏感元件,将化学信号、热信号、光信号转换成电信号或者直接产生电信号予以放大输出,从而得到检测结果。文章综述了生物传感器在环境监测,包括水环境、大气环境等领域的应用和最新进展,并展望了环境监测生物传感器的发展前景及发展方向。     

电化学发光、分子印迹技术及其结合技术分析

电化学发光是一种不需要外加激发光源,而且背景信号低,线性范围宽,不需要昂贵设备的方法.分子印迹却是一种具有高度识别性和选择性的新技术.通过结合两者,可制备出具有选择性好、灵敏度高、检测限低、易于操作等特点的分子印迹-电化学发光传感器.近年来,在有毒有害物质、残留农药、药物质量检测以及生物传感器制备等多领域具有广泛的应用.本综述简要介绍电化学发光、分子印迹技术以及分子印迹-电化学发光传感器的应用概况,为今后的检测技术提供了一种新方法.     

光电化学传感器在新污染物检测领域的应用

近年来，各种新污染物因其潜在的毒性，对生态环境、生物体、人体健康造成了严重的威胁，已经被越来越多的研究者所关注。尽管传统的检测方法具有较高的灵敏度与准确性，但它们往往依赖于大型且昂贵的检测设备以及复杂的操作过程。因此，对新污染物进行快速、精确、便捷的检测是环境污染防控的一个重要环节。在众多检测方法中，光电化学(PEC)传感器因其较低的背景信号，良好的灵敏度以及易于小型化等优点成为了新污染物检测领域的研究热点之一。本文系统详细的综述了PEC传感器的检测机理及其在新污染物检测领域的应用研究。介绍了目前PEC传感器常用的检测策略、识别策略、以及光电活性材料的改性策略。讨论了PEC对多类新污染物检测的研究进展。最后，对PEC传感器在新污染物检测领域的发展给出了一些建议和展望，提出了一些潜在的问题与可能的改进方法，以促进PEC传感器在新污染物检测领域的进一步发展与应用。     

ICMS传感器防护技术研究

针对ICM传感器安装在飞机内部结构的特征和局部环境特点,提出了应用IMR21纳米复合涂料进行防护的初始方案,并采用加速腐蚀试验方法验证了其耐久性。结果表明,采用IMR21纳米复合保护的传感器安装部位未出现明显的腐蚀失效现象,但传感器引线部位存在一定的原始制造工艺缺陷。在载荷作用下固定传感器引线的硅胶易产生裂纹,致使腐蚀介质易渗入引线焊点处引起焊点腐蚀,导致个别传感器不能正常工作。为此,提出了传感器引线部位细节防腐改进措施,其有效性通过了加速腐蚀试验验证。     

石化企业气体绝缘组合电器局部放电特性研究

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)是石化企业供电系统的关键设备,其运行状态直接关系到生产装置的供电安全。设计了GIS典型绝缘缺陷模型,搭建局部放电试验平台,采用特高频法测量了金属尖端、自由金属微粒、绝缘子气隙、绝缘子表面金属微粒4种典型绝缘缺陷产生的局部放电信号,分析了局部放电的时间分布和相位分布特性。结果表明,特高频法可有效提取局部放电产生的电磁波信号,且不同缺陷引发的局部放电在放电幅值、极性、相位、对称性等方面具有显著差异。     

基于传感器阵列的可燃混合气体RBF网络分析

为克服传感器阵列在混合气体检测中的交叉敏感现象,采用具有最佳逼近和全局最优性能的RBF神经网络对传感器阵列的输出信号进行分析。建立了多种可燃气体分析的数学模型,并对CO,H2和CH4的混合气体样本进行了实验。结果表明,传感器阵列和RBF神经网络处理单元构成的气体分析系统可以较好地实现对可燃混合气体的分析,误差不大于2%。     

室内空气质量在线检测系统的研制

针对目前中国室内空气污染普遍、在线检测速度慢等现状,综合用传感器技术、嵌入式技术和无线传感器网络技术,研制了一套室内空气质量在线检测系统,系统由传感器阵列单元、信号调理单元、数据采集单元、数据显示单元、通讯单元、供电单元和嵌入式应用程序构成,实现了甲醛、总挥发性有机物、一氧化碳、二氧化碳、温湿度检测的快速化、自动化和网络化。并通过精度校准平台对该系统在不同气体浓度下进行了实验,甲醛、总挥发性有机物、一氧化碳、二氧化碳相关系数R~2/响应时间T_(90)分别为0.996 4/22 s,0.995 3/10 s,0.999 8/36 s,0.999/53 s,结果表明,系统检测精度高,相关性好,响应时间快,能准确、方便的检测室内污染物。同时检测系统借助自带的无线传感器模块能够方便的扩展到诸如车内、矿井、化工厂等密闭环境中进行组网监测。     

砷全细胞生物传感器的优化

砷全细胞生物传感器具有专一性强、操作简单、费用低和不依赖大型检测仪器的优点,已被用于环境砷污染的监测中.但目前砷全细胞生物传感器的灵敏度低,尤其是信噪比低,是阻碍其实际应用的主要因素之一.本研究利用砷抗性操纵子ars R和报告基因gfp构建砷全细胞生物传感器,通过优化组成型启动子强度、ars R DNA结合序列(ArsR binding site,ABS)及检测条件等对该传感器的检测性能进行改进,并通过对加标的天然水样检测,验证了其实际应用性.结果表明：优化后的砷全细胞生物传感器在0～300μg·L^-1和7.5～75μg·L^-1的亚砷酸钠浓度范围分别表现出良好的剂量依赖效应和线性响应,对砷检测限达到1.83μg·L^-1;新增ABS和中等强度组成型启动子J114能够使生物传感器背景荧光降低并提高其对砷的响应强度;结合对宿主菌种类、生长状态和起始细菌数量等检测条件的优化,生物传感器荧光信号响应得到显著性提高.在6和75μg·L^-1亚砷酸钠诱导下,信噪比分别提高2.6倍和6.1倍.此外,该生物传感器对天然...     

检测水中急性毒性污染物的发光细菌光纤传感器的研究

水中有毒污染物的快速现场监测对于保障水环境安全具有重要意义,本研究开发了一种快速、灵敏、简便的监测水中污染物急性毒性的光纤生物传感器.该传感器由固定了明亮发光杆菌的光纤探头构成,生物发光信号经光纤传输到检测系统.采用海藻酸钠作为固定化凝胶,试验了海藻酸钠和CaCl2的浓度、固化时间、pH、保存条件等因素对凝胶和发光细菌的影响.优化后的传感器制备方法是在光纤探头上,用3%海藻酸钠在3?Cl2溶液中固定Photobacterium phosphorem T3菌15 min,制备好的传感器保存于3%NaCl溶液中.应用开发的传感器检测了Zn2 、NH3、硝基苯和甲酚4种典型污染物的剂量-效应曲线,通过计算确定了其EC50分别为:5.1、10.2、70.4、77.0 mg·L-1.通过与发光细菌标准方法的比较实验表明,发光细菌光纤传感器与标准法具有良好相关性,能反映水中污染物的总毒性.而传感器由于容易保存和携带,适合现场监测.     

高压输电高频电磁环境测试与分析

目的深入研究超特高压输电电磁辐射环境。方法采用窄带测试的方法分别对500 k V变电站和500 k V交流输电线路的超高频电磁环境进行测试与分析。结果变电站周围产生的超高频辐射场上限频率可达1 GHz,线路周围产生的超高频辐射场上限频率可达700 MHz,分裂导线将会影响线路的高频辐射场分布。在传播过程中,辐射场电场以垂直极化分量为主,辐射信号峰值随距离的衰减曲线呈非线性关系,远距离处辐射信号以低频分量为主。结论测试得到的规律对研究高压输电的高频电磁环境具有参考意义。     

基于移动传感器的城市道路颗粒物污染特征

为实时分析城市道路环境中PM污染的变化特征,以出租车作为PM传感器的载体,对济南市道路环境进行了3个月的监测,并结合监测站的监测数据,对道路环境中PM的污染特征进行了分析.以核密度估计的方法提取了道路环境的PM“基线”,并量化了道路环境的排放贡献.结果表明,济南市PM污染严重的路段并不是位于交通较为密集的市区,而是集中在道路较为稀疏的郊区.将济南市路网系统划分为1021段道路,其中65%的路段PM_2.5浓度集中在43~46μg/m³,PM₁₀浓度在55~70μg/m³.相对于城市环境（监测站）,早晚高峰尤其早高峰对于道路环境（传感器）的影响更为显著.通过提取的PM“基线”和传感器的小时均值,将传感器的测量信号分为背景浓度信号和排放浓度信号.研究期间,PM_2.5区域污染和排放占比分别为78.6%和21.4%,对于PM₁₀而言,区域污染和排放占比分别为71.9%和28.1%.     

电晕放电辐射信号的特征提取和模式识别方法研究

目的研究电晕放电辐射信号的特征提取和模式识别方法。方法在分析信号特征提取方法的基础上,对实测的电晕放电辐射信号特征提取,利用概率神经网络开展电晕放电辐射信号目标识别,检验特征提取的有效性。结果以奇异值作为输入特征量的PNN在整体上效果更优,稳定性好,对两类不同放电辐射信号的正确识别率均可达到80%以上,并且当输入特征量个数达到10个时,对实测样本的正确识别率均达到了最高值。电晕放电的正确识别率为96.7%,火花放电的正确识别率为93.3%。结论该方法能基本满足实际放电信号的识别应用。     

上海环保热线车辆指挥调度系统建设方案

为了强化环保部门的执法力度，上海市设计和建立了一个以GIS、GPS技术为核心的车辆指挥调度计算机系统。文章概述了GIS、GPS的基本特点，介绍了整个车辆指挥调度系统，包括其流程、软硬件等。通过车辆指挥调度系统可以接受GPS数据、在地图上显示车辆位置、处理GPS错误信号、按条件调度车辆，以便及时处理环境保护应急事件。     

基于VMD时频分析方法的颤振试飞应用研究

目的 针对颤振信号信噪比低、模态密集、非平稳的特点,发展一种能更好地应用于实际颤振试飞信号的时频分析方法。方法 采用近年来新发展的变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)方法把复杂信号分解为单一组分的本征模函数(Intrinsic Mode Function, IMF),再对其进行希尔伯特变换,求得每一阶本征模函数的瞬时幅值和瞬时频率,从而进行信号的时频分析。结果 仿真算例验证了基于VMD的时频分析方法在展现非平稳信号时频特征方面的有效性。将该方法应用于实际颤振试飞的异常振动数据,可得到准确清晰的时频图,很好地展示出外挂物的极限坏振荡过程。结论 该方法可作为颤振试飞信号时频分析的有力工具,有助于分析异常数据,确定故障来源,为后续问题解决提供支撑。     

Insertable thin film thermocouples for in situ transient temperature monitoring in ultrasonic metal welding of battery tabs

Real-time monitoring and control of temperature in ultrasonic joining of battery tabs and coupons are important for the quality improvement and cost reduction of battery assembly. However, there have always been difficulties in accurate and real-time measurement of temperature by conventional sensors for practical implementation. In this study, an innovative method is developed to provide an enabling technology for the in situ transient temperature monitoring, which could provide reliable feedback signals for potential control of ultrasonic joining processes. Micro thin film thermocouples (TFTCs) were fabricated on thin silicon substrates, which were then inserted in the welding anvil as a permanent feature so that the sensors were always located about 100 μm directly under the welding spot during joining of multilayer Ni-coated Cu thin sheets for battery assembly. Good repeatability was demonstrated while a temperature rise of up to 650 °C was obtained due to the closeness of the sensors to the welding spot. The inserts with thin film sensors remained functional after welding experiments. This method has a great potential for in situ transient temperature monitoring, and thus the control of ultrasonic joining processes to realize a practical smart joining system.     

高压环境下2种NDIR型CO_(2)红外传感器的响应规律

目的研究压力变化环境对NDIR型CO_(2)气体传感器的影响,获得不同压力范围内传感器的响应变化规律。方法采用小型加压舱,在CO_(2)分压不变的情况下,分别采用N_(2)阶梯缓慢加压和冲击快速加压方式,研究英国C20和国产G4传感器在高压环境中稳定时间和漂移度等性能指标的波动规律,考察传感器对压力变化的响应规律。结果在低于607950 Pa的高气压稳压状态下,基本不会造成机械损伤,但信号会发生较大的漂移,国产G4分体式传感器出现信号震荡现象。CO_(2)分体式传感器及整机的浓度输出值随着压力的升高,标准气样值与实测值的比值接近幂函数形式,分体式传感器的输出浓度值比整机的输出浓度值要大。结论不同CO_(2)浓度分压下的压力响应规律具有比较良好的一致性,冲击加压的漂移比阶梯加压显著,浓度真值可以通过测量总压和内置多次函数来修正。     

GIS与大气环境模型的集成及其应用

分析了GIS与环境模型集成的松散集成、紧密集成、完全集成等3种模式,论述了GIS与大气环境模型集成的组件式方法与服务式方法,对比了5种集成方法的优缺点,认为组件式集成方法具有较大优势,是目前流行的集成方法,服务式集成是未来的趋势. 基于组件式集成方法,采用GIS二次开发组件ArcGIS Engine 9.3开发了大气污染扩散模拟与预测系统,该系统充分利用了GIS的空间分析与可视化功能,实现了大气环境模型与GIS的紧密集成,以福建省为例进行了大气污染扩散模拟,取得了较好的模拟效果.      

基于"3S"的南京市大气污染源清单网格化空间分配研究

基于GIS、RS、GPS集成技术,依据南京市10大类大气污染源排放和空间分布特征,采用合适的空间分配方法,根据各排放源的相关权重分配因子,构建了南京市2015年大气污染源排放清单1 km×1 km的网格化空间数据库,并基于GIS平台叠加显示形成了2015年南京市大气污染源1 km×1 km空间分布图.结果表明,此次空间分配结果与南京市GDP、路网、人口、农业等相关分布特征相互吻合,说明本研究网格化空间分配方法较为合理可靠,可满足后续空气质量模拟的需求.     

Geological disaster survey based on Curvelet transform with borehole Ground Penetrating Radar in Tonglushan old mine site

Tonglushan old mine site located in Huangshi City, China, is very famous in the world. However, some of the ruins had suffered from geological disasters such as local deformation, surface cracking, in recent years. Structural abnormalities of rock-mass in deep underground were surveyed with borehole ground penetrating radar (GPR) to find out whether there were any mined galleries or mined-out areas below the ruins. With both the multiresolution analysis and sub-band directional of Curvelet transform, the feature information of targets' GPR signals were studied on Curvelet transform domain. Heterogeneity of geotechnical media and clutter jamming of complicated background of GPR signals could be conquered well, and the singularity characteristic information of typical rock mass signals could be extracted. Random noise had be removed by thresholding combined with Curvelet and the statistical characteristics of wanted signals and the noise, then direct wave suppression and the spatial distribution feature extraction could obtain a better result by making use of Curvelet transform directional. GprMax numerical modeling and analyzing of the sample data have verified the feasibility and effectiveness of our method. It is important and applicable for the analyzing of the geological structure and the disaster development about the Tonglushan old mine site.