Материал: zPUs6LtHHJ

-высокая однородность пленки;

-малый расход аналитических реагентов.

Пленки получают методом переноса мономолекулярных слоев дифильных органических молекул с поверхности жидкой субфазы на твердую подложку.

Из изложенного понятно, что ИСПТ можно считать базовым элементом в ряду датчиков химического состава жидких сред. Основная задача разработчиков в настоящее время состоит в поиске ионоселективных покрытий, отвечающих разнообразным требованиям.

«Электронный язык». Одним из новых направлений, появившихся не более 15 лет назад, стала разработка мультисенсорных систем, известных сейчас как системы «электронный язык»*). Они являются перспективной междисциплинарной областью науки.

Систему «электронный язык» определяют как аналитическое устройство, включающее в себя массив химических сенсоров с относительно невысокой селективностью и с чувствительностью к нескольким ингредиентам анализируемого раствора (с перекрестной чувствительностью). При этом используется многомерный метод обработки данных, например метод распознавания образов, или многомерной калибровки.

Один из эмпирических методов определения перекрестной чувствительности состоит из выбора таких параметров, как фактор воспроизводимости и фактор неселективности, описывающих чувствительность и воспроизводимость отклика сенсора, а также распределение его селективности по изучаемым ионам. Расчет этих параметров производится по экспериментальным данным, полученным при калибровочных измерениях.

_________________________________________________________

*) Термин «электронный язык» был введен сотрудниками Санкт – Петербургского государственного университета совместно с итальянскими коллегами из университета «Тор Вергата» (Рим).

Для того чтобы извлечь информацию по откликам сенсоров, их надо изучать совместно. Задачи обработки информации сводят к трем основным: распознавание и изучение структуры данных; классификация и идентификация; количественный анализ.

36

На первом этапе методом неуправляемого обучения (анализ по главным компонентам), оценкой воспроизводимости, детектированием выбросов показаний и визуальным изучением структуры реализуется задача распозна-

вания.

Задачи классификации и количественного анализа решаются, как пра-

вило, с помощью методов управляемого обучения.

Мультисенсорные системы позволяют снизить предел обнаружения по сравнению с единичными сенсорами и расширять круг анализируемых веществ. Они позволяют не использовать сравнительные электроды, измеряя разность потенциалов между всеми парами сенсоров в массиве. «Электронный язык» может различать жидкости неизвестного состава без предварительной информации о них, но для их классификации и идентификации требуется предварительная калибровка.

После «обучения» «электронный язык» приобретает способность «дегустировать» неизвестные продукты с выдачей информации о типе и об интенсивности вкуса.

В настоящее время выпускаются высокоинтегрированные интеллектуальные датчики ‒ «электронные языки», состоящие из массива неселективных сенсоров с перекрёстной чувствительностью, создающие химический «образ» вещества.

На рис. 29 приведена упрощенная измерительная схема типа «электронный язык».

37

Вместо потенциометрических сенсоров широко используются ИСПТ, в модификациях «электронного языка» портативного исполнения.

Искусственный язык может с успехом применяться для анализа уровня холестерина в крови, кокаина в моче, токсинов в воде.

Очевидные области применения мультисенсорных систем химического анализа жидких сред: пищевая и фармацевтическая промышленность, медицина, мониторинг окружающей среды и другие.

В технологически развитых странах национальные службы безопасности выделяют солидные суммы на разработку «электронных языков», способных одним тестом « на вкус» заменить множество трудоемких анализов.

Проблему быстрого и достаточно недорогого устройства на базе биохимических микросистем решают в фирме «Моторола», заявившей о разработке и производстве чипов для биомедицинских исследований в полевых условиях. Они включают в себя микронасосы, клапаны, дозаторы, микропроводы, реакторы и групповое размещение сенсоров (более 1000 шт).

Список рекомендуемой литературы

1.Ваганов Л. Д. Полупроводниковые датчики давления. М.: Наука,

1985.

2.Власов Ю. Г., Легин А. В., Рудницкая А.М. Электронный язык – системы химических сенсоров для анализа водных сред//Рос. хим. журн. 2008. Т. LII, № 2. С. 101.

3.Гуменюк С. В., Подлепецкий Б. И. Интегральные полупроводниковые датчики //Зарубеж. электрон. техника. 1989. № 12. С. 3‒46.

4.Датчики измерительных систем / Аш Ж. с авт. Кн. 1, 2. М.: Мир,

1992

5.Джексон Р. Г. Новейшие датчики. М.: Мир электроники. Техносфера,

2007.

6.Диффузионные тензорезисторы / ЦНИИТЭИ приборостроения. М.,

1969.

7.Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам /под ред П. П. Мальцева. М.: Мир электроники. Техносфера, 2005.

8.Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / пер. с англ.; под ред. М. К. Роко., М.: Мир, 2002.

38

9.Фрайден Дж. Современные датчики: Справочник. М.: Мир Электроники. Техносфера, 2005.

10.Штыков С. Н., Русанова Т. Ю. Наноматериалы и нанотехнологии в химических и биохимических сенсорах//Рос. хим. журн. 2008.T.LII, № 2 . с. 92.

11.Эггинс Б. Химические и биохимические сенсоры. M.: Мир электроники. Техносфера, 2005.

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Оптические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .6 Тепловые приемники излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Датчики температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Датчики давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Полупроводниковые резисторные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Технология изготовления тензорезистивного датчика . . . . . . . . . . 25 Датчики химического состава жидких сред. . . . . . . . . . . . . . . . 30 Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

39

Смирнов Александр Дмитриевич

МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Учебное пособие

Редактор И. Б. Синишева

_________________________________________________________________

Подписано в печать 00.00.16. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Печ. л. 2,5. Тираж 45 экз. Заказ 243.

__________________________________________________________________

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

40