磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)理論和技術(shù)
定 價:59 元
叢書名:智能傳感技術(shù)叢書
- 作者:張克維
- 出版時間:2019/6/1
- ISBN:9787111625025
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP212.3
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
《磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)理論和技術(shù)》共5章,第1章為緒論,主要介紹了研究背景、常規(guī)檢測技術(shù)及生物傳感技術(shù)原理和優(yōu)缺點;第2章為磁致伸縮生物傳感器換能材料磁性物理基礎(chǔ),介紹了與磁致伸縮生物傳感器換能材料相關(guān)的磁學(xué)基礎(chǔ)理論,包括磁學(xué)物理量、物質(zhì)的磁性、磁疇結(jié)構(gòu)、磁化及磁性能等;第3章為磁介質(zhì)中的電磁場,介紹了與磁致伸縮生物傳感器驅(qū)動力相關(guān)的電磁場基礎(chǔ)理論,包括麥克斯韋方程、時諧電磁場在空間的傳播、平面波在介質(zhì)中的傳播、波動方程、渦流損耗等;第4章為磁致伸縮彈性體振動,介紹了與磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)緊密相關(guān)的振動基礎(chǔ)理論,包括單自由度振動、多自由度振動、連續(xù)彈性體無阻尼受迫振動、阻尼受迫振動、模態(tài)分析等;第5章為磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)設(shè)計和檢測技術(shù),介紹了磁致伸縮生物傳感器的制備與檢測技術(shù)、靈敏度影響因素、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計理論、當(dāng)前的不足及未來的發(fā)展趨勢。
人工智能時代的到來,激發(fā)了傳感器更為廣泛的應(yīng)用,本書以實用的角度對磁致伸縮傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)且全面的介紹,可幫助讀者迅速了解磁致伸縮傳感器技術(shù)內(nèi)涵、基本原理,并給出了其設(shè)計實踐,為相關(guān)研究人員提供了十分有益的參考!
前言
磁致伸縮生物傳感技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的新興傳感技術(shù),由于其具有低成本、快速、無線無源、原位檢測、無線互聯(lián)網(wǎng)連接便利的特色和優(yōu)勢,使其在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本書詳細(xì)介紹了磁致伸縮生物傳感器工作原理、系統(tǒng)理論和應(yīng)用進(jìn)展。由于磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用系多學(xué)科融合技術(shù),涉及的學(xué)科領(lǐng)域比較廣泛,包括材料科學(xué)、機(jī)械振動、電磁場理論、生物學(xué)、電子工程等方面的知識,為了讓讀者能夠深入系統(tǒng)地掌握磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化技術(shù),本書將詳細(xì)介紹相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論,以及在磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化中的應(yīng)用。
《磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)理論和技術(shù)》共5章,第1章為緒論,主要介紹了研究背景、常規(guī)檢測技術(shù)及生物傳感技術(shù)原理和優(yōu)缺點;第2章為磁致伸縮生物傳感器換能材料磁性物理基礎(chǔ),介紹了磁致伸縮生物傳感器換能材料相關(guān)的磁學(xué)基礎(chǔ)理論,包括磁學(xué)物理量、物質(zhì)的磁性、磁疇結(jié)構(gòu)、磁化及磁性能等;第3章為磁介質(zhì)中的電磁場,介紹了與磁致伸縮生物傳感器驅(qū)動力相關(guān)的電磁場基礎(chǔ)理論,包括麥克斯韋方程、時諧電磁場在空間的傳播、平面波在介質(zhì)中的傳播、波動方程、渦流損耗等;第4章為磁致伸縮彈性體振動,介紹了與磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)緊密相關(guān)的振動基礎(chǔ)理論,包括單自由度振動、多自由度振動、連續(xù)彈性體無阻尼受迫振動、阻尼受迫振動、模態(tài)分析等;第5章為磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)設(shè)計和檢測技術(shù),介紹了磁致伸縮生物傳感器的制備與檢測技術(shù)、靈敏度影響因素、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計理論、當(dāng)前的不足及未來的發(fā)展趨勢。
《磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)理論和技術(shù)》可供高等院校傳感器技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生、教師,以及食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生、藥檢質(zhì)檢、環(huán)境監(jiān)測等部門的工程師、科研人員和分析檢驗人員學(xué)習(xí)參考。
《磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)理論和技術(shù)》的出版得到了國家自然科學(xué)基金項目(No.51305290)、山西省重點研發(fā)計劃(國際科技合作)(No.201803D421046)、山西省研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地人才培養(yǎng)項目(No.2018JD35)、山西省高校131領(lǐng)軍人才工程支持計劃項目、人力資源和社會保障部2016年度留學(xué)回國人員科技活動擇優(yōu)資助項目、磁電功能材料及應(yīng)用山西省重點實驗室、磁電子材料與器件山西省1331工程重點創(chuàng)新團(tuán)隊、清潔能源與現(xiàn)代交通裝備關(guān)鍵材料及基礎(chǔ)件山西省服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新學(xué)科群、山西省關(guān)鍵基礎(chǔ)材料協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)計劃的支持。
由于作者水平有限,書中難免存在不足和疏漏之處,懇請讀者批評指正。
張克維
張克維, 2010年12月獲美國奧本大學(xué)材料科學(xué)系博士學(xué)位, 2011年1月至2012年1月任美國橡樹嶺國家實驗室博士后,F(xiàn)任太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長,副教授,碩士生導(dǎo)師,2015年度山西省高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)帶頭人,2016年度山西省高等學(xué)校131領(lǐng)軍人才,2018年度山西省三晉英才支持計劃青年人才,主要從事納米材料、磁功能材料制備、表征及其在生物傳感器和驅(qū)動器應(yīng)用領(lǐng)域的研究。
2014年至2016年成功主持國家青年科學(xué)基金項目《無線無源微型生物導(dǎo)彈技術(shù)研究》,揭示了磁致伸縮彈性體在交變磁場中發(fā)生蛇移現(xiàn)象的物理原因和動力學(xué)本質(zhì),為高頻電磁場控制微型生物導(dǎo)彈運(yùn)動創(chuàng)建了新技術(shù)、填補(bǔ)新理論。
近年來,主持1項國家自然科學(xué)基金項目,6項省部級科研項目及2項山西省人才支持計劃項目。發(fā)表學(xué)術(shù)論文35篇,其中以首作者/通訊作者發(fā)表SCI論文16篇, 出版英文專著1部,授權(quán)發(fā)明專利11件,擔(dān)任《Journal of Sensors》的客座編輯及《Sensors and Actuators A: Physical》、《Smart Materials and Structures》等多個SCI源期刊特邀審稿人。
目 錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 常見食源性病菌 1
1.2 常規(guī)檢測技術(shù) 3
1.2.1 平板菌落計數(shù)法 3
1.2.2 酶聯(lián)免疫吸附測定法 5
1.2.3 聚合酶鏈反應(yīng) 7
1.2.4 熒光免疫分析法 8
1.2.5 放射免疫分析法 9
1.3 生物傳感器概述 9
1.3.1 生物傳感器系統(tǒng)的組成 9
1.3.2 生物傳感器系統(tǒng)的常見種類 11
第2章 磁致伸縮生物傳感器換能材料磁性物理基礎(chǔ) 18
2.1 原子磁矩 18
2.2 磁化及磁化強(qiáng)度 21
2.3 物質(zhì)的磁性 22
2.4 磁疇結(jié)構(gòu) 28
2.5 物質(zhì)的磁化 31
2.6 磁性物質(zhì)的基本現(xiàn)象 36
第3章 磁致伸縮生物傳感器換能材料中的電磁場 40
3.1 麥克斯韋方程 40
3.1.1 全電流定律 41
3.1.2 復(fù)矢量形式的麥克斯韋方程 42
3.1.3 限定形式的麥克斯韋方程 43
3.2 電磁波的波動方程 44
3.2.1 無源區(qū)電磁波的波動方程 44
3.2.2 有源區(qū)電磁波的波動方程 45
3.3 電磁場的達(dá)朗貝爾方程 45
3.4 電磁場的邊界條件 46
3.5 坡印廷定理和坡印廷矢量 53
3.5.1 坡印廷定理 53
3.5.2 等效復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率 55
3.5.3 平均坡印廷矢量和復(fù)數(shù)形式的坡印廷定理 57
3.6 理想介質(zhì)中的均勻平面波 60
3.6.1 理想介質(zhì)中的均勻平面波函數(shù) 61
3.6.2 理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特點 62
3.7 導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波 66
3.7.1 導(dǎo)電媒介中的均勻平面波函數(shù) 66
3.7.2 弱導(dǎo)電媒介中的均勻平面波函數(shù) 69
3.7.3 良導(dǎo)體中的均勻平面波函數(shù) 70
3.7.4 色散媒質(zhì)中電磁波的群速 73
3.8 磁化鐵氧體中的均勻平面波 74
3.8.1 磁化鐵氧體中的張量磁導(dǎo)率 75
3.8.2 磁化鐵氧體中的均勻平面波 78
3.9 平面波的極化特性 79
3.10 均勻平面電磁波在邊界上的反射及透射 82
3.10.1 均勻平面電磁波向平面分界面的垂直入射 82
3.10.2 均勻平面電磁波向多層邊界面的垂直入射 87
3.11 雙材料磁致伸縮換能器的渦流計算 89
3.11.1 雙材料內(nèi)部磁場強(qiáng)度分布 90
3.11.2 換能器復(fù)合材料內(nèi)部磁場強(qiáng)度和渦流分布 94
3.12 常見電磁場傳播方程的求解 100
3.12.1 直角坐標(biāo)系的分離變量法 100
3.12.2 極坐標(biāo)系下的分離變量法 103
3.12.3 球坐標(biāo)系下的分離變量法 106
第4章 磁致伸縮彈性體振動 112
4.1 有阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動 112
4.1.1 過阻尼狀態(tài)( >1) 113
4.1.2 欠阻尼狀態(tài)( <1) 114
4.1.3 臨界阻尼狀態(tài)( =1) 116
4.2 簡諧激勵下有阻尼單自由度系統(tǒng)的受迫振動 116
4.2.1 簡諧激勵下受迫振動的解 116
4.2.2 簡諧激勵下穩(wěn)態(tài)振動響應(yīng)的特點 119
4.3 任意周期激勵下有阻尼單自由度系統(tǒng)的受迫振動 126
4.3.1 周期激勵下的受迫振動 126
4.3.2 非周期激勵下的受迫振動 127
4.3.3 積分變換法求解非周期激勵下的受迫振動 131
4.4 簡諧激勵下有阻尼多自由度系統(tǒng)的受迫振動 135
4.4.1 二自由度系統(tǒng)的受迫振動 136
4.4.2 三自由度系統(tǒng)的受迫振動 137
4.5 拉格朗日方程 139
4.6 模態(tài)疊加法對運(yùn)動解耦 143
4.7 簡諧激勵下連續(xù)系統(tǒng)的受迫振動 148
4.7.1 磁致伸縮彈性桿的縱向自由振動 148
4.7.2 磁致伸縮彈性桿的縱向受迫振動 154
4.7.3 磁致伸縮彈性梁的自由彎曲振動 157
4.7.4 磁致伸縮彈性梁的橫向受迫振動 161
4.7.5 懸臂梁無阻尼強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 161
4.7.6 微懸臂梁傳感器的應(yīng)用 163
第5章 磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)設(shè)計和檢測技術(shù) 164
5.1 磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)的功能模塊 164
5.1.1 磁致伸縮生物傳感器系統(tǒng)的組成 164
5.1.2 磁致伸縮生物傳感器信號激勵檢測設(shè)備及其原理 166
5.2 頻域技術(shù)檢測 167
5.3 時域技術(shù)檢測 172
5.4 磁致伸縮生物傳感器的制備 175
5.4.1 磁致伸縮換能器的制備 175
5.4.2 生物探針的固定 176
5.4.3 病菌檢測實驗裝置 177
5.5 MSP生物傳感器對病菌的檢測 178
5.5.1 沙門氏菌的檢測 178
5.5.2 大腸桿菌的檢測 181
5.5.3 金黃色葡萄球菌的檢測 181
5.5.4 阻斷劑對磁致伸縮生物傳感器性能的影響 182
5.6 MSMC生物傳感器對病菌的檢測 184
5.7 MSP生物傳感器對食