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重金属捕捉剂是液体金属沉淀剂。它可以有效沉淀金属离子，使废水中的金属离子浓度降低。该产品常作为抛光步骤，用于传统金属沉淀工艺（如氢氧化物沉淀）之后。与沉淀高浓度金属离子的传统技术相比，它被认为是可供选择的方法之一。好的重金属捕捉剂由于其强螯合性，反应不仅能在常温和很宽的PH值条件范围内进行，而且不受重金属离子浓度高低的影响。即使所处理废水中含有络合物成份，也能一次沉淀废水中各种重金属离子，使废水达到排放标准。重金属捕捉剂的主要合成途径有两种：一种是含有螯合基的单体经过加聚、缩聚、逐步聚合或开环聚合等方法制取；另一种是利用合成的或天然的高分，通过高分子化学反应引入具有螯合功能的链基来合成。在实际研究应用较多的重金属捕捉剂主要有两类：黄原酸酯类和二硫代胺基甲酸盐类衍生物（DTC类），而DTC类衍生物是应用最广泛的。
金属捕捉剂是一种与重金属离子强力螯合的化工药剂，因能在常温和很宽的PH值条件范围内，与废水中的Cu2+、Cd2+、Hg2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等各种重金属离子进行化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，从而达到从水中去除重金属离子的化学品被称为重金属捕捉剂。
重金属捕捉剂的原理为化学沉淀法，即向水中投入相应的化学药剂，使其与水中的重金属离子发生反应实现溶解性的金属离子转化为难溶或不溶的金属化合物，通过沉淀过滤实现与水分离。
重捕剂的原理为：化学沉淀法，即向水中投入相应的化学药剂，使其与水中的重金属离子发生反应实现溶解性的金属离子转化为难溶或不溶的金属化合物，通过沉淀过滤实现与水分离。
浅谈重金属检测传感器技术的应用论文
摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。
关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;
重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。
1 离子选择性电极传感器技术。
离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。
1.1 基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。
目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。
1.2 基于流系玻璃膜的离子选择性电极。
基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。
2 光纤化学传感器技术。
对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。
3 生物传感器技术。
第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。
3.1 蛋白质为基础的生物传感器。
生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。
3.2 整个细胞为基础的重金属传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。
4 结语。
综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。
参考文献
[1]张涛, 苏倡, 刘艳, 等.泥蚶 (Tegillarca granosa) 重组铁蛋白富集重金属离子的特性及化学传感器的研究[J].海洋与湖沼, 2017, 48 (4) :870-876.
[2]吕攀攀, 肖芳兰, 严锡娟, 等.构建一种基于双启动子模型的特异性检测镉离子的大肠杆菌传感器[J].生物工程学报, 2015, 31 (11) :1601-1611.
[3]贾朔.边超, 佟建华, 等.基于纳米金Core-satellites等离子体耦合增强效应的汞离子光纤传感器的研究[J].分析化学, 2017, 45 (6) :785-790.
检测还原糖用斐林试剂，具体操作如下1.向试管内注入2mL待测组织样液。2.向试管内注入1mL斐林试剂（质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液和质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液等量混合均匀后再注入）3.将试管放入盛有50~65℃温水的大烧杯中加热约2min（必须加热，因为反应是吸热反应） 检测蛋白质用双缩脲试剂1.向试管内注入2mL待测组织样液。2.向试管内注入质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液1mL，摇匀。3.向试管内注入质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液4滴，摇匀。Ps：先加NaOH溶液，后加CuSO4溶液时因为重金属离子（铜离子）会使蛋白质变性。
浅谈高中化学探究性实验教学中的实验安全
论文关键词： 高中化学 探究实验 安全与环保
论文摘 要： 新课改要求我们通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。但是，在实验探究中，有许多实验存在安全隐患，这往往容易被忽视。本文就高中化学探究性实验教学中的实验安全案例及学生实验环保意识的培养两个方面进行了有效的分析。
中学化学课本中，将近一百七十多个化学实验，多属于有毒、易燃、易爆物的制取及性质实验，同时又接触到了工业制硫酸、硝酸、合成氨工业、炼铁、炼钢、电解、电镀等化工生产过程，可进行环保教育渗透的内容很多。在每章、每节的教学时，加强对环保教育的渗透，从化学角度出发，讲明污染源的生成及危害原理，使学生知其然，也知其所以然，从原理上明白危害的原因及防护措施。例如讲到水污染时，应重点讲明白水污染的污染源主要是含有金属离子的工业废水的任意排放及农药的使用。常见的重金属离子为钡离子、汞离子、铜离子、铬离子等。这些重金属离子可使生物体内蛋白质凝固，一旦含有这些重金属离子的水被人饮用，则会使人体中运输血液的血红蛋白凝固而导致缺氧窒息死亡。
一、高中化学探究性实验教学中的常见实验安全案例分析
（一）违反操作规定。
案例1：点燃氢气必须先检验纯度。可是，如果你在用锌和盐酸反应制取氢气的演示实验过程中，当锌粒反应完后，打开反应器的塞又装上锌粒，塞上塞就点燃，就会引起仪器爆炸。为什么会发生爆炸事故呢？这是因为你违背了点燃氢气前必须检验纯度的操作规定。实验过程中打开塞装锌粒跟实验开始时装锌粒相同，反应器里进入了空气，氢气和氧气混合，点燃都会发生爆炸。
案例2：在制乙烯时，在大试管里倒入酒精和浓硫酸，加热时，就会发生液体喷出事故。为防止这样的事故发生，在加热液体制取气体时，应加入瓷片以防爆沸。还要注意，如果你用酒精和浓硫酸加入瓷片加热制乙烯，用排水取气法收集完毕时，先撤去了酒精灯，冷水就会沿导管流入盛浓硫酸的烧瓶，以致引起烧瓶炸裂。这是因为你违背了实验操作而引起的。加热制取气体并用排水法收集，实验完毕时，应先把导管从水里撤出，再撤酒精灯。上面的操作正好颠倒了，先撤去了酒精灯，还没来得及取导管，水就沿导管流入反应器，引起仪器炸裂，溅出硫酸。
（二）用药过量发生事故。
一些实验虽然剧烈，但试剂量小并无危险，用药量稍大便会发生危险。
案例3：红磷在氧气里燃烧时，反应很剧烈，但药量少时并无危险。在做分组实验时，让学生观察红磷在氧气里燃烧时的现象，放入的药量一定要适量，不得随意用药，否则就会发生意外事故。
案例4：配制银氨溶液时，如果加入过量的氨水，且不随配随用，久置后再用，溶液中生成了容易爆炸的物质，用时就会引发爆炸事故。此实验要防止加入过量氨水，银氨溶液必须随配随用，不能久置。
案例5：铜和热浓硫酸反应，铜和硝酸反应。尽量控制反应物的用量，只要能得到正确的有明显的结果，学生能观察到其物质的存在，了解和掌握它的性质就可以了。
（三）药品混入杂质。
案例6：在用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制取氧气时，错把木炭粉当作二氧化锰加入试管与氯酸钾混合，使得药品中混入了杂质，造成了爆炸事故。因此用药时要认真辨清药物，不得马虎从事。
案例7：做甲烷的演示实验时，有人没有把空气排净就点燃甲烷气体，产生爆炸事故。此实验应先做甲烷的性质实验，再点燃甲烷气体，以防空气的混入，保证甲烷的纯度，避免爆炸事故的发生。
（四）使用失落标签未经鉴定的试剂发生事故。
案例8：在配制溶液时错把硫酸当盐酸使用，造成伤害事故。凡失落标签的'试剂一定要检验确定后再使用，以避免伤害事故的发生。
（五）实验室空气不流通。
案例9：在演示氯气、硫化氢、二氧化氮、一氧化碳等有毒气体时，或学生实验可燃性气体。如制氢气、乙烯、乙炔等时，如果实验室空气不流通，有毒、易燃气体逸散到空气中越积越多，达到一定浓度，会引起师生中毒或其他意外事故。因此实验室应安置通风橱、换气扇等通风设施，必须做到实验室空气流通。
二、学生实验安全和环保意识的培养 教师是对学生进行教育的主要实施者，教师的思想、言行对学生有最直接最有效的影响，从“安全意识”的培养角度来说，教师应做到以下几点：
（一）一丝不苟做好演示实验。
教师在演示实验中的一举一动都直接影响学生动手实验时的态度和方法，因此，哪怕是最常用仪器的使用也丝毫不能大意，对于一些有危险隐患的实验更要充分备课，引导学生把不安全因素想全想透。
（二）合理使用反例。
对于一些可以在实验室模拟的错误操作导致的后果，教师可设计一些错误的反例加以验证，以加深学生印象。如不纯的可燃气体点燃爆炸，水倒入浓H?2SO?4中进行稀释的后果；加热时先撤酒精灯导致水回流引起试管炸裂等，只要条件允许，装置设计合理，不会引起事故的均可一试。
（三）严格监督，培养学生良好的实验习惯。
学生进入实验室亲身体会的印象是最深的，中学生的年龄特点决定了他们对什么都好奇，好动是他们的天性。因此，在平时学生实验中除了讲清楚规范操作，安全要求外，加强监督也是必不可少的一个环节。
（四）增强防范意识，培养自救能力。
例如：强酸、强碱溅到身上时的处理，偶遇紧急情况时应如何处理和进行自救。
（五）利用录像实验辅助教学真实可信。
对于一些较复杂、有危险、要求高、时间长的实验，不适合课堂演示，则拍成录像，于课堂播放。这样，既保证了实验的真实性和直观性，又便于观察实验现象，同时也提高了课堂密度。
案例10：如讲“碳还原二氧化碳”时，很多同学很难想象这个反应实验该怎样做。我经过多次试验之后，确定采用铁管作为木炭还原二氧化碳的反应器，然后把实验拍成2分钟的录像，这样把一个复杂、反应时间长的实验带到课堂，起到了良好的效果。其次，为了改进实验教学，在制取一些有毒物质（气体、液体）时，要不断改进实验装置，尽量避免气体外逸或液体泄漏乱淌。对有害尾气要增加吸收或转化装置，不能任意排入大气中。如制取二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯气等有毒气体时，对其尾气的处理，可用碱溶液（如氢氧化Na溶液）来吸收。
三、收获与反思
综上所述，只要我们了解各种化学实验事故发生的引发原因，遵循操作规程，认真仔细地进行操作，就可避免各种事故的发生，做到安全实验。在实验操作中，还要教育学生一定要严格遵守操作规程进行操作，防止学生一昧追求趣味而乱动手摆弄。要求学生在制取有毒气体时，尽量利用少量的反应物来制取少量的有毒物质，把污染减少到最低程度。安全实验的关键是要按照操作规定进行实验，危险也能变为安全。反之，安全也变得不安全。但也不要害怕，也不必满腹恐惧不敢动手实验；要熟悉操作规定，了解反应规律，不懂要问，不可蛮干。否则，在实验过程中一旦发生事故，危及师生的安全，甚至严重致残造成终生不幸，且会影响学生学习化学的兴趣，事关重大，务必高度警惕。
参考文献
[1] 关于化学实验教学中的安全问题
[2] 夏正盛.高中化学课程标准教师读本[M].武汉：华中师范大学出版社，2003：44-46.
捕捉儿童敏感期
捕捉儿童敏感期，相信这个问题很多人都想知道，儿童敏感期是指儿童在时间里会有某种强烈的自然行为。如果敏感期没有得到良好发展对孩子影响很大，下面跟着我一起来看看捕捉儿童敏感期知识，希望对你有用！
所谓“敏感期”是指在0-6岁的成长过程中，儿童受内在生命力的驱使，在某个时间段内，专心吸收环境中某一事物的特质，并不断重复实践的过程。顺利通过一个敏感期后，儿童的心智水平便从一个层面上升到另一个层面。
敏感期得到充分发展的儿童，头脑清楚、思维开阔、安全感强，能深入理解事物的特性和本质。敏感期不仅是儿童学习的关键期，也是影响其心灵、人格发展的关键期。如果他们的内在需求得不到满足，或者家长教师没有提供必要的环境和条件，儿童的心里就会紊乱，容易乱发脾气，甚至变得乖戾。因此，成人应尊重自然赋予儿童的行为与动作，并提供必要的帮助。以免错失一生仅有一次的特别生命力。捕捉儿童敏感期，家长们应做到以下几点。
尊重儿童为有能力的个体。儿童是天生具有学习能力，他们会循着自然的成长法则，不断使自己成长为“更有能力”的个体。
细心观察敏感期的出现。每个儿童的敏感期出现的时间并不相同，因此父母必须细心观察儿童的内在需求和个别特质。
布置丰富的.学习环境。当观察到儿童的某项敏感期出现时，应尽力为儿童准备一个满足他成长需求的环境。
鼓励儿童自由探索、勇敢尝试。当儿童获得了尊重与信赖后，就会在环境中自由探索、尝试。
适时协助而不干预。当儿童热衷于有兴趣的事物时，大人应放手让儿童自已做，避免干预。不过，并非要丢下儿童完全不管，而是适时予以协助、指导。
什么是儿童敏感期
当一个孩子对环境里的某一事物特征非常专注且不停地观察、重复、实践，直至他完全满足才停下来时，他可能正处于儿童敏感期。在敏感期中，孩子的所作所为都是内在的生命力的驱动使然，只有成功地度过一个又一个的敏感期，他们的心智才能一步步发展、提升。通常，儿童敏感期发生在孩子0—6岁时。
为什么要关注儿童敏感期
0到6岁的儿童正处于敏感期，在这期间，如果得到了有效的训练和正确的引导，他们将形成更为健全的人格。6岁之后到12岁之前，在敏感期未能得到较好发展的小朋友也还可以迎头赶上，但这个前提是有一个温暖、自在的环境。可是，6-12岁的孩子常常为学业所累，而且家长有时甚至还不尊重他们。在这种情况下，敏感期的特点便无法表现出来，家长们也毫无察觉，不知道“敏感期”的存在。
儿童敏感期要注意什么
1、把孩子看作有能力的个体：家长应该把孩子看做一个个体，尊重他们的自然生长规律。儿童生来便拥有学习的能力，会不停地自我完善。
2、留心敏感期的出现：敏感期的出现时间因人而异，家长要客观地看待孩子，了解他们的特征和内在生命力。
3、营造合适的学习环境：如果发现小朋友进入了某个敏感期，应该为他布置相应的、有利于他成长的环境。
4、鼓励孩子积极探索、勇敢尝试：尊重并信任孩子，这样他会更有信心去探索、尝试。
5、适时帮助不乱干预：孩童陷入对某一种事物的热情中时，不要随意干预。当然，必要的时候你也应该给予帮助和教导。
儿童敏感期的教育重点
1、敏感期也会迸发一种动力，它推动小朋友们高效地学习，掌握技能。若内在的生命力受到阻碍，就很容易错过最佳学习时机。有效利用敏感期的特点来促进孩子成长，是父母义不容辞的责任。
2、进行敏感期教育。蒙氏教育遵循儿童敏感期的规律，因材施教，并提供丰富多样的学习环境，可以满足每一个孩子的内在需求。该教育对孩子的独立性、创造性以及自律性的培养极有帮助，比普通教育更能给孩子打好基础。
3、处于这个时期的孩子，由于受到身体内的动力的驱使，心智进入了发展的关键阶段。家长有必要理解、尊重孩子的变化和表现，并给予适当的协助，这对培养儿童良好的人格和美好的心灵极其有益。父母应该抓住这宝贵的机会。
敏感期教育与普通教育的区别
1、早教观念：蒙氏教育提倡以自我兴趣为动力的主动、自由学习；普通教育偏向于传授知识、训练技能，却忽视了孩子的个性。
2、教学中心：敏感期教育的中心是儿童。教师以儿童的内在生命力为依据，引导幼儿去了解万事万物，并鼓励他们主动发现问题，探索规律；普通教育的中心是老师，上课时大部分时间是教，孩子们只能被动接受，缺少自我主动学习。
3、班组编制：该教育会让年龄不一的小朋友们一起上课，促进共同发展；普通教育按年龄分班，班级里的孩子多为同龄人。
4、上课形式：敏感期教育提供丰富多样的学习环境，可以满足儿童的不同内在需求；普通教育提供统一的学习环境，较少选择。
5、上课内容：敏感期教育可以同时学不同的东西，学习的速度也没有固定要求；普通教育同一时间只能学习同一样东西。
6、时间要求：敏感期教育应允孩子用较长的时间来进行专注的研究；普通教育已经把学习时间固定下来，灵活性很小。
7、学习途径：敏感期教育让孩子们直接接触外界，借助丰富的教具和多样的方法，让每一个儿童有所收获，通过感官学习到知识；传统教育的教学工具单一简陋，学生主要通过老师讲课来汲取知识，很少有感官体悟。
一些螺旋状敏感期,伴随着孩子一直成长到12岁。如绘画、音乐、语言审美、对空间的认识、人际关系、秩序、独立等。除此之外,小学的孩子开始明显表现出理财的兴趣、集体意识、深入思考问题的趋势等。敏感期里的孩子就是这样。敏感期过去后，这些经历、经验、学会的知识、技能和思维方式都会留在心里。 许多家长担忧,敏感期错过是否还能补救?回答是肯定的。绝大部分敏感期在受到压制后,一旦环境使孩子放松,敏感期会再次出现(据我们的观察,2~10岁都有可能出现这种补偿),弥补成长的损失。2岁弥补2岁以前的,4岁弥补4岁前的,6岁弥补6岁前的。年龄越大,越难补偿,6岁之后补偿的难度相当大,这主要是因为孩子大了,成人对孩子的要求高了,孩子的学业难度和压力也更大。某些敏感期过了6岁表现形式也变了这同6岁以前的生命体验截然不同。感受生命和旁观生命是两种不同的认知形式没有爱和自由带来的安全感和放松感,孩子内心处的东西会永远地潜留在心里,越积越多,直到长大,成为一个个解不开结。我们争取做到老师永远是孩子们的朋友让孩子们将潜意识上升为意识,引导孩子有问题会与人解决,会询问,会求助。孩子说的“骂”和成人的真骂有些不同。孩子的骂不一定是骂,而可能指一种使他不舒服的语言,如严厉、斥责、说教、挖苦等。但孩子明白,结婚应该和爱联系在一起,发应该和美好的话语、美好的情感联系在一起。5岁以后,孩子对科学实验开始感兴趣,这时他们的兴趣点并不在于学知识(这是个巨大的误区),而在于通过实验发现事物的秘密,认识客观事物。这种认知是由儿童的兴趣引导的,他们乐于发现概念与概念之间的关系。如果孩子的很多敏感期,被阻碍、被破坏、被推迟了,在爱和自由的环境中,它们再度出现。如果孩子成长的环境始终没有善,这些敏感期就可能延迟至成年至老年。孩子会长成有各种心理问题或各种行为障碍的成人可惜随着年级的升高,成人不再给她机会,这一心智补偿的工作并未完成。快乐的孩子不生病。当孩子的精神得到极大的满足和发展时，他全部的生命能量都释放出来，用于身心的成长。这本书中的一句话让我感触至深："只有错误的成人，没有错误的儿童。"这就要求我们应该深入了解孩子身上所表现出来的一切特质。 在这本书中，有大量孩子敏感期的照片：从口的敏感期到手的敏感期，再到空间敏感期、人际敏感期等，使我一下子对敏感期有了非常直观的认识。全书的述说对儿童种种发展都充满了由衷的赞叹和崇拜，言语中充满了爱和包容，尤其对儿童某些"恶劣"的行为和言语的冲撞，都能那么宽大的包容和理解。在读这本书后，我更深刻地认识到，儿童成长的每一个重要时期和生命发展都是至关重要的。作为未来的一名幼儿教师，我认识到教师重要的品质之一是会观察，不去干扰孩子，充分给孩子爱和自由的空间。教师学会捕捉儿童的敏感期，如何在关键时刻给予孩子科学的教育和关注是如此重要。不但可以在幼儿敏感期对幼儿进行正确的引导，而且还可以在做家长工作上有很大的帮助。对于家长提出的疑问也能做出正确的分析，让孩子在充满爱、充满快乐自由的环境中成长。 第七章、第八章（完）
传感器在环境检测中可分为气体传感器和液体传感器，这是我为大家整理的传感器检测技术论文，仅供参考!
试述传感器技术在环境检测中的应用
摘要：传感器在环境检测中可分为气体传感器和液体传感器，其中气体传感器主要检测氮氧化合物和含硫氧化物;液体传感器主要检测重金属离子、多环芳香烃类、农药、生物来源类。本文阐述了传感器技术在环境检测方面的应用。
关键词：气体传感器 液体传感器 环境检测
中图分类号：O659 文献标识码：A 文章编号：
随着人们对环境质量越加重视，在实际的环境检测中，人们通常需要既能方便携带，又可以够实现多种待测物持续动态监测的仪器和分析设备。而新型的传感器技术就能够很好的满足上述需求。
传感器技术主要包括两个部分：能与待测物反应的部分和信号转换器部分。信号转换器的作用是将与待测物反应后的变化通过电学或光学信号表示出来。根据检测方法的不同，我们将传感器分为光学传感器和电化学传感器;根据反应原理的不同，分为免疫传感器、酶生物传感器、化学传感器;根据检测对象不同，分为液体传感器和气体传感器。
1气体传感器
气体传感器可以对室内的空气质量进行检测，尤其是有污染的房屋或楼道;也可以对大气环境中的污染物进行检测，如含硫氧化物、氮氧化合物等，检测过程快速方便地。
以含氮氧化物(NOx)为例。汽车排放的尾气是含氮氧化物的主要来源，但随着时代的发展，国内消费水平的提高，汽车尾气的排放量呈逐年上升趋势。通过金属氧化物半导体对汽车尾气及工厂废气中的含氮氧化物进行直接检测。如Dutta设计的传感器，采用铂为电极，氧化钇和氧化锆为氧离子转换器，安装到气体排放口，可以检测到含量为10-4~10-3的NO。含硫氧化物是造成酸雨的主要物质，也是目前环境检测的重点项目，因为在大气环境中的含量低于10-6，需要更高灵敏度的传感器。如高检测的灵敏度的表面声波设备。
Starke等人采用直径为8~16nm的氧化锡、氧化铟、氧化钨纳米颗粒制作的纳米颗粒传感器，对NO和NO2的检测下限可达到10-8，提高反应的比表面积，增加反应灵敏度，且工作温度比常规的传感器大大降低，减少了能源消耗。
2液体传感器
在实际环境检测中，液体传感器大多应用于水的检测。由于水环境中的污染物种类广泛，因此液体传感器比气体传感器的应用更为广泛和重要。水中的污染物除了少量的天然污染物以外，大部分都是人为倾倒的无机物和有机物。无机物中，重金属离子为重点检测对象;有机污染物包括杀虫剂、激素类代谢物、多环芳香烃类物质等。这些污染物的过度超标，会严重影响到所有生物体的健康和安全。
2.1重金属离子检测
采水体中重金属离子的主要来源包括开矿、冶金、印染等企业排放的废水。这些生产废水往往混合了多种废水，所含的重金属离子种类繁多，常见的有汞、锰、铅、镉、铬等。重金属离子会不断发生形态的改变和在不同相之间进行转移，若处置不当，容易形成二次污染。生物体从环境中摄取到的重金属离子，经过食物链，逐渐在高级生物体内富集，最终导致生物体的中毒。因此如果供人类食用的鱼类金属离子超标，将对人类产生严重的影响，因此对于重金属离子的检测显得尤为重要。
Burge等人发明的传感器，可以利用1,2,2联苯卡巴肼和分光光度计，可以检测地下水中的重金属铬浓度是否超标。
除了通过化学反应检测外，采用特殊的生物物质，也可以方便和灵敏地检测重金属离子。如大肠杆菌体内有一种蛋白质可以结合镍离子，有人在这种蛋白质的镍离子结合位点附近插入荧光基团，当蛋白质结合镍离子后，荧光基团会被淬灭，由于荧光的强度与镍离子浓度成反比，从而实现对镍离子的定量检测，检测范围未10-8~10-2mol/L。日方法也可应用于检测Cu2+、Co2+、Fe2+和Cd2+等几种离子中。他们还结合了微流体技术，该技术只需消耗几十纳升体积的待测液体，就可以对100nmol/L以下浓度的Pb2+进行检测。Matsunaga小组将TPPS固定在多孔硅基质中，当环境中存在Hg2+时，随着Hg2+浓度的变化，TPPS的颜色会从橘黄色逐渐转变成绿色，该传感器的检测限为17.5nmol/L，通过加入硅铝酸去除干扰离子Ni2+和Zn2+。
利用传感器技术不仅可以准确测定待测物的浓度，而且由于传感器的微型化技术特点，还可以通过传感器的偶联，进行多项指标的检测。Lau等人设计了基于发光二极管原理的传感器，可以同时检测Cd2+和Pb2+，该传感器对Cd2+和Pb2+的检测限分别为10-6和10-8。
2.2农药残留物质的检测
农药是一类特殊的化学品，它在防治农林病虫害的同时，也会对人畜造成严重的危害。中国是农业大国，每年的农药使用量相当庞大，因此有必要对其进行监测。采用钴-苯二甲蓝染料和电流计就能方便地检测三嗪类除草剂，无需脱氧，直接检测的下限为50Lg/L，如果通过预处理进行样品浓缩后，检测限可以达到200ng/L。
采用带有光纤的红外光谱传感器可以进行杀虫剂的快速检测。将光纤内壁涂覆经非极性有机物修饰的气溶胶材料后，能显著改善光纤中水分子对信号的耗散作用，并且能够提取出溶液中的有机磷类杀虫剂进行光谱分析。此类传感器对于有机溶剂，如苯、甲苯、二甲苯的检测限则可达10-8~8*10-8。
2.3多环芳香烃类化合物的检测
多环芳香烃类物质是另外一大类有害的污染物质，这类物质具有致癌性，但在许多工业生产过程中均会使用或产生此类物质。水体中的多环芳香烃类物质含量非常低，一般在10-9范围内，因此需要借助高灵敏度的检测传感器，Schechter小组发明了光纤光学荧光传感器。在直接检测过程中，待测样本中还可能存在一些如泥土这样的干扰物质，会降低检测信号值，如果用聚合物膜先将非极性的PAH富集，然后对膜上的物质进行荧光检测，从而解决信号干扰问题，报道称这种经膜富集后的传感器技术，对pyrene的检测可达到6*10-11，蒽类物质则可达4*10-10。Stanley等人利用石英晶振微天平作为传感器，在芯片表面固定上蒽-碳酸的单分子膜，检测限可达到2*10-9。
基于免疫分析原理，采用分子印迹的方法，在传感器表面印上能够结合不同待测物质的抗体分子，可以实现多种不同物质的检测。近年来发展起来的微接触印刷技术，也可应用到该领域，这样制备得到的传感器体积可以更加微型化。
2.4生物类污染物质
除了以上的无机和有机合成类污染物质，还有生物来源的一些潜在污染分子。如激素类分子及其代谢物的污染常常会引起生物体生长、发育和繁殖的异常。Gauglitz带领的研究小组采用全内反射荧光生物传感器和睾丸激素抗体，对河流中的睾丸激素直接进行了即时检测，其检测限为0.2ng/L。该技术无需样品的预处理，对于不同地区的自然界水体均可以进行睾丸激素的现场直接检测，检测范围为9~90ng/L。
另外，致病菌和病毒也是被检测的对象，水体中出现某些特定菌种，可以表明水体受到了某种污染，利用传感器技术非常容易检测到这些生物样本的存在，而且选择性非常高，如可以从烟草叶中快速地发现植物病毒烟草花叶病毒，采用QCM可以直接检测到酵母细胞的数量。
3结论和展望
目前，传感器技术已开始应用于各环境监测机构的应急检测，但是实际应用中有诸多的局限性，比如在对大气中的某些有害物质进行检测时，由于其含量往往低于传感器的最低检测限，因此在实际应用过程中，还需要进行气体的浓缩处理，这样就使传感器不容易实现微型化，或者需要借助更高灵敏度的传感器;同样，在野外水体检测时，常常会出现待测水体含有多种复杂干扰成分的情况，无法与实验室的标准化条件相比;在有些以膜分离分析技术为原理的传感器中，其膜的使用寿命往往较短，而频繁更换新膜的价格较为昂贵，因此仍然无法得到广泛的应用。
尽管如此，随着传感器技术的不断发展和完善，仍然有望应用于将来工厂企业排气、排污的现场直接检测和野外环境的动态无人监测，而且其结果能与实验室常规仪器的检测结果相符，这样将大大加快对环境监测和治理的步伐。
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传感器与自动检测技术教学改革探讨
摘要：传感器与自动检测技术是电气信息类专业重要的主干专业课，传统授课方法侧重于理论知识的传授，而忽略了应用层面的培养。针对此问题试图从教学目的、教学内容、教学形式、教学效果等多个方面进行分析，对该课程的教学方案改革进行探讨，提出一套技能与理论知识相结合、行之有效的教学方案。
关键词：传感器与自动检测技术;教学内容;教学模式;工程思维
“传感器与自动检测技术”是电气信息类专业重要的主干专业课，是一门必修课，也是一门涉及电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。
“传感器与自动检测技术”课程于20世纪80年代开始在我国普通高校的本科阶段和研究生阶段开设。本课程侧重于传感器与自动检测技术理论的传授，重知识，轻技能;教师之间也缺乏沟通，教学资源不能得到充分利用，教学效果不理想，学生学习兴趣不高。
一、教学过程中发现的问题及改革必要性分析
笔者在独立学院讲授“传感器与自动检测技术”课程已有四年，最开始沿用了研究型大学的教学计划和教学大纲，由于研究型大学是以培养研究型人才为主，而独立学院是以培养应用型人才为主，在人才培养目标上有较大差异，在逐渐深入的过程中发现传统方案不太符合学院培养应用型人才的定位，存在以下几方面的问题。
1.重理论，轻实践
该课程是应用型课程，其中也有大量的理论知识、数学推导，而传统的研究型教学方法普遍都以理论教学为主，在课堂上大篇幅讲解传感器的原理，进行数学公式推导，相比而言传感器的应用通常只是通过一个实例简单介绍，导致最后大多数学生只是粗略地知道该传感器的结构，而不知道如何用，在哪里用。
2.教学模式单一
该课程传统上以讲授的教学方式为主，将现成的结论、公式和定理告诉学生，学生不能主动地思考和探索，过程枯燥乏味，导致学生产生了厌学情绪。同时理论教学与实训、实践教学脱节问题也很严重。
3.教学实验安排不合理
传统的实验课程安排，验证性实验比例高达80%，综合设计性实验极少，缺少实训、实践环节。然而应用型人才的培养应该以实践教学为核心，重点培养学生的工程思维和实践能力、动手能力，以在学生毕业时达到企业对技术水平与能力的要求，使学生毕业后能尽快适应工作岗位。
二、适合独立学院培养应用型人才的教学方案改革
传统的传感器与自动检测技术课程重理论、轻实践，教学模式单一，教学实验以验证性实验为主，这种方案能够培养研究型人才，但却无法培养合格的应用型人才。在教学过程中，笔者潜心研习，并反复实践，总结出以下几个可以改革的方面。
1.优化教学内容，注重工程思维
本课程一个很重要的内容是各种类型传感器的原理，传统的教学要讲清楚其中的来龙去脉，而本人则认为针对应用型人才培养，充分讲授清楚基本概念、基本原理和基本方法即可，涉及大额数学公式可以选择重要的进行讲解，其他则可作为学生的自学内容，让学生课余自学。同时应该重点讲解该传感器的工程应用实例;另一方面要结合最新实际工程讲解。这样才能激发学生的学习兴趣，培养学生应用型工程学习思维。
2.改革教学方法，改变教学模式
传统的教学是“灌输式”的方法，无论学生是否接受，直接把要讲的内容全部讲述给学生，而这也违背了培养学生分析问题和解决问题的能力以及创新能力的出发点和归宿。笔者认为应该应用工程案例教学，实行启发式、讨论式、研究式等与实践相结合的教学方法，发挥学生在教学活动中的主体地位。
3.与工程实际相结合，与其他课程相结合
教学过程中要从不同行业提取典型的工程应用实例，精简以后作为实例进行讲解。在进行教学时，要培养学生的系统观，让学生明白这不是一门独立的课程，而是与自动控制原理、智能控制理论等课程相融合的，以达到融会贯通的学习效果。
4.实验环节改革
实验教学主要是为了提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，加深学生对课堂教学中理论、概念的感性认识。以往该课程的实验内容大部分为原理性、验证性的实验，学生容易感到枯燥无味，毫无学习积极性，很少有学生进行独立思考并发现问题，实验效果极不理想。为了改变这种模式化的教育，笔者将实验内容由传统的验证性实验调整为设计开发型实验。在实验教学中根据客观条件在适当减少验证性实验的基础上，增加了开拓性实验项目以及设计综合性实验。
5.改革教学评价方法，提高课堂教学效率
高效的学习成果反馈机制是促进教学相长的必要手段，目前该课程都是通过课程作业进行学习效果反馈，可以采用每一个章节布置一道设计型题目，让学生更加广泛地查阅资料，并在一定知识广度的基础上深入分析题目中用到的内容，进而从更深的层面分析解决问题，以达到深度、广度相结合的效果。
本文针对传感器与自动检测技术传统研究型大学的方案，提出了三个方面的问题，并根据四年的教学积累，在教学内容、教学模式、实验环节、教学评价及反馈等几个方面进行了探讨分析并提出了一套改革的方法和措施。本方案以实际工程应用实例为核心，在教学内容上侧重于传感器应用方面的讲解，以提出问题、分析问题、解决问题为主线调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的工程思维和能力，重视实验环节，以设计性、综合性实验代替验证性实验培养学生将抽象的知识具体化、培养学生的实际应用能力、动手能力和创新能力。
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参考下： 进入21世纪后，特别在我国加入WTO后，国内产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。例如纺织行业，温湿度是影响纺织品质量的重要因素，但纺织企业对温湿度的测控手段仍很粗糙，十分落后，绝大多数仍在使用干湿球湿度计，采用人工观测，人工调节阀门、风机的方法，其控制效果可想而知。制药行业里也基本如此。而在食品行业里，则基本上凭经验，很少有人使用湿度传感器。值得一提的是，随着农业向产业化发展，许多农民意识到必需摆脱落后的传统耕作、养殖方式，采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战，并打进国外市场。各地建立了越来越多的新型温室大棚，种植反季节蔬菜，花卉；养殖业对环境的测控也日感迫切；调温冷库的大量兴建都给温湿度测控技术提供了广阔的市场。我国已引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室四十多座，自动化程度较高，成本也高。国内正在逐步消化吸收有关技术，一般先搞调温、调光照，控通风；第二步搞温湿度自动控制及CO2测控。此外，国家粮食储备工程的大量兴建，对温湿度测控技术提也提出了要求。 但目前，在湿度测试领域大部分湿敏元件性能还只能使用在通常温度环境下。在需要特殊环境下测湿的应用场合大部分国内包括许多国外湿度传感器都会“皱起眉头”！例如在上面提到纺织印染行业，食品行业，耐高温材料行业等，都需要在高温情况下测量湿度。一般情况下，印染行业在纱锭烘干中，温度能达到120摄氏度或更高温度；在食品行业中，食物的烘烤温度能达到80-200摄氏度左右；耐高温材料，如陶瓷过滤器的烘干等能达到200摄氏度以上。在这些情况下，普通的湿度传感器是很难测量的。 高分子电容式湿度传感器通常都是在绝缘的基片诸如玻璃、陶瓷、硅等材料上，用丝网漏印或真空镀膜工艺做出电极，再用浸渍或其它办法将感湿胶涂覆在电极上做成电容元件。湿敏元件在不同相对湿度的大气环境中，因感湿膜吸附水分子而使电容值呈现规律性变化，此即为湿度传感器的基本机理。影响高分子电容型元件的温度特性，除作为介质的高分子聚合物的介质常数ε及所吸附水分子的介电常数ε受温度影响产生变化外，还有元件的几何尺寸受热膨胀系数影响而产生变化等因素。根据德拜理论的观点，液体的介电常数ε是一个与温度和频率有关的无量纲常数。水分子的ε在T＝5℃时为78.36，在T＝20℃时为79.63。有机物ε与温度的关系因材料而异，且不完全遵从正比关系。在某些温区ε随T呈上升趋势，某些温区ε随T增加而下降。多数文献在对高分子湿敏电容元件感湿机理的分析中认为：高分子聚合物具有较小的介电常数，如聚酰亚胺在低湿时介电常数为3.0一3.8。而水分子介电常数是高分子ε的几十倍。因此高分子介质在吸湿后，由于水分子偶极距的存在，大大提高了吸水异质层的介电常数，这是多相介质的复合介电常数具有加和性决定的。由于ε的变 化，使湿敏电容元件的电容量C与相对湿度成正比。在设计和制作工艺中很难组到感湿特性全湿程线性。作为电容器，高分子介质膜的厚度d和平板电容的效面积S也和温度有关。温度变化所引起的介质几何尺寸的变化将影响C值。高分子聚合物的平均热线胀系数可达到 的量级。例如硝酸纤维素的平均热线胀系数为108x10-5/℃。随着温度上升，介质膜厚d增加，对C呈负贡献值；但感湿膜的膨胀又使介质对水的吸附量增加，即对C呈正值贡献。可见湿敏电容的温度特性受多种因素支配，在不同的湿度范围温漂不同；在不同的温区呈不同的温度系数；不同的感湿材料温度特性不同。总之，高分子湿度传感器的温度系数并非常数，而是个变量。所以通常传感器生产厂家能在-10-60摄氏度范围内是传感器线性化减小温度对湿敏元件的影响。 国外厂家比较优质的产品主要使用聚酰胺树脂，产品结构概要为在硼硅玻璃或蓝宝石衬底上真空蒸发制作金电极，再喷镀感湿介质材料（如前所述）形式平整的感湿膜，再在薄膜上蒸发上金电极.湿敏元件的电容值与相对湿度成正比关系，线性度约±2%。虽然，测湿性能还算可以但其耐温性、耐腐蚀性都不太理想，在工业领域使用，寿命、耐温性和稳定性、抗腐蚀能力都有待于进一步提高。 陶瓷湿敏传感器是近年来大力发展的一种新型传感器。优点在于能耐高温，湿度滞后，响应速度快，体积小，便于批量生产，但由于多孔型材质，对尘埃影响很大，日常维护频繁，时常需要电加热加以清洗易影响产品质量，易受湿度影响，在低湿高温环境下线性度差，特别是使用寿命短，长期可靠性差，是此类湿敏传感器迫切解决的问题。 当前在湿敏元件的开发和研究中，电阻式湿度传感器应当最适用于湿度控制领域，其代表产品氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要的优点，氯化锂湿敏传感器已有了五十年以上的生产和研究的历史，有着多种多样的产品型式和制作方法，都应用了氯化锂感湿液具备的各种优点尤其是稳定性最强。 氯化锂湿敏器件属于电解质感湿性材料，在众多的感湿材料之中，首先被人们所注意并应用于制造湿敏器件，氯化锂电解质感湿液依据当量电导随着溶液浓度的增加而下降。电解质溶解于水中降低水面上的水蒸气压的原理而实现感湿。 氯化锂湿敏器件的衬底结构分柱状和梳妆，以氯化锂聚乙烯醇涂覆为主要成份的感湿液和制作金质电极是氯化锂湿敏器件的三个组成部分。多年来产品制作不断改进提高，产品性能不断得到改善，氯化锂感湿传感器其特有的长期稳定性是其它感湿材料不可替代的，也是湿度传感器最重要的性能。在产品制作过程中，经过感湿混合液的配制和工艺上的严格控制是保持和发挥这一特性的关键。 在国内九纯健科技依托于国家计量科学研究院、中科院自动化研究所、化工研究院等大型科研单位从事温湿度传感器产品的研制、生产。选用氯化锂感湿材料作为主攻方向，生产氯化锂湿敏传感器及相关变送器，自动化仪表等产品，在吸取了国内外此项技术的成功经验的同时，努力克服传统产品存在的各项弱点，取得实质性进展。产品选用了Al2O3及SiO2陶瓷基片为衬底，基片面积大大缩小，采用特殊的工艺处理，耐湿性和粘覆性均大大提高。使用烧结工艺，在衬底集片上烧结5个9的工业纯金制成的梳妆电极，氯化锂感湿混合液使用新产品添加剂和固有成份混合经过特殊的老化和涂覆工艺后，湿敏基片的使用寿命和长期稳定性大大提高，特别是耐温性达到了-40℃-120℃，以多片湿敏元件组合的独特工艺，是传感器感湿范围为1%RH-98%RH，具备了15%RH范围以下的测量性能，漂移曲线和感湿曲线均实现了较好的线性化水平，使湿度补偿得以方便实施并较容易地保证了宽温区的测湿精度。采用循环降温装置封闭系统，先对对被测气体采样，然后降温检测并确保绝对湿度的恒定，使探头耐温范围提高到600℃左右，大大增强了高温下测湿的功能。成功解决了“高温湿度测量”这一湿度测量领域难题。现在，不采用任何装置直接测量150度以内环境中的湿度的分体式高温型温湿度传感器JCJ200W已成功应用在木材烘干，高低温试验箱等系统中。同时，JCJ200Y产品能耐温高达600度，也已成功应用在印染行业纱锭自动烘干系统、食品自动烘烤系统、特殊陶瓷材料的自动烘干系统、出口大型烘干机械等方面，并表现出良好的效果,为国内自动化控制域填补了高温湿度测量的空白，为我国工业化进程奠定了一定基础。传感器论文： 低温下压阻式压力传感器性能的实验研究 Experimental Study On Performance Of Pressure Transducer At Low Temperature .... 灌区水位测量记录设备及安装技术 摘要：水位测量施测简单直观，易于为广大用水户所接受而且便于自动观测，因而在灌区水量计量乃至在整个灌区信息化建设中都占有十分重要的地位。目前我国灌区中水位监测采用的传感器依据输出量的不同主要分为模拟传感.... 主成分分析在空调系统传感器故障检测与诊断中的应用研究 摘要 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按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 一 霍尔器件的工作原理 在磁场作用下，通有电流的金属片上产生一横向电位差如图1所示： 这个电压和磁场及控制电流成正比： VH＝K╳｜H╳IC｜ 式中VH为霍尔电压，H为磁场，IC为控制电流，K为霍尔系数。 在半导体中霍尔效应比金属中显著，故一般霍尔器件是采用半导体材料制作的。 用霍尔器件，可以进行非接触式电流测量，众所周知，当电流通过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场与霍尔器件的输出有良好的线性关系，因此可利用霍尔器件测得的讯号大小，直接反应出电流的大小，即： I∞B∞VH 其中I为通过导线的电流，B为导线通电流后产生的磁场，VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压、当选用适当比例系数时，可以表示为等式。霍尔传感器就是根据这种工作原理制成的。 二 霍尔传感器的应用 1 霍尔接近传感器和接近开关 在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成如图1所示的接近传感器。它们的功能框见图19。(a)为霍尔线性接近传感器，(b)为霍尔接近开关。 图1 霍尔接近传感器的外形图 a)霍尔线性接近传感器 (b)霍尔接近开关 图2 霍尔接近传感器的功能框图 霍尔线性接近传感器主要用于黑色金属的自控计数，黑色金属的厚度检测、距离检测、齿轮数齿、转速检测、测速调速、缺口传感、张力检测、棉条均匀检测、电磁量检测、角度检测等。 霍尔接近开关主要用于各种自动控制装置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自动计数、各种计数、各种流程的自动衔接、液位控制、转速检测等等。3.2.7霍尔翼片开关 霍尔翼片开关就是利用遮断工作方式的一种产品，它的外形如图20所示，其内部结构及工作原理示于图21。 图3 霍尔翼片开关的外形图 2 霍尔齿轮传感器 如图4所示,新一代的霍尔齿轮转速传感器，广泛用于新一代的汽车智能发动机，作为点火定时用的速度传感器，用于ABS（汽车防抱死制动系统）作为车速传感器等。 在ABS中，速度传感器是十分重要的部件。ABS的工作原理示意图如图23所示。图中，1是车速齿轮传感器；2是压力调节器；3是控制器。在制动过程中，控制器3不断接收来自车速齿轮传感器1和车轮转速相对应的脉冲信号并进行处理，得到车辆的滑移率和减速信号，按其控制逻辑及时准确地向制动压力调节器2发出指令，调节器及时准确地作出响应，使制动气室执行充气、保持或放气指令，调节制动器的制动压力，以防止车轮抱死，达到抗侧滑、甩尾，提高制动安全及制动过程中的可驾驭性。在这个系统中，霍尔传感器作为车轮转速传感器，是制动过程中的实时速度采集器，是ABS中的关键部件之一。 在汽车的新一代智能发动机中，用霍尔齿轮传感器来检测曲轴位置和活塞在汽缸中的运动速度，以提供更准确的点火时间，其作用是别的速度传感器难以代替的，它具有如下许多新的优点。 （1）相位精度高，可满足0.4°曲轴角的要求，不需采用相位补偿。 （2）可满足0.05度曲轴角的熄火检测要求。 （3）输出为矩形波，幅度与车辆转速无关。在电子控制单元中作进一步的传感器信号调整时，会降低成本。 用齿轮传感器，除可检测转速外，还可测出角度、角速度、流量、流速、旋转方向等等。 图4 霍尔速度传感器的内部结构 1. 车轮速度传感器2.压力调节器3.电子控制器 2. 图4 ABS气制动系统的工作原理示意图 3 旋转传感器 按图5所示的各种方法设置磁体，将它们和霍尔开关电路组合起来可以构成各种旋转传感器。霍尔电路通电后，磁体每经过霍尔电路一次，便输出一个电压脉冲。 (a)径向磁极(b)轴向磁极(c)遮断式 图5 旋转传感器磁体设置 由此，可对转动物体实施转数、转速、角度、角速度等物理量的检测。在转轴上固定一个叶轮和磁体，用流体（气体、液体）去推动叶轮转动，便可构成流速、流量传感器。在车轮转轴上装上磁体，在靠近磁体的位置上装上霍尔开关电路，可制成车速表，里程表等等，这些应用的实例如图25所示。 图6的壳体内装有一个带磁体的叶轮，磁体旁装有霍尔开关电路，被测流体从管道一端通入，推动叶轮带动与之相连的磁体转动，经过霍尔器件时，电路输出脉冲电压，由脉冲的数目，可以得到流体的流速。若知管道的内径，可由流速和管径求得流量。霍尔电路由电缆35来供电和输出。 图6 霍尔流量计 由图7可见，经过简单的信号转换，便可得到数字显示的车速。 利用锁定型霍尔电路，不仅可检测转速，还可辨别旋转方向，如图27所示。 曲线1对应结构图（a）,曲线2对应结构图(b)，曲线3对应结构图(c)。 图7 霍尔车速表的框图 图8 利用霍尔开关锁定器进行方向和转速测定 4 在大电流检测中的应用 在冶金、化工、超导体的应用以及高能物理（例如可控核聚变）试验装置中都有许多超大型电流用电设备。用多霍尔探头制成的电流传感器来进行大电流的测量和控制，既可满足测量准确的要求，又不引入插入损耗，还免除了像使用罗果勘斯基线圈法中需用的昂贵的测试装置。图9示出一种用于DⅢ－D托卡马克中的霍尔电流传感器装置。采用这种霍尔电流传感器，可检测高达到300kA的电流。 图9（a）为G－10安装结构，中心为电流汇流排，(b)为电缆型多霍尔探头，(c)为霍尔电压放大电路。 (a)G�10安装结构(b)电缆型多霍尔探头(c)霍尔电压放大电路 图9 多霍尔探头大电流传感器 图10霍尔钳形数字电流表线路示意图 图11霍尔功率计原理图 (a)霍尔控制电路 (b)霍尔磁场电路 图12霍尔三相功率变送器中的霍尔乘法器 图13霍尔电度表功能框图 图14霍尔隔离放大器的功能框图 5 霍尔位移传感器 若令霍尔元件的工作电流保持不变，而使其在一个均匀梯度磁场中移动，它输出的霍尔电压VH值只由它在该磁场中的位移量Z来决定。图15示出3种产生梯度磁场的磁系统及其与霍尔器件组成的位移传感器的输出特性曲线，将它们固定在被测系统上，可构成霍尔微位移传感器。从曲线可见，结构（b）在Z<2mm时，VH与Z有良好的线性关系，且分辨力可达1μm，结构（C）的灵敏度高，但工作距离较小。 图15 几种产生梯度磁场的磁系统和几种霍尔位移传感器的静态特性 用霍尔元件测量位移的优点很多：惯性小、频响快、工作可靠、寿命长。 以微位移检测为基础，可以构成压力、应力、应变、机械振动、加速度、重量、称重等霍尔传感器。 6 霍尔压力传感器 霍尔压力传感器由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组成，如图16所示。在图16中，（a）的弹性元件为膜盒，(b)为弹簧片，(c)为波纹管。磁系统最好用能构成均匀梯度磁场的复合系统，如图29中的(a)、(b)，也可采用单一磁体，如（c）。加上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移，改变作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压VH。由事先校准的p～f(VH)曲线即可得到被测压力p的值。 图16 几种霍尔压力传感器的构成原理 7 霍尔加速度传感器 图17示出霍尔加速度传感器的结构原理和静态特性曲线。在盒体的O点上固定均质弹簧片S,片S的中部U处装一惯性块M，片S的末端b处固定测量位移的霍尔元件H，H的上下方装上一对永磁体，它们同极性相对安装。盒体固定在被测对象上，当它们与被测对象一起作垂直向上的加速运动时，惯性块在惯性力的作用下使霍尔元件H产生一个相对盒体的位移，产生霍尔电压VH的变化。可从VH与加速度的关系曲线上求得加速度。 图17 霍尔加速度传感器的结构及其静态特性 三 小结 目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。
浅谈重金属检测传感器技术的应用论文
摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。
关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;
重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。
1 离子选择性电极传感器技术。
离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。
1.1 基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。
目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。
1.2 基于流系玻璃膜的离子选择性电极。
基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。
2 光纤化学传感器技术。
对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。
3 生物传感器技术。
第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。
3.1 蛋白质为基础的生物传感器。
生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。
3.2 整个细胞为基础的重金属传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。
4 结语。
综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。
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三维人体姿态重建通常是指利用外部设备对人体进行三维姿态还原。相比于稠密的人体几何形状，人体骨架是表示人体姿势的一种紧凑型表达方式。本次主要介绍基于人体骨架的姿态重建。 目前工业界已有相对成熟的三维姿态重建解决方案，即接触式的动作捕捉系统，例如著名的光学动作捕捉系统Vicon（图1）。首先将特制的光学标记点（Marker）贴附在人体的关键部位（如人体的关节处），多个特殊的动作捕捉相机可以从不同角度实时检测Marker点。随后根据三角测量原理精确计算Marker点的空间坐标，再利用反向动力学（Inverse kinematics，IK）算法解算人体骨骼的关节角。由于场景与设备的限制，高昂的价格，接触式运动捕捉难以被普通消费者所使用。因此研究者继而将目光投向了低成本、非接触式的无标记动作重建技术。本次主要介绍近年来利用单目RGB-D相机或者单目RGB相机进行姿态重建的工作。 基于单目RGB-D相机的姿态重建 基于RGB-D的三维姿态重建方法可分为两类[1]：判别式方法与生成式方法。判别式方法通常试图从深度图像中直接推测出三维人体姿态。其中一部分工作尝试从深度图中提取与关节位置相对应的特征。 例如，Plagemann等人[47]利用测地线极值来识别人体中的显著点，然后利用局部形状描述符检测人体三维关节位置。另外一些判别方法则依赖于离线训练的分类器或者回归器。 Shotton等人[48]首先利用大量的样本训练了一个随机森林（Random forest）分类器，从深度图中分割出不同的人体部件区域，随后他们利用均值漂移（Mean shift）算法估计出关节位置。该方法的预测仅需要少量的计算量，可实时运行。该方法随后被Kinect SDK集成，用于实时重建三维姿态。 Taylor等人[49]利用随机森林方法预测属于人体关节的深度像素区域，随后将其用于姿态优化。判别式方法并不依赖于跟踪，可以减少累计误差，并且能够自然的处理快速运动。 与判别式方法不同，生成式方法通过变形参数化或非参数化模板来匹配观测数据。Ganapathi等人[50]使用动态贝叶斯网络（Dynamic Bayesian Network，DBN）来建模运动状态，并利用一个最大后验概率（Maximuma Posterior, MAP）框架推断出三维姿态。该方法需要事先知道人体的身材，并且不能有效地处理快速的人体运动。随后，Ganapathi等人[51]利用扩展的ICP测量模型和自由空间约束对方法[50]进行了改进。新方法可对人体参数化模板的大小进行动态调整，用于适配捕捉到的深度数据。 基于RGB-D的姿态重建方法由于其硬件限制，容易受到深度图噪声干扰，只能在距离较近的场景下适用。 基于单目RGB相机的姿态重建 得益于大规模带有三维人体姿态标注的视频数据集（如Human3.6M[52]，Human-Eva[53]）的出现，基于深度学习的三维姿态重建方法发展迅速。它们直接利用深度学习模型从图像或者视频中提取三维人体关节点位置[54–60]。 Li等人[54]是最早将深度学习引入到三维姿态估计，他们设计了一个包含检测与回归的多任务卷积神经网络，直接从图像中自动学习特征来回归三维关节点的位置，超过了以往通过人为设计特征的方法。 Pavlakos等人[56]提出了一种体素热图来描述人体关节点在三维体素空间不同位置上的可能性，并且使用一种从粗到细的级联策略来逐步细化体素热图的预测，取得了很好的姿态重建准确度。然而，这种体素表示往往需要面对巨大的存储和计算开销，最近[61]利用编码-解码（Encoder-Decoder）思想较好的解决了这个问题。 除了直接预测关节点三维位置，还有一些工作预测骨骼朝向[64,65]，关节角[66]，骨骼向量[67,68]等等。上述工作都采用强监督的方式进行训练，由于训练数据都是在受控环境下采集，因此训练出的模型通常都难以泛化到自然场景中。 为了提高模型的泛化能力，一些工作尝试利用弱监督的方式来监督自然场景中的图像，比如使用域判别器[69]，骨骼长度先验[70]等等。 另一类三维姿态估计方法则将二维人体姿态作为中间表示。首先在图像中利用人工标注或者自动检测[71–74]的二维人体关节，然后通过回归方法[57,62,75]或者模型拟合[76]的方式将其提升到三维空间。 Martinez等人[62]设计了一个简单但是有效的全连接网络结构，它以二维关节点位置作为输入，输出三维关节点位置，如图2。 随后，Zhao等人[75]提出利用语义图卷积层模块捕捉人体关节点之间的拓扑相关性（比如人体对称性），进一步提高了三维姿态的重建准确性。但是从二维姿态映射到三维姿态本身是一个歧义问题，原因在于多个三维姿态可以投影出同一个二维姿态[77]。最近的一些工作尝试加入更多的先验知识来减轻歧义性[78–80]。 上述工作都属于判别式模型，预测得到的三维关节点位置可能不符合人体解剖学约束（比如不满足对称性，骨骼长度比例不合理）或者运动学约束（关节角超过限制）。Mehta等人[63]将一个人体骨架模板拟合预测得到的二维关节点与三维关节点位置，并提出了第一个基于RGB相机的实时三维姿态重建系统VNect，得到了较为准确的姿态重建结果。如图3所示。 参考文献 接上篇参考文献 [47] PLAGEMANN C, GANAPATHI V, KOLLER D, etal. 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由动作捕捉摄像头捕捉演员身上反光点的运动轨迹，再把捕捉到的运动轨迹匹配到3d角色模型上，让角色的动作更细腻更逼真。动作捕捉技术，英文Motion capture，简称Mocap。是近年来非常流行的动画制作方法，主要应用于大型游戏制作、动画制作、影视制作等等。本论文主要对动作捕捉技术进行一定的总结与延伸，并发表一定的看法。总之，动作捕捉技术设计技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motion capture系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向得到三维空间爱你坐标的数据。当数据被计算机识别后，可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域的一种高端技术。典型的光学式运动捕捉系统通常使用6～8个相机环绕表演场地排列，这些相机的视野重叠区域就是表演者的动作范围。为了便于处理，通常要求表演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为"Marker"，视觉系统将识别和处理这些标志，如图4所示。系统定标后，相机连续拍摄表演者的动作，并将图像序列保存下来，然后再进行分析和处理，识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹，相机应有较高的拍摄速率，一般要达到每秒60帧以上。如果在表演者的脸部表情关键点贴上Marker，则可以实现表情捕捉。目前大部分表情捕捉都采用光学式。有些光学运动捕捉系统不依靠Marker作为识别标志，例如根据目标的侧影来提取其运动信息，或者利用有网格的背景简化处理过程等。目前研究人员正在研究不依靠Marker，而应用图像识别、分析技术，由视觉系统直接识别表演者身体关键部位并测量其运动轨迹的技术，估计将很快投入实用。光学式运动捕捉的优点是表演者活动范围大，无电缆、机械装置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采样速率较高，可以满足多数高速运动测量的需要。Marker的价格便宜，便于扩充。这种方法的缺点是系统价格昂贵，虽然它可以捕捉实时运动，但后处理（包括Marker的识别、跟踪、空间坐标的计算）的工作量较大，对于表演场地的光照、反射情况有一定的要求，装置定标也较为烦琐。特别是当运动复杂时，不同部位的Marker有可能发生混淆、遮挡，产生错误结果，这时需要人工干预后处理过程。上海天地数码uni-digital