Сенсор пьезоэлектрические

Рис. 7.7-13. Пьезоэлектрический сенсор на основе кварцевого резонатора.

Многоканальные сенсоры, или сенсорные наборы, могут быть получены путем соединения нескольких отдельных сенсоров. Например, пьезоэлектрические кварцевые кристаллы могут быть связаны в такую обойму и работать одновременно. Комбинации сенсоров, основанных на полевых транзисторах, состоят из единственной цепи, где индивидуальные сенсоры образованы различными покрытиями (рис. 7.7-15). Оптические сенсоры также могут работать в многоканальном режиме, если использовать спектральный диапазон, а не одну длину волны, например, с помощью спектрофотометра с диодной матрицей. Каналом здесь будет регистрируемая длина волны. [c.516]

В зависимости от измеряемого параметра, характеризующего чувствительность датчика к определенному компоненту, выделяют электрохимические (потенциометрические, вольтамперометрические, амперометрические, кулонометрические, кон-дуктометрические), оптические (спектрофотометрические, люминесцентные), чувствительные к изменению массы (пьезоэлектрические и акустико-поверхностно-волновые), магнитные и термометрические датчики. Дополнительная классификация химических сенсоров проводится по определяемому компоненту пробы. Соответственно сенсоры делятся на ионные, молекулярные, газовые, биосенсоры, включая ферментативные и иммуносенсоры. Учитывая сложность классификации (полная классификация и история создания сенсоров может быть найдена в работе [330]) и разнообразие химических сенсоров, в данной главе представлены лишь отдельные группы сенсоров, в которых существенную роль играет модифицирование поверхности неорганических носителей. [c.468]

В работе [7] описана имплантация страдающей диабетом собаке небольшой искусственной поджелудочной железы, состоящей из глюкозного сенсора с кислородным детектором, электронного блока, микронасоса и источника питания. Сенсор аналогичен рассмотренному в разделе 22.4.1. Насос представлял собой пьезоэлектрический прибор, отделенный от резервуара с инсулином соленоидным клапаном. Инсулин вводился в брюшную полость при синхронной подаче импульсов на насос и клапан. Однако в этих экспериментах, как и в дополнительных опытах на семи собаках [c.327]

Акустические методы становятся все более тонкими, что связано прежде всего с развитием звуковой техники и навигационного оборудования (например, эхолотов и звуковых локаторов для обнаружения кораблей). Этот процесс сопровождается значительным прогрессом в технологии пьезоэлектрических преобразователей, особенно вблизи верхней границы ультразвукового диапазона частот, и созданием полимерных пьезоэлектриков. Однако до недавнего времени в биологических исследованиях акустические методы применяли сравнительно мало. Можно отметить некоторые успехи в области акустической микроскопии, создания сенсоров для определения поверхностных масс, акустической резонансной денситометрии и акустического импеданса негомогенных систем. Принципы и применение этих методов и обсуждаются в данной главе. [c.441]

Изменение массы и последующее изменение резонансной частоты в присутствии определяемого газа используют в механоакустических сенсорах. Наиболее важными из них являются пьезоэлектрические кварцевые резонаторы и сенсоры поверхностных акустических волн (ПАВ). [c.514]

Более чувствительные приборы могут быть получены с помощью сенсоров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Это достигается благодаря использованию более высоких частот. В соответствии с уравнением 7.7-12 обычно используют частоту 1 ГГц, что уменьшает определяемую массу до уровня фемтограммов. Принцип работы сенсора ПАВ объясняет рис. 7.7-14. На поверхность пьезоэлектрической подложки укладывается с помощью технологии интегральных схем набор электродов. После наложения на этот передатчик ВЧ-сигнала вдоль поверхности проходит сейсмическая волна Рэлея. Если подложка покрыта газочувствительным слоем, изменения в окружающем газе можно фиксировать, измеряя частоту. Селективность прибора определяется природой химического покрытия. [c.515]

Масс-чувствительные. Этот тип сенсоров основан на использовании пьезоэлеетрического эффекта. Сюда включают такие устройства, как поверхностные акустоволно-вые сенсоры (ПАВ-сенсоры), основанные на использовании пьезоэлектрического эффекта и особенно полезные в качестве газовых сенсоров. [c.710]

Пьезоэлектрики применяются в массовом количестве в таких областях, как пьезотехника (высокостабильные резонаторы и фильтры, в том числе для производства часов, для стабилизапии частоты приемно-передающих устройств и компьютеров в качестве чувствительных элементов в датчиках давления, влажности, газового состава и др.), в устройствах акустоэлектроники (высокочастотные линии задержки, фильтры и резонаторы на поверхностных акустических волнах, сенсоры различного назначения), в качестве преобразователей акустического излучения в гидроакустике и для приборов медипинской акустики. При выборе кристаллов, помимо хорощих пьезоэлектрических свойств, часто принимают во внимание такие важные свойства, как малые потери на распространение акустических волн, а также наличие срезов и направлений с термостабильностью упругих свойств. [c.181]

Примерно с этого времени началась разработка и таких сенсоров, как пьезоэлектрические, оптические (оптоды или оптроды) и др. Практически во всех [c.467]

Несмотря на широкий выбор пьезоэлектрических материалов, позволяющий варьировать принцип метода измерения, фактически все известные примеры использования пьезоэлектрических преобразователей в сенсорных устройствах сводятся к исполь-вованию осциллирующих кварцевых кристаллов со специальным покрытием для детектирования изменений поверхностных масс (гравиметрические сенсоры). Этот 1ринцип широко применяют для газофазного анализа и определения летучих веществ [1, 35], но его приложение к измерениям в жидкой фазе остается проблематичным. [c.445]

В работах [48, 49] пьезоэлектрические кристаллы впервые использовали в качестве детекторов в газовой хроматографии. Дальнейшее развитие и применение пьезоэлектрических кристаллов в аналитической химии описано в превосходных обзорах [1, 35, 36, 40] на кристаллы наносили покрытие из соединений, селективно адсорбирующих определяемое вещество. Большая часть исследований в этой области связана с детектированием газов (диоксида серы, оксида углерода, хлористого водорода) или летучих веществ (ароматических и алифатических углеводородов) и тем самым не представляет интереса для биологии. Для нормальной работы гравиметрических сенсоров, как правило, требуется, чтобы относительная влажность была низкой и поддерживалась на постоянном уровне. Тем не менее сенсоры аммиака с различными химическими, биохимическими и полимерными покрытиями [30, 41, 45, 46], а также сенсоры растворенного диоксида углерода с кристаллами, покрытыми дидодецила-мином или диоктадециламином, вполне можно было бы использовать для контроля ферментационных процессов [20, 22], отделив сенсор от анализируемого раствора тефлоновой мембраной [77]. В работе [50] описан также метановый сенсор, который [c.446]

Акустический анализ негомогенных жидкостей (т.е. частиц, суспендированных в растворах электролитов, например, микробных культур) особенно сложен. С помощью ультразвука определяли концентрацию загрязнений в сточных водах [37]. Рост дрожжевых (и других) культур также контролировали ультразвуковым методом, используя гибкий пьезоэлектрический мембранный преобразователь, состоящий из полиацеталевой смолы, хлорированного полиэтилена и цирконат-титаната свинца [42]. Измерительная ячейка состояла из двух пьезоэлектрических мембран (каждая площадью 2,5 х 1,5 см и толщиной 0,2 мм), разделенных слоем культуральной жидкости толщиной 2,5 мм. Частоту колебаний передающей мембраны фиксировали равной 40 кГц так, чтобы на приемной мембране генерировался сигнал с амплитудой приблизительно 20-100 мВ. Хотя с ростом концентрации выходное напряжение должно увеличиваться [81], на самом деле в диапазоне концентраций от 10 до 500 мМ наблюдалось лишь небольшое увеличение амплитуды (приблизительно на 5 мВ). Рост скорости звука с температурой в диапазоне от 25 до 40°С также был незначительным. В процессе роста культур плотность культуральной среды нередко меняется, поэтому контролировали отклик сенсора при различных концентрациях глицерина (плотности от 1 до 1,10). Изменения амплитуды и в этом случае были малы. Напротив, введение популяций бактерий или дрожжей приводило к значительно большим значениям сигнала (при изменении числа клеток от 1 до 10 в 1 мл амплитуда сигнала менялась от 20 до 50-80 мВ). Отклик сенсора линейно зависел от числа клеток (до 10 клеток/мл) и лучше отражал кривую роста, чем данные измерений проводимости культур [11]. Хотя датчик мог выдержать несколько циклов паровой стерилизации, возможность растрескивания пьезомембраны создает серьезные проблемы. Принципы, лежащие в основе метода, не совсем ясны. Более или менее уверенно можно полагать только, что сжимаемость суспензии играет большую роль, чем скорость звука и плотность [42]. [c.450]

Хотя акустические методы и не применяют столь широко, как другие биосенсорные методы, в настоящее время разрабатывается ряд новых принципов и методик, которые могут упростить биологические измерения. Следует отметить, что акустические свойства биологических материалов изучены недостаточно и в дальнейшем для этого придется применять более сложные методы измерения, моделирования и обработки данных. Значительное внимание уделяется разработке химических пьезоэлектрических сенсоров. Наряду с этим можно ожидать и создания ряда пьезоэлектрических биосенсоров, обладающих биохимической специфичностью. Как и в случае биосенсоров, основанных на других принципах, особое внимание необходимо уделять улучшению способов сопряжения биочувствительного материала и детектора. [c.454]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология