Nano-sensors, as an application of nanotechnology, are extremely important for environmental, medical and security applications. Terahertz science is an exciting new field that is set to impact the field of sensing to a large extent. I proposed to combine the fields of nanotechnology and terahertz science and develop a molecular nano-sensor that operates at terahertz frequencies. I focused our sensing on energetic materials, particularly nitromethane, and conducted an extensive analysis on its frequency spectrum. The study also focused on designing the nano-sensor and determining its terahertz operation characteristics. I subjected it to various conditions through the use of molecular dynamics simulations. Finally we analyzed the simulation results and provided a proof of the concept that we had a working molecular nano-sensor that operates at terahertz frequencies and senses energetic materials. The results from the frequency analysis of nitromethane showed that the frequency characteristics determined from our simulations were in close agreement with the ones determined experimentally. In addition to this we also successfully demonstrated the use of a Lennard Jones potential to model the CN bond scission of nitromethane. Finally, the results from the interactions between the nano-sensor and nitromethane showed that the presence of nitromethane causes sufficient change in the terahertz frequency characteristics of the nano-sensor providing a means to detect nitromethane.

This dissertation proposes a novel packaging methodology for micro-electro-mechanical systems (MEMS) based pressure sensors by using a patterned ultra-thick (150

In wireless sensor networks (WSNs), flooding is usually adopted by broadcast services to disseminate broadcast messages. However, flooding produces an excessive number of unnecessary control packets, markedly increasing overhead. This work proposes a new gossip-based scheme, in which nodes forward broadcast messages with dynamic probability to decrease the number of redundant messages and thereby improve energy efficiency. By using the novel probability table and adjustment mechanism based on neighbor conditions, nodes can obtain a suitable gossip probability. Furthermore, this work considers some special cases of uneven sensor deployment such as that contains nodes with a low degree. An efficient algorithm was also developed to maintain the stability of the proposed protocol. Hence, the proposed approach can deal with various topologies and node failure. Simulations demonstrate that applying the proposed scheme to control messages forwarding improves performance compared with that of existing gossip-based broadcasting schemes.

This work is a contribution to sensor science and engineering. A mathematical method is introduced to examine sensor structures and examples of application of this method are given. One of them is the analysis of the retinal receptive field structure. The main focus is chapter 4 that presents 4 novel or significantly improved sensor principles, which are based on improved structures. They are - Gas sensors based on the electric field induced migration of chemisorbed gas ions on a sensitive thin film (patent DE 10041263). - Gas sensors based on the effect that the Seebeck voltage between thermocouples with at least one chemical sensitive material depends on the gas environment of that material. - Gas detectors based on photo induced ionisation (PID) where the motion of space charges is controlled by an electric field (patent DE18928903, DE 19838759). - Multidimensional motion sensors that are based on self-mixing of scattered Laser light with the light wave in the cavity of the generating laser diode (patents WO0237124, EP1261877, CN1408064T, US2003016365, EP1261877, WO0237410, US2003160155, WO03032138, WO0237411A1, CN1416554T, EP1334464, US2003006367, WO03102717, US6707027, US2002104957, WO2004021158) In chapter 5 a categorization scheme for sensor structures is presented. The scheme is used to discuss different structural improvements of sensors, in particular those presented in chapter 4. / Vorwort und Zusammenfassung Im Hauptteil der vorliegenden Arbeit (Kapitel 4) werden vier verschiedene neu entwickelte oder wesentlich verbesserte Sensorprinzipien vorgestellt. Die Stärke dieser Sensorprinzipien ist deren Struktur, die zu einer verbesserten Nachweisgrenze oder Stabilität führt. Die Struktur eines Sensors (Kapitel 2) Um die Wirkung der Sensorstruktur algemeingültig zu diskutieren wird im zweiten Kapitel ein Modell entwickelt, das Eigenschaften von Sensoren auf deren Struktur zurückführt. Dabei werden alle Sensoreigenschaften allgemein von einer einfachen Gleichung generiert und daraus Schlussfolgerungen für die Eigenschaften der Sensorstruktur gezogen. Es zeigt sich, wie sich der Effekt struktureller Maßnahmen in der Nachweisgrenze niederschlägt, und sich mit der verbesserten Nachweisgrenze die Messunsicherheit (als Funktion aller Eingangsgrößen) parallel verschiebt. Strukturanalyse eines Sensors am Beispiel der Retina (Kapitel 3) Im dritten Kapitel wird das Modell beispielhaft auf das Auge höherer Säugetiere angewandt. In der Einleitung werden die bekannten biologischen Fakten für Ingenieure und Physiker verständlich eingeführt. Darauf folgt eine mathematischen Strukturanalyse der Retina (und Leiterstrukturen allgemein), die als Sensorsystem betrachtet wird. Es zeigt sich, wie die Schwächen der Komponenten (Nervenzellen) der Retina durch deren Struktur kompensiert werden. Sensoren mit verbesserter Struktur (Kapitel 4) 1. Gasmessung mit Hilfe gasempfindlicher Thermopaare Bekannt ist der Gebrauch von Thermopaaren zur Messung von Temperaturunterschieden. In dieser Arbeit wird eine bisher unbekannt gewesene Methode vorgestellt, mit der bei einem konstanten Temperaturunterschied eine Gaskonzentration gemessen wird. Dabei spielt die Abhängigkeit der differentiellen Thermospannung von der Ladungsträgerdichte in sensitiven Materialien eine Rolle. 2. Elektromigration von chemisorbierten Ionen auf einem halbleitenden Film Sensoren basierend auf Widerstandsänderungen von gasempfindlichen Filmen sind seit längerem im Gebrauch. Neu ist, deren aufgrund von Migration veränderliches Widerstandsprofil in Ort und Zeit zu messen und damit Sensoren zu bauen, die unempfindlicher gegen Alterung sind. 3. Modulation von Ionenbewegungen mit Hilfe eines zusätzlichen Gitters im Photoionisationdetektor Zwar sind sowohl Photoionisationsdetektoren (PID's) als auch das Modulationsprinzip an sich bekannt, jedoch ist bis dahin noch kein modulierter PID vorgestellt worden. Entscheidend an der hier eingeführten Innovation ist die Methode, den Photoionisationsstrom zu modulieren, jedoch dem Leckstrom und den äußeren Photostrom an der Kathode unmoduliert zu lassen. Das führt zu einer 20-fachen Verbesserung der Nachweisgrenze. 4. Laserdiodeneigenmischung zur mehrdimensionalen Bewegungsmessung Die Rückwirkung von in die Quelle zurückgestreutem Laserlicht war bisher als Störeffekt bekannt. Um diesen Effekt in einem Bewegungssensor nutzen zu können, mussten Probleme wie Richtungserkennung und Miniaturisierung gelöst werden. Kapitel 5 befasst sich mit Strukturverbesserungen der im vorherigen Kapitel genannten und weiteren Sensoren. Dazu wird eine Strukturschreibweise vorgestellt. Kapitel 6 enthält eine Zusammenfassung und einen Ausblick.

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2009. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains ix, 116 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 94-96).

Zugl.: Siegen, Univ., Diss., 2007

Thesis (M.S.)--Ohio State University, 2002. / Includes bibliographical references (leaves 60-62).

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 159-167). Also available in print.

Thesis (Ph.D.)--University of Nebraska-Lincoln, 2009. / Title from title screen (site viewed March 2, 2010). PDF text: ix, 110 p. : ill. (chiefly col.) ; 3 Mb. UMI publication number: AAT 3386564. Includes bibliographical references. Also available in microfilm and microfiche formats.

This project shows a design for a low power and low noise analog front end for a heart variability sensor. Chopper Stabilization is a well known technique for reducing noise of an amplifier and is used to reduce the noise in the Instrumentation Amplifier in this project. A d/dt peak detector is used to find the peaks of the heart beats. Low power, low noise heart variability sensors can look for patterns in a patient’s heart beat which can be correlated to known patterns for certain diseases. This can help doctors determine a patient’s susceptibility to these disease and prescribe preventitive treatment in advance / text