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专利号: 2021109560992
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种仿生贴片传感器,其特征在于,包括敏感仿生表皮(1)、压变光纤布拉格光栅(2)、光纤(3)和光电转换半导体(4);

所述敏感仿生表皮(1)的表面制备AG‑AN膜;所述压变光纤布拉格光栅(2)通过光纤(3)和光电转换半导体(4)的输入端连接,光电转换半导体(4)的输出端与终端设备连接;所述敏感仿生表皮(1)用于与待测样品的表面接触,使光谱信息产生变化,压变光纤布拉格光栅(2)用于采集透过敏感仿生表皮(1)的波长域光信号,并通过光纤(3)传递给光电转换半导体(4),光电转换半导体(4)用于将波长域光信号转换成电流信号,并传递给终端设备。

2.根据权利要求1所述的仿生贴片传感器,其特征在于,所述敏感仿生表皮(1)用于与待测样品的表面接触,待测样品的表面具有可挥发的TVB‑N气体,TVB‑N气体引起敏感仿生表皮(1)的AG‑AN膜表面pH的变化,使得AG‑AN膜上由红到黄的颜色变化,导致AG‑AN膜吸光度比值随之变化。

3.根据权利要求2所述的仿生贴片传感器,其特征在于,所述压变光纤布拉格光栅(2)包括光纤布拉格光栅(6)和环状微型压电单元(8);所述环状微型压电单元(8)同轴套在光纤布拉格光栅(6)外。

4.根据权利要求3所述的仿生贴片传感器,其特征在于,所述光电转换半导体(4)包括透镜耦合装置(9)、光电二极管阵列(10)和制冷模块;

所述压变光纤布拉格光栅(2)采集到的波长域光信号通过透镜耦合装置(9)进入光电二极管模块阵列(10),光电二极管阵列(10)与制冷模块经热耦合后连接,光电二极管阵列(10)将处理后的波长域信号输出到终端设备。

5.根据权利要求4所述的仿生贴片传感器,其特征在于,所述制冷模块包括制冷器(11)、热敏电阻(12)、温度补偿网络(13)、第一大功率运算放大器(14)和第二大功率运算放大器(15);

所述热敏电阻(12)经温度补偿网络(13)、第一大功率运算放大器(14)和第二大功率运算放大器(15)与制冷器(11)相连,在光电二极管阵列(10)工作时,热敏电阻(12)用于制热,经温度补偿网络(13)调节温度后,再经第一大功率运算放大器(14)和第二大功率运算放大器(15)放大,传输到制冷器(11),用于调节光电二极管阵列(10)的工作温度。

6.根据权利要求5所述的仿生贴片传感器,其特征在于,所述光电二极管阵列(10)包括恒流二极管(19)、差分场效应管(18)、第一源极电阻(16)和第二源极电阻(17)、差分光电流信号放大器(20)和信号输出端口(21);所述第一源极电阻(16)和第二源极电阻(17) 与正电源相连,恒流二极管(19)与负电源相连,并与差分场效应管(18)连接构成闭合电路;经光电二极管阵列(10)输出的电流信号经过差分场效应管(18)完成电流初级放大,再经差分光电流信号放大器(20)完成次级放大,放大后信号由输出端口(21)输出。

7.一种根据权利要求6所述仿生贴片传感器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:

所述敏感仿生表皮(1)的制备:以聚己内酯作为聚合物载体,N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂,混合搅拌后得到聚己内酯纺丝溶液,通过静电纺丝技术制得薄膜作为敏感仿生表皮(1),配置AG‑AN溶液,在敏感仿生表皮(1)表面制备AG‑AN膜;

所述压变光纤布拉格光栅(2)的制作:通过干涉法制备光纤布拉格光栅(6),通过磁控溅射在光纤布拉格光栅(6)外表面沉积金层,在压电陶瓷片(7)上下表面通过磁控溅射生成金层后切割,所得圆形薄片经激光加工中心孔后形成环状微型压电单元(8),将环状微型压电单元(8)和光纤布拉格光栅(6)同轴封装;

所述光电转换半导体(4)的制作:所述压变光纤布拉格光栅(2)采集到的波长域光信号通过透镜耦合装置(9)进入光电二极管模块阵列(10),光电二极管阵列(10)与制冷模块经热耦合后连接,光电二极管阵列(10)将处理后的波长域信号输出到终端设备;通过光电二极管模块阵列(10)作为探测器,光电二极管模块阵列(10)中各光电二极管模块工作于不同频段,获取目标波长域,通过制冷器(11)降低热噪声,使用差分场效应管(18)完成光电流初级放大,使用差分光电流信号放大器(20)完成次级放大,放大后信号由信号输出端口(21)输出,并传递给终端设备。

8.根据权利要求7所述的仿生贴片传感器的制作方法,其特征在于,所述静电纺丝过程中,纺丝速度设为1.5mL/h,电压设置为10‑30kV,接收距离设置为10‑20cm;

所述AG‑AN溶液的制备过程中,AG溶液浓度为15‑25g/L,AG‑AN溶液中AN含量为75‑

85mg/L。

9.一种利用权利要求3、4、5或6所述仿生贴片传感器的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:

建立光电流的T/V周期曲线:建立光电流的T/V周期曲线,得到不同时间下环状微型压电单元(8)对光纤布拉格光栅(6)施加的电压,对应于不同波长域的光谱信息;

建立吸光度‑电流比值/TVB‑N浓度的标准曲线:所述敏感仿生表皮(1)的AG‑AN膜与待测样品直接接触,待测样品可挥发的TVB‑N气体引起AG‑AN膜表面pH的变化,AG‑AN膜上由红到黄的颜色变化,导致膜吸光度比值随之变化,使光电转换半导体(4)输出的电流曲线等值变化,由此建立吸光度‑电流比值/TVB‑N浓度的标准曲线,用于检测待测样品的新鲜度;

根据建立吸光度‑电流比值/TVB‑N浓度的标准曲线测出待测样品新鲜度:待测样品新鲜程度越差,表面含有的可挥发性气体TVB‑N浓度越大,TVB‑N与所述敏感仿生表皮(1)的AG‑AN膜中的水分结合,导致AG‑AN膜的pH改变,引起AG‑AN膜上由红到黄的颜色变化,引起膜吸光度比值增大,450‑800nm的光谱信息经压变光纤布拉格光栅(2)和光电转换半导体(4)采集并输出,最终得到的电流比值等值变化,由于得到了建立在吸光度‑电流比值/TVB‑N浓度的标准曲线,通过测得的吸光度比值,就可测出TVB‑N浓度。

10.根据权利要求9所述的仿生贴片传感器的检测方法,其特征在于,所述吸光度‑电流

2

比值/TVB‑N浓度的标准曲线为:Y=0.007x+0.825,R =0.99,检测范围为0.03‑16.2mg/

100g。