模拟量传感器

天眼查显示，上海华虹宏力半导体制造有限公司近日取得一项名为“用于晶圆芯片并行测试的模拟量测试焊盘排布结构”的专利，授权公告号为CN112147487B，授权公告日为2024年7月23日，申请日为2020年9月25日。背景技术在晶圆出厂前，需要对晶圆上的芯片进行测试，以判断芯片性能的好坏。在晶圆芯片测试中，目标晶圆被安装在测试机台上，其上目标芯片的测试焊盘(pad)通过探针卡与测试机台电性耦合，由测试机台通过执行测试指令，以完成对目标芯片的测试过程。测试完一个芯片，探针卡与下一目标芯片的测试焊盘电性耦合，以继续进行测试。为了提高测试效率，降低测试成本，在进行晶圆芯片测试时，通常需要对晶圆上的芯片进行并行测试，即同一时间内对目标晶圆的多个目标芯片进行测试，或，在单个目标芯片上同步或异步运行多个测试任务，以同时完成对目标芯片多项参数的测试。在进行晶圆芯片并行测试时，通常还需通过测量特定测试焊盘，以获取目标芯片的模拟电参数值，并对该目标芯片的模拟电参数进行调整。随着晶圆上芯片集成度的不断提高，目标芯片中需要调整的电参数的种类不断增多，因此所需的特定测试焊盘的数量也不断增加。然而，相关技术中用于获取目标芯片模拟电参数值的测试焊盘，与目标芯片上的功能焊盘无法复用，需要单独制作，因此过多的测试焊盘会占用芯片的较大面积，对芯片的性能产生不利影响。发明内容本申请涉及晶圆测试领域，具体涉及一种用于晶圆芯片并行测试的模拟量测试焊盘排布结构。所述晶圆包括若干个呈阵列式分布芯片，相邻芯片之间形成划片槽；相邻两列芯片之间形成纵向划片槽，相邻两排芯片之间形成横向划片槽；位于各个所述芯片周围的划片槽中，设有模拟量测试焊盘，所述模拟量测试焊盘与对应芯片电性耦合。本申请通过将模拟量测试焊盘设于对应芯片周围的划片槽中，在节省焊盘占用芯片面积的同时，通过保证在进行晶圆测试时所述模拟量测试焊盘与对应芯片电性耦合，即能够保证在晶圆芯片模拟参数并行测试的过程正常进行。

便携式明渠流量计比对装置采用磁致伸缩传感器的好处在哪里？HJ355-2019水污染源在线监测系统中明确指出。每季度至少使用便携式明渠流量计比对装置对现场安装的超声波明渠流量计进行至少1次的比对测试，比对结果不符合要求的，按要求多现场的超声波明渠流量计进行校准，校准完成后再进行比对。同时要求便携式明渠流量计采用磁致伸缩传感器加标注流量计算公式的方法进行比对。、其中液位比对中要求，比对装置的液位精度≤1mm，每2min读取一次数据，连续读取6次，安装公式完成比对误差计算。液位比对误差=|第n次明渠流量比对装置测试液位值-第n次超声波明渠流量计测量液位值|其次流量比对要求明渠流量比对装置与现场流量计测量统一水位观测断面处的瞬间流量，进行比对。且在数值稳定后，10min内读取该时间段的累计流量，按公式计算误差.流量比对误差=（明渠流量比对装置累积流量-超声波明渠流量计累积流量）/明渠流量比对装置累积流量一般以月为段位，明渠流量比对装置对某一时间点进行流量测试，明渠超声波流量计的比对。如何快速准确地对明渠污水流量计进行验收？这是现今遇到的一大难题。解决这个难题就需要考虑以下几方面：1.比对时间，比对工具与现场的明渠流量计是否是实时比对，同一时刻，统一数据。否则不同时间节点的数据是没有对比性的。2.XY-6800R比对工具测试的数据是否准确。比对数据的数据可靠性及精度是衡量计量仪器的一个重要指标。不应该受到环境影响测量精度，如雾霾，沙城爆，强光，泡沫，结露等。常规的超声波流量计测试不能避免这些因素。目前采取磁致伸缩传感器能有效避免这些困扰。测试时，电路单元产生电流脉冲，该脉冲沿着磁致伸缩线向下传输，并产生一个环形的磁场。在探测杆外配有浮子，浮子沿探测杆随着液位的变化从上而下移动。由于浮子内装有一组永磁铁，所以浮子同时产生一个磁场。当磁场与浮子磁场相遇时，产生一个扭曲脉冲，或称“返回”脉冲，将“返回”脉冲与电流脉冲的时间转换成脉冲信号 ，从而计算出浮子的实际位置，测得液位 通过无线模块将液位传到计算机。利用内置堰槽参数计算出流量。为什么XY-6800R明渠流量比对系统要选择磁致伸缩传感器？主要原因：1.测量精度高2.抗干扰性强3.寿命长4.性能可靠5.可进行多点，多参数的液位测试，免校准，免维护。磁致伸缩液位传感器输出的液面和界面信号主要分为模拟量和串口两种形式，串口为RS485/232形式，模拟量为4～20mA电流模拟信号，对应量程为0～1m。输出的串口或者模拟信号通过屏蔽电缆传送至主板，主板通过内集成电路将接收到的串口信号或者模拟信号转换成为数字量在文本显示器上显示，由于在线监控过程中存在电机或泵等执行设备运行产生的干扰信号，且现场信号的采集点与控制柜之间存在距离问题，为减少信号在传输过程中受到干扰，故要使用优质的屏蔽电缆线。青岛新业环保科技有限公司是一家集环保科研，设计，生产，维护，销售为一体的综合性实地厂家。青岛凌恒环境科技有限公司属于江苏凌恒环境科技有限公司青岛分公司，主要业务范围：在线水质监测仪销售服务。服务承诺：客户的需求放在首位,“今天的质量、明天的市场、服务到永远”是我们新业环保公司为客户服务的准则，并将其贯穿到研发、生产、安装、销售及售后服务的各个环节中。公司郑重承诺：完善沟通协调机制：通过加强沟通交流，提高信息传递的及时性，准确性，深入市场，倾听用户心声了解客户仪器设备的需求。我公司承 诺：按质、按量、按时完成所供产品的生产任务，并及时将产品运到用户需求现场，确保正常运转。全过程监控：客户只需一个电 话，售后服务部采用一站式模式、全面负责制、全程监控实施并跟踪处理结果，确保客户满意。

前言 风电功率预测是指对未来一段时间内风电场所能输出的功率大小进行预测，以便安排调度计划。风功率预测意义重大：通过风功率预测系统的预测结果，电网调度部门可以合理安排发电计划，减少系统的旋转备用容量，提高电网运行的经济性；提前预测风功率的波动，合理安排运行方式和应对措施，提高电网的安全性和可靠性；对风电进行有效调度和科学管理，提高电网接纳风电的能力；指导风电场的计划检修，提高风电场运行的经济性。 测风塔系统测风塔系统是风功率预测重要组成部分，其包括：风塔、传感器、电源、数据处理存储装置、安全与保护装置和传输设备等。传感器分为风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器等，用来测量指定的环境参数为风功率预测提供依据。其中风速风向传感器以机械式和超声波测量为主。机械式风速风向传感器造价低，但是也存在着非常明显的缺陷：风速升高或降低时，由于惯性作用，升速或减速慢；有活动部件，极易磨损，易受沙尘等恶劣天气的损耗，易受冰冻、雨雪干扰，需定期维护； 对于阵风测量精度低；启动风速阈值高；风杯受到的风压力正比于空气密度，空气密度的变化将会影响测量精度； 风速和风向分立式，需要单独拉线，成本增加；本地采集端需要数据采集器进行模拟量到数字量的转换，成本增加而超声波风速风向仪很好地解决了以上的不足，技术成熟，安装方便，同时数字接口输出，可以节省本地数据采集器的成本。 Lufft测风塔解决方案Lufft作为全球专业的气象传感器供应商，其提供的超声波传感器WS200-UMB和气象五参数WS500-UMB很好地满足地测风塔数据的要求。WS200-UMB可以安装在30米、50米、70米和80米测量风速和风向，而WS500-UMB安装在10米高度测量风速、风向、温度、湿度和气压等参数。本文将从组成、传感器、数据采集、供电、防雷和通讯等几个方面阐述。 系统组成根据规范要求，系统配置包括：传感器（4* WS200，1*WS500）、机箱、太阳能板、电池和支架等组成。其中机箱内含有：电源模块、太阳能控制器、数据采集模块、通信模块，防雷模块、开关和接线端子等部件。 Lufft测风塔系统框图 现场安装示意图 传感器参数气象五参数WS500-UMB可以测量风速、风向、温度、湿度、露点温度、空气密度和气压，并配备电子罗盘，修正真风向。同时输出测量质量，判别测量输出数据的有效性。超声风探头配备加热功能，供电允许的情况下，有效抵制结冰积雪。 WS200-UMB WS500-UMB Lufft超声风传感器和气象五参数，性能良好，提供的数据丰富，产品特色总结如下:数字接口输出，无需外接数据采集器进行模数转换，可以直接连接数字通信模块（光端机或DTU），降低成本；除基本数据外，气象五参数还可以输出空气密度和风速风向的标准偏差数据；配备电子罗盘，现场安装施工难度大，人为调正北指向误差大，可用设备自身的修正风向；通过配置传感器参数，可以通过预留的接口连接第三方降水传感器，数字接口统一输出；探头具备加热功能，供电允许的情况下，可以有效防止结冰引起传感器的无法测量的问题，保证数据的完整性；测风质量是Lufft产品特有的技术指标，是传感器自身在测量过程中，单位时间内测量的有效次数与总次数比值的百分比；其体现了测量数据的有效性，尤其是同一地点不同设备输出数据的差别比较大的情况下，判断孰优孰劣的有力依据。 数据采集存储由于Lufft的传感器都是RS485数字接口，可以采用总线模式连接到数据采集模块或通信模块。同时，数据的采集和存储相对比较简单，不需要专门的数据采集器，可以选择带多个RS485口和以太网口的RTU模块（存储功能可以定制）。通信协议可以使用市场主流的Modbus协议。

温湿度产品在现代的应用非常广泛，机房、工业、农业、仓储等都离不开温湿度管理，特别是在实时记录温湿度变化的工作中较为广泛，温湿度传感器可以根据所记录的数据，对各个不同的领域进行科学有效的分析、管理。随着传感器技术的日渐成熟及社会的发展，信息技术、工业、农业等行业对智能化水平的需求也不断提高，为了提升这些行业使用过程中的智能化，工业级温湿度传感器也越来越被广泛用于各个行业，各行各业对于工业温湿度传感器的使用也越来越规模化。工业温湿度传感器通常使用在对温湿度有高要求的场合，这也就奠定了工业温湿度传感器使用行业的广泛性。工业级温湿度传感器到底好在哪里呢？1 、工业级温湿度传感器能够实现对温湿度更准确的测量及控制，从而起到保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全等作用。2 、工业温湿度传感器可自动报警，当被测量值超过上限报警值时温湿度监控设备会自动报警。除此之外，还可以用手机远程实时查询温湿度值，轻松实现无人值守。3、工业传感器外壳防水、防凝露性能好，能在恶劣环境中正常工作，不受影响。4 、普通温湿度计只能用于测量温湿度，而温湿度监控系统可安装多个工业温湿度传感器并可与各种环境监控系统集成，实现越限短信 /报警等远程控制功能。5 、温湿度监控系统可以实时的知道温湿度的变化，可以让管理人员采取有效的措施，来保证企业的利益。温湿度传感器，产品可广泛应用在各个环境下进行温湿度测量。为了搭配不同环境的温湿度监测，温湿度传感器在配置上提供了不同壳体、功能，让用户有更多的选择。具有长期稳定性好，低漂移性；测量准确度高，互换性强；多种探头组合，方便实用；适应领域广阔，抗腐蚀度高等特点。下面介绍几款工业温湿度传感器：RS-WS-*-2-*壁挂王字壳温湿度传感器为壁挂高防护等级外壳，防护等级 IP65，防雨雪且透气性好。电路采用美国进口工业级微处理器芯片、进口高精度温度传感器，确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。本产品采用颗粒烧结探头护套，探头与壳体直接相连外观美观大方。输出信号类型分为RS485和模拟量型，标准的 modbus 协议，支持二次开发。多种类型探头可选，安全可靠， 外观美观， 安装方便；广泛运用在农业大棚、机房仓库、工厂车间、地下管廊等等。RS-WS-N01-9TH管道式温湿度传感器专业应用于管道温湿度测量。采用专门的EMC抗干扰的器件，可经受住强电磁干扰，工业级处理芯片，使用范围宽，采用进口温湿度测量单元，漂移小、准确度高。管道式安装方式，现场安装方便，采用抗干扰电路设计；采用 RS485 信号输出，标准 ModBus-RTU 协议，通信地址、波特率可设置，通信线最长可达 2000 米；设备采用防水外壳设计，探头过滤网采用 25um 高强度不锈钢材料，既能保证气体分子进入又防止粉尘颗粒及水滴进入，可应用于潮湿、高粉尘场合，经久耐用。RS-WS-N01-6 系列温湿度变送记录仪采用大屏液晶显示，具有自动温湿度记录，温湿度上下限双控，限值自由设置，温度湿度凭密码校准，RS485 数据传输等功能。产品采用瑞士进口原装高品质温湿度测量单元，传感器具有测量精度高，抗干扰能力强等特点，保证了产品的优异测量性能。实时显示温湿度数值；监控设备内部实时记录存储，方便随时调取监控数据，也可与我司的监控平台软件进行数据同步；内部集成报警功能模块（蜂鸣器或继电器），可实现高、低温报警和高、低湿报警。广泛应用于冷链物流、食品药品、生物制品、特殊仓储、电子化工、卫生医疗系统、服务器机房和科研实验室等行业的生产车间、实验室、机房、仓库、洁净室等环境，24 小时监测温湿度的数据。如果用在室外那就要考虑设备的防水性，需要防水的话可以考虑壁挂王字壳温湿度传感器。未来的温湿度传感器市场尤其是在消费电子及物联网等领域拥有广阔前景。体积小、功耗小、成本低、集成度高的温湿度传感器的产品，会是温湿度传感器行业中一直追求的。

lufft ventus风传感器应用于海洋背景海洋浮标站是布设在海上以观测浮标为主体组成的海洋水文水质气象自动观测站，用于获取海洋气象水文观测资料的大型综合性观测设备，是探测海上灾害性天气的重要手段。它能按规定要求长期、连续地为海洋科学研究、海上石油（气）开发、港口建设和国防建设收集所需海洋水文水质气象资料，特别是能收集到调查船难以收集的恶劣天气及海况的资料。海洋浮标是一个无人的自动海洋观测站，它由被固定在指定的海域，随波起伏，如同航道两旁的航标。其集计算机、通信、能源、传感器测量、抗海洋恶劣环境、长期可靠性设计等技术于一身，科技含量较高，是沿海和海岛站等其他海洋气象监测手段无法替代的监测站。海洋环境是最为恶劣的自然腐蚀环境，海水本身是一种具有很强腐蚀性的电解质溶液。由于浮标站长期处于高盐雾腐蚀、高温、高湿的环境下，有时还会有台风造成的破坏，所以对设备的质量和稳定性要求极高。一旦设备高频率出现故障，对后期的维护将造成极大的挑战，不仅是高维护费用，更重要的是数据的缺失，将无法弥补。 海洋浮标测风解决方案 海洋浮标站测量的要素中，风是很重要的一个要素，其对于海洋风暴的预测以及研究海洋气候变化，提供数据支撑。超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，同时计算得出风向。lufft ventus-umb超声波风速风向仪汲取lufft公司多年的技术沉淀和丰富的应用儿经验设计研发的。ventus 是一款使用铝镁硅合金材料，防盐雾腐蚀设计的风速风向仪，除具备高精度的风速风向测量功能之外，还输出气压、虚拟温度（空气温度）和空气密度等参数。 lufft ventus 具备众多优异的功能：ventus 的风速测量范围最高可达90m/s（可提供第三方测试报告）.ventus 具备多种信号接口，数字rs485和模拟量接口（电流、电压、频率信号），便于集成.ventus 执行高等级的盐雾防护标准（通过cnas认证的1440小时的盐雾测试）.ip68防护等级，在接线口做好密封的情况下，有效抵抗海浪和因浮标倾斜没入水中的影响.lufft 公司在中国上海专门设立国际标准的风洞检测设施，为ventus风速风向仪提供及时的检定及技术服务.针对风速、风向参数提供cnas的检测报告； ventus技术指标风向原理超声波测量范围0 ... 359.9 °精度±2° rmse 1.0 m/s分辨率0.1 °风速原理超声波测量范围0 ... 90 m/s虚拟温度原理超声波测量范围-50 ... 70 °c精度±2.0 °c (无加热且无太阳照射或风 4 m/s的情况下)分辨率0.1 °c气压原理mems 电容测量范围300 ... 1200 hpa精度±1.5 hpa分辨率0.1 hpa

剪切应力模拟器polyshear----模拟液体涂料和油漆的剪切效应在涂装车间或喷涂线上，涂料需从不同口径、不同排布的管道、减压器和泵中输送。此过程中会产生剪切力，这些剪切力可能会导致涂料的降解，变质，粘度和色彩的改变。通过使用德国orontec公司生产的polyshear剪切应力模拟器，可以判断某种涂料原料是否会在输送管道和搅拌中产生问题，降低风险。德国orontec公司制造的polyshear剪切应力模拟器可模拟合理测试时间中的剪切应力。包括与工业环境相关联的涂料管道。剪切应力模拟器polyshear仅使用确定的剪切力元件，装置体积小巧且有优秀的重复性。剪切应力模拟器polyshear客户剪切应力模拟器polyshear广泛运用在涂料，汽车油漆，以及工业喷涂线等领域，发挥出重要的作用。部分客户如下：polyshear剪切应力模拟器工作原理---泵跟剪切应力元件是剪切应力两个重要影响因素油漆在喷漆车间的管道中循环时，会在管道内的各种元件流动，在剪切力的作用下发生粘度和颜色改变，从而造成喷涂时的质量问题。使用剪切应力模拟器，可以重现这过程，为进料检验，产品优化提供快速有效的方法。☞ 泵以活塞泵为例，如下图所示，剪切应力总是发生在重要部位上（直径最小的位置），剪切率可以达到15000 1/s。以齿轮泵为例，如下图所示，剪切应力总是发生在重要部分上（齿轮口边缘），剪切率可以达到10000 1/s。☞ 剪切应力元件德国orontec的剪切应力模拟器中有个重要的剪切应力元件，可以模拟涂料在管道中受到的压力情况，如下图左所示，关闭剪切应力元件上的膜时引起的压力变化。压力的变化会改变流速，如下图右所示，剪切应力元件上膜关闭后，流速为0.12kg/s。剪切应力元件也可以很好的模拟涂料在管道中受到的剪切率，如下图所示，剪切应力元件可以达到大于10000 1/s的剪切率。涂料的颜色受到剪切应力的影响，如下图所示，在泵的作用下，涂料颗粒大小的分布发生了变化，因此模拟涂料在管道中受到的剪切应力，可以帮助客户对进料进行检验。剪切应力模拟器polyshear的基础模块由一个小机动柜组成，只需一个6条的压力线即可运行。喷涂材料充满小罐（1l）后，在泵的作用下通过剪切应力元件流动。其循环流动次数与涂装输送管道有良好的相关性，且相关性已被研究证明。在测试过程中或在测试后，都可以检测样品的粘性和颜色(使用液体涂料色浆测色系统lcm)，由此可得出剪切应力与材料降解的相关性。与此同时，在基础模块上可额外添加额外的配件，例如有自动停功能的循环次数计数器、温度传感器。此外，还有另一型号可测试5升样品，此型号可装在手推车上并可以移到如喷涂机器人等装置上。剪切应力模拟器polyshear特点✔专为实验室研制，机动性强且占用空间小。✔涂料测试量仅为1l✔高重复性与与重现性✔与工业喷涂线有优秀的关联性(例如automotive oem paint shops)✔较短的循环周期✔模块化安装，基础模块可以通过更高级的在线测量传感器扩展✔可实现与模拟软件相结合✔可与lcm液体测色系统实现无缝联接✔德国fraunhofer ifam, bremen开发并获得专利剪切应力模拟器polyshear基础型号内部结构说明剪切应力模拟器polyshear基础型号技术参数材质不锈钢外壳和连接器用于测试观察和控制的玻璃窗尺寸长: 400 mm,宽: 660 mm,高: 640 mm重量约56kg压力锅体积约1 l最大压力输入6 bar最大材料压力21 bar泵比约3.5:1翁开尔是德国ORONTEC中国总代理，欢迎咨询剪切应力模拟器更多产品信息和技术应用

SoilScope生态水文过程观测模拟设施在红壤地区观测农作物蒸散量中的应用一、观测背景季节性干旱缺水严重制约着我国红壤区农业的可持续发展。在江西省水土保持科学研究院位于九江市德安县的生态科技园内，利用SoilScope自动称重式蒸渗仪，为红壤地区水文循环过程中的土壤下渗、地下径流和蒸散发等精确测定提供数据支持；为南方红壤蒸发和植物蒸腾研究提供试验手段；为四水(大气水、地表水、土壤水和地下水)转化、SPAC(土壤-作物-大气连续体)系统水分循环研究提供支撑。图1 SoilScope生态水文过程观测模拟设施顺利验收二、观测系统布设 SoilScope自动称重式蒸渗仪以第四纪红壤为研究对象，整套系统由罐体、称重系统、地下水连通系统、产流系统、土壤传感器、溶液取样系统和数据采集系统组成图2 SoilScope生态水文过程观测模拟设施外观 三、观测数据采集罐体高2m，面积1㎡，称重范围0-10t，称重系统精度0.1mm。数据每10min自动实时测定和采集，如下图3所示，通过称重数据的变化就可以计算出实时蒸散量图3 称重系统精度和数据实时测定展示 • 采用TDR水分传感器、水势传感器观测20cm、40cm、80cm和180cm深度土壤水分、水势、温度和电导率数据，如下图4所示，数据每60min自动实时测定和采集。图4 自动实时测定和采集不同层次的传感器数据展示• 采用澳作公司自主研发，集数据传输与远程诊断于一体的云服务中心软件Envidata，如下图5所示，独特的多参数曲线同时显示功能，能更好的展示出环境因子的相互作用和影响。图5 云服务中心软件Envidata多参数曲线同时显示功能展示四、观测数据分析以花生为例，在2019年5月8日至8月24日期间，开展了土壤蒸发和植物蒸腾的研究。试验设置2个处理，裸地对照和种植花生处理。图6 SoilScope生态水文过程观测模拟设施观测案例结果显示，降雨过后，土壤含水量增加，而降雨停止，随着时间的延长，土壤含水量逐渐减少。累计降雨量数据和累计罐体重量变化量关系发现，二者具有很好的一致性，降雨增加，累计罐体变化量随之增加。作物蒸散发根据水量平衡公式进行计算，计算方程如下： ET = I + P - R - D + ΔWET是作物蒸散发，mm； I是灌溉水量，mm；P是降雨量，mm R是地表径流量，mm；D是深层渗漏量，mm；ΔW是土壤水分变化量。图7 SoilScope生态水文过程观测模拟设施观测结果结果显示，裸地处理总蒸散量是264mm，而花生则高达392mm，结果符合物理常识。五、观测应用扩展SoilScope蒸渗仪不仅能够为研究作物生长过程进行长期有效的监测，提供完整的和精确度高的数据支撑，而且能够结合气象站、水势仪等设备进行联动试验和拓展运用。目前已经广泛运用于水势调节观测系统、水文观测系统、气象蒸散观测系统和森林生态观测系统等众多领域。图8 SoilScope蒸渗系统工程项目全国分布图更多详情请关注北京澳作生态仪器有限公司网站：www.aozuo.com.cn查询相关仪器资料。更多详细信息请联系 sales@aozuo.com.cn索要相关资料。

据美国物理学家组织网1月3日报道，由于排列在矩阵上的大像素不支持较高的读出速度，因此传统的“互补金属氧化物半导体”(CMOS)影像传感器不适合荧光灯等低光亮度应用。德国弗劳恩霍夫研究所研制出的一种新型光电组件能加速这一读出过程，催生出更佳的图像质量。目前该技术已申请了专利，有望于明年正式投入生产。 　　CMOS影像传感器早已成了数码摄影的主要解决方案。它们比现存的其他品种传感器更加经济，在能量消耗和处理方面也很出色。因此，手机和数码相机制造商几乎无一例外地将CMOS芯片应用在自家的产品之中。这不仅降低了数码产品对电池的需求，也使生产出更多越来越小的相机成为可能。 　　然而这些光学半导体芯片已经达到了自己的极限，当消费类电子产品体积越来越小时，像素的大小也随之递减至1微米左右。但特定的应用需要超过10微米的更大像素，尤其是在X射线摄影或天文学研究等光线十分有限的领域，而较大的像素可以补偿光线的缺失。针状光电二极管(PPD)可被用于将光信号转化为电脉冲，这种光电组件对于图像处理十分关键，也可以作为CMOS芯片的组成部分。“然而当像素超过一定的尺寸，PPD就会产生速度问题。低亮度的应用需要更高的图像率，但使用PPD的读出速度明显偏低。”弗劳恩霍夫研究所微电子电路和IMS系统部门的负责人维尔纳布洛克赫德解释说。 　　研究人员现在提出了有关这一问题的解决方案，他们研发出了名为“横向漂移场光电探测器”(LDPD)的新型光电组件。在这个组件中，高速移动的入射光能在读出点产生电荷载子，借助PPD则可将电子扩散至出口。这一过程相对缓慢，但它却足以满足多种应用。 　　为了生产出新的组件，研究人员基于0.35微米的标准改进了当前使用的CMOS芯片的制造过程。布洛克赫德表示，附加的LDPD组件不会损害其他组件的特性，利用模拟计算，专家会对其进行管理以满足这些需求。目前，新型高速CMOS图像传感器的原型已经成形，有望于明年得到批准开始大批生产。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 全球知名高性能试验机和传感器供应商MTS系统公司于9月25日宣布，已开发出一种独特的土壤-结构相互作用模拟器，该模拟器可在地下基础设施的保护工作中发挥重要作用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这一全新的系统将首先亮相于于英国伯明翰大学的新国家地下基础设施(NBIF)中，用以研究土壤位移和地面移动对地下设施、管道以及地下结构的影响。沉降和变形常使土壤发生位移，形成地下空洞和不稳定断裂区域，由此而产生的压力对埋在地下的管道施加了巨大的作用力，造成地下管道失效、泄漏和破裂的潜在风险，如果破裂的管道是天然气管道或石油管道，那很有可能将对人类、野生动物和财产带来极其严重的危害。运用MTS的这一新模拟系统，伯明翰大学大学将能够更好地研究复杂的土体变形过程及其对地下结构的影响。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这个巨大的模拟系统有一个5× 10米的可移动地板，可以埋在地下5米深的设计复杂的坑内。可移动地板的运动依靠50个MTS DuraGlide制动器提供动力，额外的地面制动器将可以控制土壤的运动，并在尺度模型和全尺度试验中模拟灰岩坑等地面位移。据悉，伯明翰大学计划在未来利用这一革命性的新系统来改进管道检测和评估的地球物理遥感技术。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " MTS总裁兼CEO Jeffrey Graves博士接受采访时表示：“基础设施老化是一个全球性的问题，用MTS这一新模拟系统来开发的土壤稳定解决方案将对保护看不见的地下基础设施大有裨益，让建筑物和整个人类赖以生存的环境更加安全。”他告诉记者，这一模拟系统是MTS在众多应用领域成功经验的高度结晶。融合了汽车设计和构造、地震研究、航空航天多通道控制等各个维度的先进技术手段。伯明翰大学土木工程系主任& nbsp Nigel Cassidy教授补充说:“MTS在液压试验机等领域积累了大量专业知识和经验，我们很高兴能与他们合作，共建这一创新性的新设施。” /p

美国海洋光学（www.oceanopticschina.cn）近日推出一款 RaySphere 光学测量系统，用以测量太阳光模拟器和其他辐射源的绝对辐照度。RaySphere系统可测量从紫外线到近红外光谱（380-1700nm）的不同光谱范围的绝对辐照度（mW/cm2/nm）。 下载高清晰图像:http://halmapr.com/oo/RaySphereRelease.jpg （图片说明：海洋光学 RaySphere 系统评估并判定太阳能闪光灯和太阳光模拟器的光谱分布是否合格） 作为一种用于验证已安装的太阳能闪光灯输出的工具，RaySphere 特别适用于太阳光模拟器制造商以及研发实验室。太阳光模拟器的闪光可用于目的为根据光谱反应组合细胞像素的光电制造流程、以及目的为测量最终光电效能的光电制造流程。RaySphere 的系统具有必要的精确度和分辨率，以测量和分析闪光器的性能和稳定性，并通过高级的低频抖动方式触发电子设备为闪光测量计时。RaySphere 的刻度经过公认的认证实验室的确认，以确保精确的探测，并使太阳能闪光灯和太阳光模拟器的评估和资格认证符合由 ASTM 和 IEC（IEC60904-9 2007）等标准制定机构制定的标准。 两台热电冷却探测器使太阳能闪光灯的光谱分析（380-1700nm）可复验性高且准确。第二种型号的 RayShere 含有一个冷却探测器，以测量最多 1100nm 的光谱。 该系统同时包含高级、高速的电子设备，以及直观、强大的软件界面。极少的测量次数可实现在闪光期间，甚至于闪光间隔期间的完整光谱检测。此外，测量还可以由一个快速反应的发光二极管促发。该二极管可在百万分之一秒内通过增加闪光强度而做出反应。 关于海洋光学(Ocean Optics)和豪迈(HALMA): 总部位于美国佛罗里达州达尼丁市的海洋光学(www.OceanOpticsChina.cn)是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过150,000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。创立于1894年的豪迈(HALMA www.halma.cn)是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有3700多名员工，约40家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

近日，山西大学激光光谱研究所陈旭远教授和王梅教授等人在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表文章《Vertical Graphene Canal Mesh for Strain Sensing with a Supereminent Resolution》，报导了一种基于三维竖直石墨烯(Vertical Graphene, VG)的超低检测限应变传感器。 　　微应变传感器的发展为微型机器人、智能人机交互、健康监测和医疗康复等众多领域提供了广阔的前景。高分辨率的柔性应变传感器可广泛应用于多种柔性可穿戴电子设备中，有助于提升设备探测灵敏度并保证亲肤性。目前，已有诸多活性材料在柔性传感器中展示了良好的应用效果，如碳纳米管、银纳米线、MXene等。但是具有极高分辨率的柔性应变传感器仍然是应变传感器研究中的一项挑战。 　　作者通过设计三维石墨烯微观和宏观结构制作了网状结构的应变传感器(VGCM)，使其在0-4%的总应变范围内实现了低至0.1‰的应变精确响应，获得了极高的分辨率。同时通过实验验证及理论模拟揭示了VG在应变过程中微裂纹的演化规律和电阻变化机理。 图1 基于VGCM的应变传感器制备过程及VGCM的SEM图像 　　此工作以铜网为模板，利用等离子化学增强气相沉积法在铜网上生长了VG。利用化学刻蚀去除铜网后获得中空网状VGCM结构。这种网状结构使得拉伸应力集中，增强了应变过程中的电阻变化，实现了对低至0.1‰的微小应变的高分辨响应。 图2 拉伸过程中的应力分布示意图 　　有限元模拟展示了VGCM在拉伸过程中的应力分布。结果显示VGCM的中空管道结构使得应力集中分布在管状VGCM的顶端和底部。同时，三维石墨烯竖直结构也会导致应力在竖直结构之间形成集中。 图3 VGCM传感器传感原理图；VGCM应变中的SEM图像；VG和2D石墨烯应力分布模拟图 　　进一步通过实验验证了在拉伸情况下，应力集中产生裂纹且主要分布在中空管道顶端和底部。裂纹的产生加速了电阻的增加，从而提高了VGCM的灵敏度和分辨率，与模拟结果完全吻合。VGCM传感器利用了三维石墨烯的微观结构和网状的宏观结构的协同作用，使得应力集中，增大了电阻在拉伸过程中的变化，赋予了VGCM传感器卓越的分辨率和良好的应用前景。

仪器信息网讯 近日，伊利诺斯工具公司(Illinois Tool Works Inc.，NYSE: ITW)宣布从Amphenol公司(NYSE：APH)手中收购MTS Systems公司(Nasdaq：MTSC，简称“MTS”)的测试与模拟业务，交易的细节条款并未披露。　　MTS系统公司成立于1966年，是全球著名力学测试系统和传感器供应商，其业务主要分为传感器以及测试与模拟两个部门，产品被广泛的应用于材料力学性能测试、土木工程结构测试、航空航天以及汽车耐久性、性能测试等领域。截至2018年9月28日，MTS系统公司全球共有3400名员工，2018年的营销总额为7.78亿美元。　　伊利诺斯工具公司是一家专业的工程配件和工业系统产品的跨国生产企业。公司成立于1912年，总部位于美国伊立诺州的芝加哥，是高性能紧固系统，专用和通用设备及工业、民用消费系统的研发生产厂家。通过整合新产品的开发，增加对原有客户的渗透，部门的重组，以及对企业的收购行为，使得公司不断成长壮大。目前ITW在40多个国家中拥有超过500间个别独立的运做结构，员工超过5万名，是《财富》500强公司之一。　　去年12月，全球领先的高科技互连、天线和传感器解决方案供应商Amphenol公司宣布以每股58.50美元的现金价格收购了MTS(约合17亿美元)。　　此次从Amphenol手中接过MTS测试与模拟业务，ITW董事长兼首席执行官Scott Santi表示：“MTS的测试和模拟业务与我们现有的测试和测量及电子业务具有高度互补性，使我们能够定位于新的具有吸引力的垂直行业。在同行因为新冠大流行而被迫重组或削减成本时，我们能够利用其优势地位寻求更高的市场份额。”　　在同意收购MTS Systems公司的产品后，ITW的股价上涨了2.8%。

日前，丹纳赫Setra(西特)全新推出Model278大气压力传感器。该产品长期稳定性小于0.1mb/年，可用于要求精确测量、快速响应和长期稳定、长期可靠的环境中。 　　为了经受自动气象站(AWS)恶劣的环境和环境监测需要，Model278外壳采用了不锈钢和聚酯材质构成。可插拨的5针端子排使得连接数据记录仪和信号连接非常简单，1/8“倒刺压力接口简化了气路连接，传感器的体积只有(3.6”×2.4“×1.0”)是应用和替代现有产品的理想选择。 　　Model278可工作在-40℃～60℃(-40°F～140°F)的温度范围内。用户可选择0-2.5VDC或0-5VDC的输出，3线或4线电路和9.5-28VDC激励。传感器工作功耗很低(3mA标称)。它的休眠特性使功耗降低到1μA，并且当压力读数快速启动时传感器也能快速启动。 　　Model278采用Setra的SETRACERAMTM电容式敏感元件和独特的IC模拟电路，这从根本上简化了设计，热稳定玻璃熔融陶瓷敏感腔结合Setra久经考验的电容式电荷平衡IC电路，使得传感器在精度和环境补偿方面都有出色的表现。SetraceramTM敏感元件具有卓越的热膨胀系数和低机械迟滞使得Model278具有良好的长期稳定性。

在科技飞速发展的时代，仪器研发正经历深刻变革。传统研发过程耗费大量时间、人力和资源，而生成式AI和模拟工具的引入，正在改变这一局面。生成式AI通过学习大量设计数据，迅速生成多种创新设计选项，不仅节省设计时间，还能在早期发现潜在问题，减少后期修改。无论是外观设计、功能布局还是材料选择，生成式AI都以超高速度和精度完成任务。确定设计方案后，模拟工具可以快速将其转化为可行产品。研发人员在虚拟环境中测试设计的可行性，从物理特性到操作性能，再到耐用性和安全性，模拟工具可以在制造前完成所有验证，降低研发成本，加快产品上市速度。当生成式AI与模拟工具结合，研发效率大幅提升。生成式AI提供多样设计选择，模拟工具帮助筛选最优方案。两者协同工作，使从创意到产品的全过程更加流畅，缩短研发周期，提升创新频率。生成式AI和模拟工具的结合，正改变仪器研发的规则，为企业带来前所未有的竞争优势。未来，随着技术进步，仪器研发将更加智能化和自动化，推动行业迈向新高峰。　　在创新型仪器的研发过程中，涉及多个关键阶段，如设计与优化、原型制造以及设计验证测试（DVT）。每个阶段都至关重要，帮助研发团队从概念到产品的完整开发流程得以实现。分析维度内容 设计思路 以用户需求和市场需求为导向，结合前沿技术，提出创新型设计理念。 概念设计 通过头脑风暴、市场调研和用户反馈，确定仪器的功能、外观、材料等初步设计方案。 详细设计 使用CAD软件（如SolidWorks、AutoCAD）进行详细的结构设计、组件选型和系统布局。 性能优化 通过仿真与模拟（如热力学、流体力学、结构力学分析）优化设计，提高仪器性能和可靠性。 可制造性优化 考虑生产过程中的制造成本、装配便捷性、可维护性，优化设计以提高生产效率并降低成本。　　在设计与优化阶段，研发人员基于用户需求和市场需求，结合前沿技术，提出了创新型设计理念。首先，研发团队通过头脑风暴、市场调研和用户反馈，确定仪器的功能、外观和材料的初步设计方案。接着，他们使用CAD软件（如SolidWorks和AutoCAD）进行详细的结构设计，定义零部件的精确尺寸和位置，确保所有组件的装配和互操作性。通过有限元分析（FEA）进行结构强度与应力分析，确保设计的安全性与可靠性。此外，团队还使用仿真工具进行热管理与散热设计，模拟设备内部的热流和温度分布，优化散热结构，以确保设备在安全的温度范围内运行。分析维度内容 原型开发 基于详细设计图纸，制造功能样机，通常使用3D打印、CNC加工或快速原型制造技术。 材料选择 选择适合的材料（如塑料、金属、复合材料）以平衡成本、重量、耐用性和功能需求。 部件制造与装配 制造和装配各个部件，构建完整的原型仪器，测试各个组件的互操作性。 功能测试 对原型进行初步的功能测试，确保仪器的基本功能符合设计预期，如电气测试、机械测试等。　　原型制造阶段开始时，研发团队基于详细的设计图纸制造功能样机，这通常采用3D打印、CNC加工或其他快速原型制造技术。在这一过程中，他们仔细选择适合的材料，以平衡成本、重量、耐用性和功能需求。随后，团队制造和装配各个部件，构建完整的原型仪器，并对其进行初步的功能测试，以确保仪器的基本功能符合设计预期，包括电气和机械测试。分析维度内容 测试规划 制定详细的测试计划，包括测试目的、测试标准、测试方法和测试工具的选择。 环境测试 在极端环境条件下（如温度、湿度、震动）测试仪器的稳定性和耐用性，验证其是否能在实际工作环境中可靠运行。 性能测试测试仪器的关键性能指标（如精度、速度、灵敏度），确保其达到或超出设计要求。 安全测试 进行电气安全、机械安全、软件安全等方面的测试，确保仪器在操作中不会对用户和环境造成危害。 合规测试 确保仪器符合相关行业标准和法规（如ISO、CE、FDA等），获取必要的认证和许可。 测试结果分析 收集和分析测试数据，评估仪器的性能和质量，识别并解决设计中的潜在问题。 设计迭代与优化 根据DVT测试结果进行设计优化，修正问题，进行设计迭代，并在必要时制造新的原型进行重新测试。　　设计验证测试（DVT）阶段是确保产品质量的关键。首先，团队制定详细的测试计划，明确测试目的、标准、方法和工具选择。在极端环境条件下（如温度、湿度、震动），对仪器进行环境测试，以验证其稳定性和耐用性。此外，团队还会进行性能测试，确保仪器的关键性能指标（如精度、速度、灵敏度）达到或超出设计要求。为了保证安全，团队还进行电气、机械和软件安全测试，确保仪器在操作中不会对用户和环境造成危害。最后，合规测试确保仪器符合相关行业标准和法规，获取必要的认证和许可。测试结果分析后，团队会根据DVT测试结果进行设计优化，修正问题，并在必要时制造新的原型进行重新测试。分析维度内容 定型设计 经过多次迭代和优化，最终确定设计方案，为批量生产做准备。 生产工艺确定 确定量产过程中使用的生产工艺、设备和流程，确保产品的一致性和质量稳定性。 生产验证 通过试生产验证生产线的可靠性，确保产品质量满足量产要求。 市场反馈收集 初期产品投放市场后，收集用户反馈，进行必要的产品改进和升级。　　在最终定型与量产准备阶段，经过多次迭代和优化后，研发团队最终确定设计方案，为批量生产做准备。这包括确定量产过程中使用的生产工艺、设备和流程，确保产品的一致性和质量稳定性。在试生产阶段，团队验证生产线的可靠性，以确保产品质量满足量产要求。最后，在产品投放市场后，团队还会收集用户反馈，进行必要的产品改进和升级。设计步骤关键任务详细内容1. 结构设计 概念建模 创建初步的3D模型 根据设计需求，建立设备的初步3D模型，定义整体外观和结构。 详细结构设计 完成详细的几何建模 设计内部结构，包含零部件的精确尺寸和位置，确保所有组件的装配和互操作性。 强度分析 结构强度与应力分析 通过有限元分析（FEA）评估结构的应力分布，确保结构的安全性与可靠性。 热管理设计 热管理与散热设计 模拟设备内部的热流和散热情况，优化散热孔布局和冷却系统。2. 组件选型 电子元件选型 电子元器件选择 选择符合设计需求的电源模块、处理器、传感器、连接器等电子元件，并在设计中标注其位置。 机械部件选型 标准机械件选型 选择标准机械部件，如螺钉、螺母、轴承、齿轮等，并集成到设计中。 材料选型 材料选择与应用 根据力学、热学及其他性能要求，选择合适的材料（如铝合金、塑料、复合材料等）。 采购件选型 外购件选型 选择市场上可采购的标准件或外购件（如显示屏、接口模块等），并与制造商对接，确保供应链的可行性。3. 系统布局设计 内部布局设计 内部元件布局优化 根据功能需求和物理空间，优化内部元件的排列，确保结构紧凑、操作便捷及热管理合理。 电气系统布局 电路和布线设计 设计内部电路布局，包括信号线、供电线和地线的位置，确保电气系统的安全和高效运行。 接口与连接设计 接口模块与外部连接设计 设计设备的输入输出接口布局，包括电源接口、数据接口、冷却系统接口等，并确保连接方便、牢固。 人机交互布局 控制面板与用户界面设计 设计用户界面布局，如控制按钮、显示屏的位置，确保用户操作的便捷性和界面的直观性。4. 装配与制造准备 装配设计 装配顺序与工艺流程设计 确定各组件的装配顺序，优化装配流程，减少制造时间和成本，确保装配的可靠性。 制造工艺设计 制造工艺与加工方案 制定加工方案，选择合适的制造工艺（如CNC加工、3D打印），并在设计中考虑制造公差和装配间隙。 设计验证 仿真验证与优化 通过仿真工具验证整个系统的设计，包括结构强度、热管理、振动和冲击测试等，确保设计满足所有技术要求。5. 技术文档与图纸输出 工程图纸生成 工程图纸与BOM表输出 输出详细的2D工程图纸，包括各零部件的尺寸标注、装配关系图、材料清单（BOM）等，供生产和采购使用。 技术文档编制 制造与装配说明文档 编制详细的制造与装配说明文档，包括每个工艺步骤的描述、注意事项、质量控制要求等。 版本管理与修订 设计版本管理与修订 通过PDM系统管理设计文件的版本，跟踪设计变更，确保所有团队成员使用最新的设计文件。　　为了实现这些步骤，研发团队使用多种软件工具支持设计过程。首先，在结构设计中，SolidWorks和AutoCAD被用于初步的3D建模和详细的几何建模，确保设备的整体外观和内部结构合理。随后，通过SolidWorks Simulation进行结构强度与应力分析，确保设计的安全性。此外，团队使用SolidWorks Flow Simulation进行热管理设计，模拟热流和散热情况，以优化散热系统。接下来，组件选型阶段涉及选择电子元件、机械部件和材料，这些选择影响到最终产品的性能和制造成本。团队还会利用AutoCAD Electrical进行电气系统布局设计，确保信号线、供电线和地线的布线合理且高效。在系统布局设计阶段，研发人员优化内部元件的排列，设计设备的接口模块与外部连接，并确保人机交互界面的设计便捷直观。最后，装配与制造准备阶段中，团队通过SolidWorks进行装配设计，确定组件的装配顺序和工艺流程，并通过仿真工具验证整个系统的设计，确保结构强度、热管理、振动和冲击测试结果达到所有技术要求。在工程图纸生成和技术文档编制方面，研发团队使用SolidWorks和AutoCAD输出详细的工程图纸和材料清单（BOM），并编制制造与装配说明文档，确保生产过程的顺利进行。　　整个设计与研发过程不仅依赖于软件工具的支持，还通过多学科优化工具（如ModeFrontier）进行综合性能优化，结合热力学、流体力学和结构力学的仿真结果，确保每次设计迭代都能提升设备的整体性能和可靠性。通过这些详细的步骤和方法，创新型仪器的研发得以高效进行，并最终实现从概念到产品的完整转化。在这一复杂的研发过程中，每个阶段都扮演着至关重要的角色，从设计概念的初步构思到最终的产品定型和量产准备。每一个环节都要求精细的操作和严密的协同，以确保研发过程的顺利推进。在设计与优化阶段，概念建模是研发工作的开端。使用SolidWorks等CAD软件，团队根据设计需求建立初步的3D模型。这一步骤的目标是定义设备的整体外观和结构，以便在后续阶段进行更详细的设计工作。接着，详细结构设计进一步精细化设备内部结构，确保所有零部件的尺寸和位置精确无误，并且组件之间能够顺利装配和互操作。这些工作需要SolidWorks和AutoCAD等软件的支持，以保证设计的准确性和可行性。　　在这个阶段，强度分析也是不可或缺的一部分。通过有限元分析（FEA），研发团队能够评估设计中可能存在的应力分布问题，确保设备的结构在各种工作条件下都能保持安全和稳定。与此同时，热管理设计通过SolidWorks Flow Simulation进行，研发人员模拟设备内部的热流和温度分布，优化散热系统，确保设备在运行过程中能够有效地控制温度。组件选型是研发中的另一关键步骤。团队需要根据设计需求选择适当的电子元件和机械部件，如电源模块、传感器、螺钉、轴承等。这些部件不仅影响到设备的性能，还对生产成本和制造难度产生重要影响。在材料选型过程中，团队必须权衡力学、热学等多方面性能要求，选择最适合的材料，如铝合金、塑料或复合材料。这一过程还涉及外购件的选择，团队需要确保这些外购件与整体设计的兼容性，并与供应商对接，确保供应链的顺畅运作。系统布局设计阶段，研发团队进一步优化设备内部的元件布局，确保结构紧凑、操作便捷，尤其是在涉及热管理的情况下，布局优化显得尤为重要。电气系统布局设计需要特别考虑信号线、供电线和地线的布线位置，以保证电气系统的安全和高效运行。接口与连接设计则专注于设备的输入输出接口布局，确保连接方便、牢固，并满足使用环境的需求。人机交互布局设计通过控制面板和用户界面的合理安排，提升设备的操作便捷性和用户体验。在装配与制造准备阶段，研发团队必须制定装配顺序和工艺流程，确保每个组件能够顺利装配，减少制造时间和成本。通过仿真工具验证整个系统的设计，确保设计满足所有技术要求，如结构强度、热管理、振动和冲击测试等。工程图纸生成是这一阶段的重要任务，团队需要输出详细的2D工程图纸，包括零部件的尺寸标注和装配关系图，这些图纸是生产和采购的基础。技术文档编制也是装配与制造准备阶段的核心工作之一。团队需要编制详细的制造与装配说明文档，描述每个工艺步骤的具体操作、注意事项和质量控制要求。通过版本管理与修订工具，如PDM系统(如SolidWorks PDM)，团队可以管理设计文件的版本，跟踪设计变更，确保所有团队成员使用最新的设计文件。仿真与模拟类型关键任务详细内容热力学分析（SolidWorks Flow Simulation, ANSYS） 热源识别与建模 识别并建模关键热源 确定设备内部发热元件（如处理器、激光器）的热源位置，建立热源模型，分析热量产生与传递路径。 散热设计与优化 散热系统设计与仿真 设计散热方案，如散热片、风扇、液冷系统，模拟热流和温度分布，优化散热结构，确保设备运行温度在安全范围内。 热管理策略优化 热管理系统优化 通过仿真分析设备在不同工作条件下的温度变化，优化热管理策略，如主动冷却、被动散热等，提升设备的可靠性。流体力学分析（ANSYS Fluent, SolidWorks Flow Simulation） 空气流动分析 内部空气流动模拟与优化 模拟设备内部空气流动情况，评估空气流动对散热效果的影响，优化风道设计，确保空气流动的均匀性和效率。 冷却液流动分析 液冷系统流动分析 模拟液冷系统中冷却液的流动情况，分析冷却液在热源处的流动速度和散热效率，优化管路布局和泵的选择。 密封与防护设计 防水防尘设计与验证 模拟设备在湿度、粉尘等恶劣环境下的密封性能，确保设备能够防水防尘，避免外界环境对内部元件的损害。结构力学分析（ANSYS Mechanical, SolidWorks Simulation） 应力应变分析 结构强度与应力分布分析 通过有限元分析（FEA），模拟设备在外力作用下的应力和应变分布，优化结构设计，避免应力集中和结构失效。 振动与冲击分析 振动与冲击响应分析 模拟设备在运输和操作过程中的振动和冲击，优化支撑结构和缓冲材料，确保设备的抗振性和抗冲击性。 疲劳分析与寿命预测 结构疲劳寿命预测 通过疲劳分析，预测设备在长期使用中的疲劳寿命，优化关键部件的设计，延长设备使用寿命，减少故障率。综合优化与迭代（Multidisciplinary Optimization Tools (MDO)） 多学科优化 综合性能优化 结合热力学、流体力学和结构力学分析结果，通过多学科优化工具（MDO）进行综合性能优化，提升设备整体性能。 设计迭代与验证 基于仿真结果的设计迭代 根据仿真结果进行设计修改和迭代，重新验证修改后的设计性能，确保每次迭代都能够提升设备的可靠性和性能。　　在整个研发过程中，仿真与模拟技术为设计优化提供了重要支持。例如，热力学分析通过识别和建模设备内部的关键热源，帮助团队优化散热设计。流体力学分析则用于模拟设备内部空气和冷却液的流动情况，确保散热系统的高效性和设备的密封性能。结构力学分析通过应力应变分析、振动与冲击分析、疲劳分析等手段，评估设备在不同条件下的结构强度和使用寿命，帮助研发团队在设计过程中避免潜在的结构失效。通过多学科优化工具（如ModeFrontier），团队能够将热力学、流体力学和结构力学的仿真结果综合起来，进行全方位的性能优化。这样的多学科优化不仅提高了设备的整体性能，还减少了设计迭代的次数，加快了研发进程。设计迭代是研发过程中的常规步骤。基于仿真和测试结果，团队不断调整设计，修正问题，并通过制造新的原型进行重新测试。这一过程确保了最终产品在各个方面都达到了设计要求和质量标准。最终，在经过多轮设计迭代和验证后，团队最终确定产品设计，进入量产准备阶段。这包括确定生产工艺、设备和流程，以保证产品在批量生产中的一致性和质量稳定性。在试生产阶段，团队会验证生产线的可靠性，确保产品质量符合量产标准。产品投入市场后，团队还会持续收集用户反馈，并根据需要进行产品改进和升级。　　通过这些系统的步骤，创新型仪器的研发得以高效、精准地进行，从而实现从概念到产品的顺利转化。这一过程不仅推动了技术的进步，还为企业带来了显著的竞争优势，帮助其在快速变化的市场中保持领先地位。未来，随着技术的进一步发展，仪器研发将朝着更加智能化和自动化的方向发展，继续推动整个行业迈向新的高峰。　　拓展阅读：　　三代测序技术相关仪器工艺创新概述　　2024站在巨人肩上的仪器研发(附资料)　　2024年基于人工智能的仪器研发思路　　2024年科学仪器供应链及核心零部件分析

高仿真模拟火场高危环境的燃烧模拟环境实验室，近日在上海东华大学建成。东华大学5日披露，该实验室拥有一个模拟中国人体型构造、可在不同活动姿势下精准感知高温热流、精确预报身体皮肤烧伤程度的燃烧假人。这对研发热防护新型服装材料，科学合理设计热防护装备，有效遏制火灾、战场和热辐射等危险环境对人体造成的热伤害，具有重大科学价值。 　　前身为中国纺织大学的上海东华大学，一直致力于推动中国功能防护服装的创新和评价研究，东华“火人”是其服装生物假人家族30年来的最新成员，它的“兄长”“神五假人”、“神七假人”曾在模拟环境气候条件下试穿宇航服，为神舟系列载人航天工程中宇航员在舱内外安全行走提供了科学保障。 　　“火人”设计项目负责人、东华大学服装设计与工程系主任李俊介绍，燃烧假人系统依据中国成年男性的体型度身定制的，身体表面均匀分布135个高温传感器，各部位关节都可活动，能模拟人体的多种着装姿态。 　　据介绍，如何准确评价消防服、阻燃耐高温作业服等特种服装的防护性能，是个困扰业界的难题。普遍使用的面料燃烧实验，无法反映其对人体作用的实际效果，容易在使用中造成防护不足。有了“火人”，它就可以穿着成衣在“火海”中走一遭，其拥有的精密仪器可对人体的实际防护效果作出准确评估。 　　据悉，该实验室是中国内地第一个燃烧假人实验室，综合运用了生物传热分析技术、材料改性技术、人机工程制造技术、传感器技术、燃烧工程和自动控制技术等，达到了国际领先水平。

人体活动所产生的包括应变和温度等生理信号是医疗健康、运动监测的重要数据来源，利用柔性可穿戴设备实现应变和温度的感知意义重大。柔性传感器是柔性可穿戴设备的核心部件，其发展趋势是集成化和多功能化。发展柔性应变-温度双模态传感器，实现应变和温度等信号的监测以及区分，同时兼具高的分辨率仍是一个难点。 　　Co基磁性非晶丝具有优异的软磁性能和巨磁阻抗效应(GMI)，可以实现对磁场的高灵敏探测，是发展柔性多功能传感器的理想材料之一。前期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员李润伟、刘宜伟基于磁性非晶丝设计与发展了仿生触觉传感器与自供电弹性应变传感器，并在机器人假肢的触觉感知、运动捕捉的智能服装方面实现应用(Science Robotics. 2018, 3, eaat0429；Nano Energy, 2022, 92, 106754)。在此基础上，研究人员以磁性非晶丝为敏感材料，通过设计具有管状异质结构的双模态传感器实现了单一传感器对应变和温度的灵敏监测和实时区分。 　　该传感器具有独立的应变和温度感知机制。一方面，结合磁弹性体的磁弹效性和Co基非晶丝的巨磁阻抗效应可以实现应变灵敏探测；另一方面，用于阻抗输出的热电偶线圈具有显著的塞贝克效应，可以同时实现温度的检测。基于独立的感应机制，温度和应变信号之间不存在相互耦合，后续通过信号读取电路可实现温度和应变信号的实时区分和输出。 　　该研究中双模态传感器的应变-磁转换单元中具有磁弹效应的磁弹性体提供随应变而变化的磁场，通过内置的Co基磁性非晶丝，能够灵敏感知微小变化的磁场，从而输出变化的阻抗，实现应变的感知。此外，该工作设计了具有双功能的Cu-CuNi热电偶线圈，不仅可以实现阻抗的输出，而且本身具有的塞贝克效应可以实现对温度的感知。 　　进一步地，通过调控应变-磁转换单元的不同区域的相对模量，即磁弹性管和非磁性弹性管的相对模量，可以控制磁场变化快慢，从而能够实现应变灵敏度的可调。该传感器可实现0.05%的应变和0.1℃的低探测极限，5.29和54.9μV/℃的较高应变和温度感知灵敏度。 　　此外，该研究也从模拟和实验上对该双模传感器的应变-温度信号输出的耦合和相互干扰进行了验证。研究人员分别测试了双模传感器在不同应变下的温度输出信号和不同温度下的应变输出信号，发现该传感器具有的管状异质结构能够有效避免应变对温度的干扰，且磁性非晶丝和磁粉的磁性能在低于居里温度下具有良好的温度稳定性，可以确保温度对应变感知几乎没有影响。 　　该研究将所设计的管状线型双模传感器与织物集成，可以同时用于人体微小应变的探测，比如呼吸和吞咽等检测，也可用于膝盖弯曲等较大应变的探测，同时能实现体温或环境温度的实时监测，在健康监测、智慧医疗以及人机交互领域具有良好的应用前景。 　　相关成果近期以Dual mode strain-temperature sensor with high stimuli discriminability and resolution for smart wearables为题在线发表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到国家自然科学基金重大仪器研制项目、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金委中德交流项目、中科院国际合作重点项目、浙江省自然科学基金等项目的支持。图1(a)双模传感器的感应机制，(b)具有管状异质结构的双模传感器传感器制备流程，(c)应变-磁转换单元中磁弹性管的微观形貌，(d-i)具有磁弹效应的磁弹性管不同磁化方向磁化具有不同的磁性能，(j-m)双模传感器外观和柔性展示图2 双模传感器的应变感知性能

肺功能检查仪进行检测校准的必要性　　　　慢性呼吸系统疾病排在心脑血管病、癌症之后,成为我国居民慢性病致死的第三位死因。肺功能检查作为慢性气道等呼吸疾病诊断的金标准之一，是慢性阻塞性肺疾病防治和检查的关键。肺功能检查仪是检测肺脏吸入、呼出气体容量和速率，从而了解呼吸生理和呼吸功能是否正常的一种设备，主要由肺量计、气体分析器等部件组成。肺功能检查仪对于早期检出肺及气道的病变，诊断病变部位和评估疾病的严重程度具有重要的临床意义。　　　　在钟南山院士、王辰院士等国内权威专家的推动下，“要像测量血压一样，测量肺功能”近年来得到社会各界的广泛关注和认可。2019年推出的《健康中国行动（2019—2030年）》明确提出将肺功能检查纳入40岁及以上人群常规体检内容。随着2020年国家基层呼吸系统疾病早期筛查干预能力提升项目在各地的实施落地，以及社区居民对呼吸系统慢性疾病早防早治意识的增强，不同原理类型的肺功能检查仪在全国各地基层医疗卫生机构得到了广泛配置及使用。　　　　但肺功能检查仪的检测结果容易受多方面因素影响。比如不同肺功能检查仪的生产厂家采用的检测原理和设备结构不一样，会导致性能有较大差异，加上仪器设备在使用过程中因磨损或受环境因素而影响其正常使用，将出现检测结果的不准确。所以临床上常见发生同一个患者在不同医院所进行的肺功能测试结果有较大的偏差，给诊断造成很大影响。因此，对肺功能检查仪进行定期检测校准等质量控制、确保其测量的准确性极为重要。　　　　肺功能检查仪检测校准的标准要求　　　　校准是肺功能检查设备质控的关键措施，国际上美国胸腔协会(ATS)、欧洲呼吸协会(ERS) 、英国标准协会(BSI)分别发布的肺功能检查技术指南中，均提出了肺功能检查设备的技术性能标准和质控规范，我国也于2008年颁布了JJF 1213-2008 《肺功能检查仪校准规范》，解决肺功能检查仪的质量控制和量值溯源问题。　　　　对肺功能检查仪肺量计的检测通常采用标准呼吸模拟器进行校准，要求必须能模拟人体器官肺的基本运动模式，标准规范主要参考美国胸腔协会(ATS)肺功能检测标准的内容。该标准对肺功能检查仪性能指标、测定方法、校准装置、BTPS修正、对FVC及PEF等指标检测的操作方法作了具体的要求和说明，并提供了24条标准波形检测肺功能检查仪的FVC指标，26条流量标准波形检测PEF指标。　　　　（表：校准用设备性能表）　　　　肺功能检查仪检测校准质控设备的选择　　　　肺功能检查仪校准用标准呼吸模拟器必须能够精确模拟人体器官肺的运动模式，特别是模拟输出ATS推荐的标准波形，因此普通气体流量计计量标准和肺量计定标筒，不适合用于肺功能检查仪的量值传递。　　　　四方光电呼吸模拟器是一款肺功能检查仪校准专用设备，由气缸、交流伺服电机、伺服电机控制器、专用控制卡和计算机组成。通过计算机控制软件驱动控制卡进而驱动伺服电机转动，推动活塞作往复运动，压出或者吸入气缸中的空气，从而模拟人的平静呼吸、深吸气、用力快速吹气等呼吸动作，为检验肺功能检查仪 VC、FVC、MVV 等测试指标提供了标准方法。　　　　四方光电呼吸模拟器不但可精准输出ATS的24条标准FVC及26条PEF波形曲线，还可用于智能检测分析被校正肺功能检查仪的准确度和频率速度响应情况，有助于医生对肺功能检查仪所测定的病人肺功能状况的数据指标作准确判断。产品符合多重质控标准，满足临床检测/计量校准要求，可为《呼吸学科医疗服务能力指南（2018年版）》、《健康中国行动（2019—2030年）》的实施提供装备支撑。　　　　■ 设备标准质控　　　　符合美国胸科学会发布的“肺活量测定的标准化”（2005）　　　　符合ISO 23747:2015（ATS）　　　　符合EN ISO 26782:2009　　　　■ 模拟波形质控　　　　ATS标准24个容量-时间波形　　　　ATS标准26个流量-时间波形　　　　13项波形符合EN ISO 26782：2009附录C要求的标准波形　　　　10项波形符合EN ISO 23747：2009附录C外形A要求的标准波形　　　　用户还可自定义波形　　　　■ 使用过程质控　　　　为所有类型的呼气曲线提供完整的BTPS模拟　　　　根据ATS全面支持人体差异测试　　　　全自动测试程序可由用户定义，如自定义容量、自定义流速、自定义运行次数　　　　■ 结果判读质控　　　　所产生波形的参数均可完全溯源至国家标准　　　　根据ATS评估测试结果并进行错误分析　　　　四方光电标准呼吸模拟器应用领域及技术参数　　　　 计量院肺功能检查仪年检手段　　　　 科研单位呼吸模拟测试研究　　　　 肺功能检查仪企业溯源设备　　　　关于四方光电　　　　四方光电股份有限公司（以下简称“四方光电”）是一家从事智能气体传感器和高端气体分析仪器的科创板上市企业（股票代码688665）。公司2003年成立于武汉“光谷”，形成了包括光学(红外、紫外、光散射、激光拉曼)、超声波、MEMS金属氧化物半导体 (MOX)、电化学、陶瓷厚膜工艺高温固体电解质等原理的气体传感技术平台。这个平台为四方光电开发基于呼气分析的医疗器械应用提供和强有力的技术保障。　　　　四方光电建设有省级企业技术中心和湖北省气体分析仪器仪表工程技术研究中心。同时公司积极融入国家技术创新体系，先后获得国家重大科学仪器设备开发专项、工信部物联网发展专项、工信部强基工程传感器“一条龙”、科技部科技助力经济2020重点专项、湖北省技术创新重大项目等多个项目的支持，被国内外行业权威机构列为中国气体传感器主要厂商和代表性企业，并荣获中国物联网产业联盟“最具影响力物联网传感企业奖”。 　　　　在健康医疗领域，四方光电超声波肺功能检查仪是一款用于肺通气功能和肺活量检查的高新技术产品，是检查哮喘、COPD、其它呼吸病患者以及评估吸烟者、慢性咳嗽和多痰者的肺功能的有力测定仪器。同时公司开发的肺功能检查仪定标筒、制氧机用氧气传感器、呼吸机用流量及气体成分传感器、监护仪用红外EtCO2传感器在国内外医疗机构及设备中得到广泛应用。未来，四方光电还将大力开拓基于呼吸监测的智能医疗健康板块，加大在呼吸机、麻醉机、监护仪等更广阔医疗器械开拓力度，推动提升肺功能检测仪在医疗机构、社区及家庭的配置率。

11月22日，备受瞩目的2023年中国科学院、中国工程院两院院士增选名单正式公布！2023年中国科学院选举产生了59名中国科学院院士， 2023年中国工程院院士增选共选举产生74位中国工程院院士。中国科学院、中国工程院是国家科学技术界和工程科技界的最高学术机构，是国家战略科技力量，入选两院院士是我国科学研究人员的最高荣誉。据悉，本次两院院士增选名额进一步向国家急需的关键领域和基础学科、新兴学科、交叉学科倾斜；向为国防和国家安全作出突出贡献的科研人员倾斜；向承担国家重大科研任务、重大科技基础设施建设和重大工程并作出突出贡献的科研人员倾斜。本次两院院士有多位传感器及仪器仪表、半导体等领域专家当选！简要整理，以飨读者。2023年新当选中国科学院院士名单-传感器领域专家名单&简介刘胜年龄：59工作单位：武汉大学研究方向：微纳制造及芯片封装与集成学部：技术科学部【简介】刘胜，教授、国家杰出青年基金获得者（B类）、长江学者特聘教授、美国电气和电子工程师协会会士、美国机械工程师学会会士。现受聘为科技部“十三五”微纳制造主题专家组成员。目前在研国家重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划项目等多项国家级重点重大项目。刘胜院士是电子封装科学与技术领域杰出专家，他长期从事集成电路、LED 和微传感器封装及可靠性理论和前沿技术研究，取得了系统的原创性研究成果。曾荣获国家技术发明二等奖（2016）、电子学会技术发明一等奖（2018）、电子学会十佳工作者（2018）、教育部技术发明一等奖（2015）、美国白宫总统教授奖等，发表SCI论文260余篇，引用超过2800次，出版著作5本，已授权专利170余项。现任武汉大学工业科学研究院 执行院长、武汉大学微电子学院副院长。郑海荣年龄：45工作单位：中国科学院深圳先进技术研究院研究方向：医学成像仪器与医疗设备学部：信息技术科学部【简介】博士，研究员，博士生导师。国家杰出青年基金获得者、何梁何利科技创新奖及全国“创新争先”奖状获得者。中科院深圳先进技术研究院副院长、Paul C. Lauterbur生物医学成像中心主任。担任国家高性能医疗器械创新中心主任、中科院健康信息学重点实验室主任。本科毕业于哈尔滨工业大学，2006年获美国科罗拉多大学博士学位。主要研究领域为医学成像理论、技术与仪器系统、信号处理与电子学。主持承担国家973计划项目（首席）、国家重大科研仪器专项等科研项目。发表论文200余篇，授权专利100余项，一批专利技术实现产业化。主持完成的高场磁共振成像技术与设备成果以第一完成人获国家科技进步一等奖。孙胜利年龄：52工作单位：中国科学院上海技术物理研究所研究方向：光学工程学部：信息技术科学部【简介】1999年5月至今，中国科学院上海技术物理所。曾任中国科学院上海技术物理所工程三室主任。现任中国科学院上海技术物理研究所副所长、智能红外感知中科院重点实验室主任、国家级专家。主要从事天基信息获取研究工作，致力于揭示特殊环境中红外探测噪声与时空相关性机理，系统研究了影响探测灵敏度的基本问题，使广域空间微弱时变信号高效捕获难题获得突破。研究领域包括红外智能感知、光电仪器的现代设计方法、数字化制造和全过程定量化测试。近年，引入人工智能、智能制造、天文学等领域的新方法新理念，追求智能红外感知的新突破。荣获中国航天钱学森杰出贡献奖，中国首届创新争先奖，国家技术发明一等奖 （天基高时效红外探测技术），中国科学院杰出成就奖 （天基红外探测关键技术）。张荣年龄：58工作单位：厦门大学研究方向：半导体光电子器件与材料学部：信息技术科学部【简介】张荣 教授，中国科学院院士，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，博士生导师，1964年2月出生，1983年南京大学物理学系本科毕业，1986年南京大学物理学系半导体专业硕士研究生毕业并获硕士学位，1995年获南京大学半导体专业博士学位。现任第十四届全国人大代表，厦门大学党委书记（副部长级）、党委党校校长。先后主持国家“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金重大项目等十余项国家和地方重大研究课题，在新型低维量子结构与器件方面，特别是在Ⅲ族氮化物异质结构与器件、硅基异质结构、纳米结构与器件、宽禁带半导体自旋电子材料等方面取得一系列有重大创新意义的研究成果。2023年新当选中国工程院院士名单-传感器领域专家名单&简介孙以泽年龄：64工作单位：东华大学学部：环境与轻纺工程学部【简介】孙以泽，现任东华大学机械工程学院教授、博士生导师、机械电子工程学科带头人、上海市领军人才，获国务院特殊津贴、宝钢优秀教师奖、桑麻奖教金、上海市松江区先进工作者、机械电子工业部优秀科技工作者等荣誉。主要学术兼职为东华大学学术委员会委员。研究方向：1、复杂机械系统及其智能传感测控技术2、高端纺织装备技术与系统3、太阳能光伏系统集成与逆变技术李清泉年龄：57工作单位：深圳大学学部：土木、水利与建筑工程学部【简介】工学博士，二级教授，博士生导师，动态精密工程测量专家，国际欧亚科学院院士，现任深圳大学党委书记。1998年获得武汉测绘科技大学摄影测量与遥感工学博士学位。自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室主任，中国测绘学会副理事长，教育部测绘专业教学指导委员会副主任委员，教育部高等学校教学信息化与教学方法创新指导委员会副主任委员。长期从事精密工程测量的多传感器集成与同步控制、测量新技术、测量数据处理新方法研究，形成了动态精密工程测量技术体系，突破影响基础设施性能和安全的刚度/弯沉、表观变形和线形变化连续高精度测量关键难题；发明研制了激光动态弯沉检测装备、移动道路检测车、隧道检测装备、地铁测量小车、管道检测胶囊等系列高端测量专用装备，服务我国70%以上等级公路、数百城市道路以及机场、隧道、地铁、地下管网等领域的状态测量，推动精密工程测量从“静态到动态”、“离散到连续”的转变，显著提升我国基础设施状态测量技术水平，并实现了国际化推广。主持973计划项目、863计划项目、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金中欧国际合作项目、重点项目等科研项目50余项。获授权发明专利31项（第一），出版专著5部，发表论文300余篇（SCI 100余篇），引用超过超过16500次，H-index 63；获国家技术发明二等奖1项（第一），国家科技进步二等奖1项（第二），国家科技进步创新团队奖1项（第五），国家教学成果二等奖1项（第一），何梁何利科技进步奖，省部级科技进步一等奖7项（第一），中国青年科技奖，全国十大测绘科技创新人物、全国创新争先奖等，入选全球前2%顶尖科学家榜单。张学军年龄：54工作单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学部：信息与电子工程学部【简介】张学军，男，1968年9月生，汉族，吉林长春人。现任光机所副所长，研究员，博士研究生导师。1990毕业于吉林工业大学（现吉林大学），1997年在长春光机所获得理学博士，后赴美国亚利桑那大学光学中心做访问学者。归国后一直从事空间光学系统先进制造技术方面的研究，相关研究成果曾获2011年度国家科技进步二等奖（排名第一）、2013年度国家技术发明二等奖（排名第三）、2008年度国家技术发明二等奖（排名第三）、1999年度国家科技进步二等奖（排名第三）、2014年度吉林省科技进步一等奖（排名第一）、2012年度国防技术发明一等奖（排名第三）。申请发明专利30项(授权10项)，发表学术论文142篇，其中SCI收录15篇，EI收录95篇。从上世纪90年代开始张学军一直从事空间光学系统超精加工与检测方面的研究工作，归国后积极投身先进光学制造技术研究，在大口径光学加工、检测等方面做出了一系列开创性工作，成果主要体现在两个方面：一是突破、发展了大口径非球面高精度加工设备、工艺及复合检测技术。研制成功了具有自主知识产权的四代大口径非球面加工中心，技术指标与见诸报道的国际最高水平相当，使我国成为了继美、法之后第三个具备大口径空间反射镜系统制造能力的国家。二是突破了以离轴三反系统为代表的新型光学系统工程化应用的技术瓶颈，推动了我国空间对地遥感新技术体制的建立。多个型号空间相机以及背景预研项目均采用了可同时实现长焦距与大视场的离轴三反光学系统形式，其中8台相机已经在轨服役，全部满足用户使用要求，部分指标为当前国际最高水平。于海斌年龄：58工作单位：中国科学院沈阳自动化研究所学部：信息与电子工程学部【简介】1964年生, 工学博士，研究员、博士生导师，“十一五”国家863计划先进制造领域专家组成员，国家科学技术 奖励评审委员会评审专家。现任中国科学院沈阳分院院长、分党组副书记。主要研究方向：工业通信与实时系统理论，分布控制系统技术，工业无线技术，网络协同与智能制造。主持并参加了多项国家级项目，包括国家自然科学基金杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点项目、国家高技术研究发展计划（863）重点项目以及中国科学院重要方向性项目等。在高水平国际国内期刊和知名国际会议上发表论文100余篇，出版学术专著2部 。王岩飞年龄：59工作单位：中国科学院空天信息创新研究院学部：信息与电子工程学部【简介】1984年毕业于北方交通大学，1987年毕业于中国科学院电子学研究所，获硕士学位，1998年获博士学位。现任中国科学院电子学研究所研究员，博士导师。主要研究方向：微波成像与数字信号处理技术。从1987年至今在中国科学院电子学研究所工作，1992年至1993年在澳大利亚新南威尔士大学遥感中心访问学习。先后参加了国家自然科学基金课题“雷达图像模拟”、“宽带微波成像原理研究”、863项目“星载SAR总体及关键技术可行性研究”、科学院攻关项目“机载多极化合成孔径雷达系统”、863项目“机载SAR实时数字成像处理器”、以及干涉式合成孔径雷达、雷达图像的模拟和几何校正研究等工作。目前，主要从事“机载成像雷达系统”、“合成孔径雷达实时成像处理器”、“星载合成孔径雷达系统”、“星载合成孔径雷达原始数据实时压缩技术”、以及“分布式卫星成像雷达系统”等项目的研究工作。童小华年龄：51工作单位：同济大学学部：信息与电子工程学部【简介】童小华，男，1971年出生，江西抚州人，教授，博士生导师。分别于1993、1996、1999年获同济大学学士、硕士和博士学位。历任同济大学土木工程学院测量与国土信息工程系副主任、土木工程学院党委副书记兼测量与国土信息工程系党总支书记、测绘与地理信息学院院长、科研管理部部长、校长助理。2021年1月任同济大学党委常委、副校长。研究领域为测绘科学与技术，主要研究方向是航天测绘遥感与深空探测。曾是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室博士后、香港理工大学客座研究员、美国加州大学圣巴巴拉分校访问学者。航天测绘遥感与空间探测上海市重点实验室主任，国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发计划项目首席，全国优秀科技工作者，全国教育系统先进集体带头人。现担任国务院学位委员会学科评议组测绘科学与技术组成员、教育部科学技术委员会委员、多部学术期刊编委。研究成果应用于嫦娥探月、测绘卫星和国土资源调查等工程，获得国家科技进步奖一等奖、国家自然科学奖二等奖、全国创新争先奖状。

在过去十年中，离电器件（Ionotronics or Iontronics，离子-电子混合器件，即基于离子与电子协同作用的器件）因其固有的柔韧性，可拉伸性，光学透明性和生物相容性等优势引起了越来越多的关注。然而，现有的离电传感器由于器件结构简单、成分易泄漏，导致器件稳定性差，传感功能单一，极大地限制了实际应用。因此，设计制造性能稳定且具有多模式传感能力的离电传感器具有重要的工程应用价值。南方科技大学力学与航空航天工程系杨灿辉团队与机械与能源工程系葛锜团队，报道了通过多材料光固化3D打印技术一体化设计制造基于聚电解质弹性体的多模式传感离子电容传感器，解决了传统离电传感器稳定性差和功能性单一的问题，为可拉伸离电传感器的设计、智造与应用提供了新的解决方案。相关研究成果以“Polyelectrolyte elastomer-based ionotronic sensors with multi-mode sensing capabilities via multi-material 3D printing”为题发表在《Nature Communication》期刊。南方科技大学科研助理李财聪、博士生程健翔和何耘丰为论文共同第一作者，杨灿辉助理教授与葛锜教授为论文共同通讯作者。本研究得到了深圳市软材料力学与智造重点实验室和广东省自然科学基金等项目支持。如图1所示，受人体皮肤对于拉、压、扭及其组合等外力的多模态感知能力的启发，研究人员利用多材料光固化3D打印技术制备了具有多模式传感能力的离电传感器。传感器采用了聚电解质弹性体（PEE），其高分子网络中含有固定的阴离子或阳离子，以及可移动的反离子，具备抗离子泄漏的特性。在打印过程中，PEE材料与传感器上的介电弹性体（DE）材料之间通过共价和拓扑互连形成了牢固的界面粘接。图1. 皮肤启发的多模式传感离电传感器。(a) 人体皮肤内多种力感受器示意图。(b) 人体皮肤可以感知单一的力学信号如压拉、压、压+剪、压+扭。(c) 基于多材料数字光固化3D打印技术制备具有多模式传感能力的离电传感器。研究人员首先合成了一种名为1-丁基-3-甲基咪唑134-3-磺丙基丙烯酸酯（BS）的单体，作为聚电解质材料的组成成分之一，并与另一种名为MEA的疏水单体一起进行共聚。然后通过优化BS和MEA的比例，平衡聚电解质材料的力学性能和电学性能，从而优化传感器的性能，如图2所示。图2. 聚电解质弹性体的设计、制备与光学、力学、电学性能以及热、溶剂稳定性。如图3所示，研究人员进行光流变测试验证了所开发的PEE材料的可打印性。然后通过180°剥离测试，分别测量了3D打印和手动组装的PEE/DE双层结构的界面粘接强度。结果表明，3D打印的双层结构由于PEE和DE之间形成的共价键和拓扑缠结而具有强韧的界面，剥离过程发生了PEE材料的本体断裂, 粘接能达339.3 J/m2；相比之下，手动组装的PEE/DE双层结构界面弱，剥离过程发生了界面断裂，粘接能只有4.1 J/m2。在耐久度测试中，基于PEE的电容式传感器由于无离子泄漏可以长时间保持稳定的信号，而基于传统的LiTFSI掺杂离子的弹性体的传感器由于离子泄漏，信号持续发生漂移，直至发生短路。图3. 离电传感器的可打印性与性能。(a) PEE存储模量和损耗模量随光固化时间的变化曲线。(b) 固化时间与能量密度随层厚的变化关系。(c) 打印的PEE阵列展示。(d) 3D打印和手动组装的PEE/DE双层结构的180°剥离曲线。(e) 3D打印的PEE/DE双层结构本体断裂示意图。(f) 手动组装的PEE/DE双层结构界面断裂示意图。(g) 基于PEE和基于LiTFSI掺杂离子的弹性体的电容式传感器的ΔC/C0随时间变化曲线。(h) 基于PEE的电容式传感器无离子泄漏。(i) 基于LiTFSI掺杂离子的弹性体的电容式传感器离子泄漏示意图。3D打印技术为器件的结构设计提供了极高的灵活性。如图4所示，研究人员分别设计并一体化打印了拉伸、压缩、剪切、扭转四种不同的离电传感器，器件均具有良好的性能和稳定性。特别地，通过器件的结构设计，即可以实现传感器灵敏度的大幅度优化，例如通过在压缩传感器的介电弹性体层引入微结构可以将灵敏度提高两个数量级，又可以实现传感器灵敏度的按需调控，例如通过设计剪切传感器前端的轮廓线或扭转传感器的扇形区域数量可以分别实现不同相应的剪切传感器和扭转传感器。图4. 拉伸、压缩、剪切、扭转离电传感器。(a) 拉伸传感器原理示意图。(b) 电容-拉伸应变曲线。(c) 压缩传感器原理示意图。(d) 有/无微结构的压力传感器的电容-压力曲线。(e) 剪切传感器原理示意图。(f) 一种剪切传感器实物图。(g) 不同灵敏度的剪切传感器的电容-剪切应变曲线。(h) 剪切传感器的疲劳测试曲线。(i) 扭转传感器原理示意图。(j) 一种扭转传感器实物图。(k) 不同灵敏度的扭转传感器的电容-扭转角曲线。(l) 扭转传感器的疲劳测试曲线。如图5所示，研究人员进一步设计并一体化打印了拉压、压剪、压扭三种组合式离电传感器。组合式传感器最大的挑战之一在于不同传感通路之间相互的信号串扰，例如，当器件拉伸时，由于材料的泊松效应会导致垂直方向上的器件几何尺寸缩小，等效于压缩变形，导致拉伸激励引起压缩通道的信号变化。研究人员结合有限元模拟分析，通过合理的器件结构设计，有效地避免了不同通道之间的信号串扰。图5. 组合式离电传感器。(a) 拉压组合传感器示意图。(b) 器件实物图。(c) 拉压组合传感器等效电路图。(d) 单一传感模式下的器件信号。(e) 压缩激励下的电容-圈数变化曲线。(f) 拉伸激励下的电容-圈数变化曲线。(g) 拉压组合变形下的信号谱。(h) 压剪组合传感器示意图。(i) 器件实物图。(j) 压剪组合传感器等效电路图。(k) 单一传感模式下的器件信号。(l) 压扭组合传感器示意图。(m) 器件实物图。(n) 压扭组合传感器等效电路图。(o) 单一传感模式下的器件信号。最后，研究人员展示了一个由四个剪切传感器和一个压缩传感器组成的可穿戴遥控单元，并将其连接到一个远程控制系统，用于远程无线控制无人机的飞行，如图6所示。这个可穿戴遥控单元中的四个剪切传感器负责感知手部的手指运动，用于控制无人机的方向。而压缩传感器则用于感知手指的压力，控制无人机的翻滚。这种可穿戴遥控单元的设计可以实现人机交互，提供更加灵活的控制方式。图6. 组合式离电传感器用于无人机的远程无线操控。(a) 无人机控制系统示意图。(b) 组合式离电传感器中剪切传感模块工作模式示意图。(c) 剪切传感模块工作原理。(d) 传感器五个通道电容信号测试。(e) 指令编译逻辑。(f) 组合式离电传感器实时电容信号。(g) 不同时刻的无人机飞行状态。文章来源：高分子科技023-40583-5MultiMatter C1基于高精度数字光处理3D打印技术和独家离心式多材料切换技术，MultiMatter C1多材料3D打印装备可实现任意复杂异质结构快速成型，在力学超材料、生物医学、柔性电子、软体机器人等领域具有重要应用潜力。离心式多材料切换技术：独家开发的离心式多材料切换技术可实现高效材料切换和残液去除。离心转速可调，最高达8000转/分钟，60秒内即可完成多材料切换，单次打印多材料切换最大次数高达2000次，处于业内领先水平。可打印材料范围广：该设备支持粘度在50-5000 cps范围内的硬性树脂、弹性体、水凝胶、形状记忆高分子和导电弹性体等材料及这些材料组合结构的多材料3D打印，为不同行业和应用领域，提供了材料选择的灵活性。多功能多材料耦合结构实现：该设备可打印高复杂度、高精度、多功能、多材料耦合结构，支持同时打印2种材料，可打印层内多材料和层间多材料，且多材料层内过渡区尺寸在200μm以内，为复杂多材料结构制造提供高精度解决方案。

5128型高频头和躯干模拟器问世全新“小绿人” Bruel & Kjaer的全新高频头和躯干模拟器已问世。 它解决了可听声范围内逼真、精确和可重复的声学测量需求。 为了满足越来越高的手机音频品质需求，以及耳机在通信及娱乐中的日益普及，我们的电信/音频团队开发了5128型高频头和躯干模拟器（HATS）。 高频HATS解决了可听声范围内逼真、精确和可重复的声学测量需求。人工头还提供大面积的硅胶围绕耳廓，以实现头戴式耳机的完美密封。高频HATS将音频性能测量的频率范围扩展到比目前市场上的头和躯干模拟器更高的频率范围。此外，人工头的结构更易接近内部组件。 高频HATS具有真实人耳结构的耳道，可在整个频率范围内实现正确的声阻抗并通过传感器电子数据表（TEDS）提供耳模拟器相关的校准信息。通过精确地复现人耳的音频响应，高频HATS可以前所未有的精确度提供高达20 kHz的音频测试。此外，口模拟器的性能也得到提高，可提供12 kHz及以上的均衡输出。这显著提高了智能设备及其配件的音频性能的主、客观评估之间的相关性，确保了新产品在市场上的先进地位，缩短了开发时间。 请访问Bruel & Kjaer官方网站，查询有关5128型高频头和躯干模拟器的详细信息。 关于Bruel & KjaerBruel & Kjaer是先进的声学与振动测量系统制造商和供应商。我们帮助客户测量和管理其产品与环境中的声音与振动质量。我们关注的领域包括航空航天、太空、国防、汽车、地面交通、机场环境、城市环境、电信和音频。我们的声学与振动设备系列包括声级计、传声器、加速度计、适调放大器、校准器、噪声与振动分析仪和PULSE软件。我们还设计和制造LDS系列振动测试系统，以及完整的机场和环境监测系统：WebTrak，ANOMS，NoiseOffice和Noise Sentinel。全面了解我们的解决方案、系统和产品，请访问我们的官方网站。Bruel & Kjaer是总部位于英国的思百吉集团旗下的子公司。思百吉集团2016年销售额达13亿英镑，集团的4个业务板块在全球共有大约7,500名员工。

恭喜重庆地质仪器厂选用爱佩品牌模拟运输振动台壹台，型号：AP-ZD-300，签定日期2015年12月03日，送货地址位于：重庆市沙坪坝区先锋街2号。业务负责人：李冬梅；电话：86-0769-81015055 手机：13316686114；全国服务热线：400-6727-800。重庆地质仪器厂是1969年为响应党中央关于加强三线建设的号召，由北京地质仪器厂、上海地质仪器厂与原重庆地校留守处的部分职工内迁组成的一个企业，工厂原属地矿部（国土资源部）现属为国机集团下的中国地质装备总公司领导，生产地球物理勘探仪器的专业生产企业，性质为全民所有制。重庆地质仪器厂主要从事地质勘探仪器的生产、开发、经营，兼营数字仪表、环保仪器、汽车电器及电子仪器产品和社会有关机械电子一体化产品。面向全国找矿、工程勘探、环境监测，地震预报，寻找地下水源等方面的产品和服务，属于高科技产品生产企业。2001年通过ISO9001质量体系认证，2010年7月获重庆市高新技术企业认定，重庆市沙坪坝区“企业研发中心认定。企业位于重庆市沙坪坝区先锋街2号，是重庆市园林式企业，工厂全厂占地面积18.3万平米,其中生产用地约4.5万平米。企业在2010年被评为重庆市精神文明单位。重庆地质仪器厂主要专业产品有六大系列：1、地震仪器系列产品:DZQ48/24/12等各种型号的地震仪器，高分辨率地震仪，数字深层地震仪等。主要用于：水、工、环的，地质基础调查及找矿。2、测井仪器系列主要产品有：综合数字测井系统、系统轻便工程测井，绞车控制器等各种测井产品、各种用途探管，测斜仪系列产品。主要用于:煤田数字测井，水文工程数字测井，固体金属矿测井，工程测井等。3、电法仪器系列：其中又分为直流电法和交流电法，二大系列产品。主要产品有DZD6—6A多功能直流电法仪，DUK－2A高密度电法测量系统，工程瞬变电磁测量系统等各种型号产品，用于寻找地下水及水、工、环地质勘察，矿产资源勘察等。4、放射性仪器系列有FD－803A，NP－4 γ射线能谱仪等多种系列产品，用于找矿及环境监测等。5、地震传感器系列主要产品有低频系列检波器，大振级检波器，井中三分量检波器和各种中高频检波器等。主要用于深部的地质勘探、人工地震监测、各种工程振动监测和道路、建筑等安评检测等。6、社会产品：汽车、摩托车电喇叭，以及承揽表面加工业务。爱佩品牌模拟运输振动台符合美国及欧洲运输标准及 EN、ANSI、UL、ASTM、ISTA国际运输标准。试品装夹采用导轨式，操作方便、安全、 数字仪表显示振动频率、 同步静噪皮带传动，噪声极低、机台底座采用重型槽钢配减振胶垫，安装方便，运行平稳，无需安装地脚螺丝。重庆地质仪器厂选用的模拟运输振动试验台更多优势特点参数价格请联系爱佩公司客服人员.

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究人员在薄膜荧光传感器研究方面取得进展。该研究为制备优异的薄膜荧光传感器提供了有效策略，对荧光传感与气体吸附的协同过程进行了实验验证与理论计算阐释。相关成果以Fluorophor embedded MOFs steering gas ultra-recognition为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。近年来，薄膜荧光传感器在气体传感领域发挥重要作用，因具有较高的灵敏度、响应性和选择性，是目前最有前景的痕量物质检测技术之一。然而，多数荧光敏感材料存在聚集荧光淬灭（ACQ）效应和光漂白现象，使得满足实际应用要求的荧光传感材料并不多见。这限制了荧光敏感材料在气体检测方面的应用，亟待开发用于气体传感的新型高性能敏感材料。针对薄膜有机荧光探针材料面临的固态荧光量子效率差、光稳定性差等问题，研究人员将有机荧光客体搭载到金属有机框架（MOF）中，开发了一种对气体分析物具有高灵敏度、高选择性、高稳定性的新型主客体式薄膜荧光气体传感器，为构建满足不同需求的薄膜荧光传感器提供了灵活的方法。薄膜荧光传感器在气体传感领域发挥着至关重要的作用。然而，由于聚集引起的淬灭（ACQ）效应和光漂白，实际应用中的荧光传感材料受到限制。该工作以ACQ分子Me4BOPHY-1作为被封装有机客体，采用简单的固相合成方法嵌入金属有机框架ZIF-8中，通过调整负载比例调节其荧光发射特性。MOFs（ZIF-8）为客体分子提供了各种纳米空腔，从而减少了荧光分子的自聚集，有效克服Me4BOPHY-1的ACQ效应。负载不同比例的客体后，分子的固态荧光量子效率从0.76%最高提升到19.72%，从而使其能够在 3 秒的快速响应时间内实现气体传感，检测限低至 1.13 ppb。进一步，研究实现了对神经毒剂沙林的模拟物氯磷酸二乙酯的气相识别。MEMS悬臂梁吸附研究表明，主客体嵌入式MOF传感器对待测气体的预富集赋予了探针优异的气体传感能力，响应时间可达3 s，检测限低至1.13 ppb。MOF的笼化效应提高了对于分析物的选择性，Me4BOPHY-1@ZIF-8对干扰性气体HCl的响应明显变弱，而这在以前的文献报道中是不可避免的。此外，有机金属框架结构的“笼化效应”还确保了传感器良好的光稳定性和热稳定性。有机荧光分子的热分解温度从200 ℃升至527 ℃，且在激发光波段的激光持续4800 s的照射下仍能保持初始荧光强度。因此，主客体设计策略提供了一种对神经毒素分析物具有高 3S（灵敏度、选择性和稳定性）的薄膜荧光气体传感器。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金，以及上海市科学技术委员会等的支持。

传感器(Sensor)是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。　　物理传感器　　物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应：当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样，我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。　　物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。　　比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。我们通常的血压测量都是间接测量，通过体表检测出来的血流和压力之间的关系，从而测出脉管里的血压值。测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片，它将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压，在通过反相器和峰值检测器后，种传感器外形我们可以得到舒张压，通过积分器就可以得到平均压。　　让我们再看看呼吸测量技术。呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于测量呼吸频率的热敏电阻式传感器时，把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从热敏电阻表面流过时，就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。　　再比如最常见的体表温度测量过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的测量机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。　　从以上的介绍可以看出，仅仅在生物医学方面，物理传感器就有着多种多样的应用。传感器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的传感器。传感器测量作为数据获得的重要手段，是工业生产乃至家庭生活所必不可少的器件，而物理传感器又是最普通的传感器家族，灵活运用物理传感器必然能够创造出更多的产品，更好的效益。　　光纤传感器　　近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。　　光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。　　所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。　　光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。　　另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。　　光纤在传感器家族中是后期之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。　　仿生传感器　　仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是机能高、寿命长。在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器。　　仿生传感器按照使用的介质可以分为：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。在生体模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。　　尿素传感器，主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。生体膜能够感受外部刺激影响，离子通道能够接收生体膜的信息，并进行放大和传送。当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时，膜的透过性将产生变化，使大量的离子流入细胞内，形成信息的传送。其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质，它能产生保形网络变化，使膜的透过性发生变化，进行信息的传送及放大。生体膜的离子通道，由氨基酸的聚合体构成，可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸，PLG)为替代物质，它比酶的化学稳定性好。PLG是水溶性的，本不适合电机的修饰，但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成传感器使用的感应膜。　　生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样，在电极上将嵌段共聚膜固定后，如果加感应PLG保性网络变化的物质，就会使膜的透过性发生变化，从而产生电流的变化，由电流的变化，便可以进行对刺激性物质的检测。　　尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器，检测下限为10的负3次方的数量级，还可以检测刺激性物质，但是暂时还不适合生体的计测。　　目前，虽然已经发展成功了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足，所以仿生传感技术尚处于幼年期，因此，以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。　　在不久的将来，模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现，有可能超过人类五官的敏感能力，完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景，但这些都需要生物技术的进一步发展，我们拭目以待这一天的到来。　　红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：(1)辐射计，用于辐射和光谱测量 (2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪 (3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象 (4)红外测距和通信系统 (5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。　　红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。　　电磁传感器　　磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。但是作为现代的传感器，为了便于信号处理，需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献，但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。　　在今天所用的电磁效应的传感器中，磁旋转传感器是重要的一种。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上，元件的输入输出端子接到固定器上，然后安装在金属盒中，再用工程塑料密封，形成密闭结构，这个结构就具有良好的可靠性。磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟一款电磁传感器的外形的优点。除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外，而且有很强的转速检测范围，这是由于电子技术发展的结果。另外，这种传感器还能够应用在很大的温度范围中，有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强，因此耐受各种环境条件及外部噪声。所以，这种传感器在工业应用中受到广泛的重视。　　磁旋转传感器在工厂自动化系统中有广泛的应用，因为这种传感器有着令人满意的特性，同时不需要维护。其主要应用在机床伺服电机的转动检测、工厂自动化的机器人臂的定位、液压冲程的检测、工厂自动化相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元和各种旋转的检测单元等。　　现代的磁旋转传感器主要包括有四相传感器和单相传感器。在工作过程中，四相差动旋转传感器用一对检测单元实现差动检测，另一对实现倒差动检测。这样，四相传感器的检测能力是单元件的四倍。而二元件的单相旋转传感器也有自己的优点，也就是小巧可靠的特点，并且输出信号大，能检测低速运动，抗环境影响和抗噪声能力强，成本低。因此单相传感器也将有很好的市场。　　磁旋转传感器在家用电器中也有大的应用潜力。在盒式录音机的换向机构中，可用磁阻元件来检测磁带的终点。家用录像机中大多数有变速与高速重放功能，这也可用磁旋转传感器检测主轴速度并进行控制，获得高画面的质量。洗衣机中的电机的正反转和高低速旋转功能都可以通过伺服旋转传感器来实现检测和控制。　　这种开关可以感应到进入自己检验区域的金属物体，控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场，当有金属物体进入到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。　　更加突出电磁传感器是一门应用很广的高新技术，国内、国外都投入了一定的科研力量在进行研究，这种传感器的应用正在渗透入国民经济、国防建设和人们日常生活的各个领域，随着信息社会的到来，其地位和作用必将。　　磁光效应传感器　　现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频响不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。　　磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪六十年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。　　比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。　　磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。　　自六十年代末开始，RC Lecraw提出有关磁光效应的研究报告后，引起大家的重视。日本，苏联等国家均开展了研究，国内也有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性，因此对一些特殊场合电磁参数的测量，有独特的功效，尤其在电力系统中高压大电流的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软件和硬件，也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中，最重要的是选择磁光介质和激光器，不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现，磁光效应传感器的性能越来越强，应用也越来越广泛。　　磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器，能够在特定的环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。　　压力传感器　　压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。　　我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应 当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。　　压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低)，所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。　　在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。　　压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。　　压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别压电传感器的外形是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器心乂　　也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。　　压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。　　除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。　　相关控制系统　　继电器控制　　继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。　　最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。　　时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。　　在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。　　除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点 以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。　　而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此，国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。　　可以看出，继电器技术在日常生活中无所不在，而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器为我们的生活更好地服务。　　液压传动控制系统　　液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。　　从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。　　液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。　　液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。　　液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。　　除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。　　根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。　　液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。　　液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。

如果把智能系统比作“人”，那么传感器就是“人”的感觉器官。不同类型的传感器，感知周围环境并把数据传递给系统进行计算，对情况进行实时分析、判断和应对。随着数字化智能化不断深入，各式各样传感器的用武之地大为拓宽，为人类创造美好生活发挥着巨大作用。一部智能手机里有上百个传感器：有用于摄像的CMOS图像传感器，有用于检查环境明暗的环境光传感器，还有用于导航的地磁传感器、陀螺仪，等等。正是基于这些传感器，手机里的各种应用软件才能流畅工作，手机才能成为集工作、生活、娱乐于一体的便携式智能设备，带来人们生活方式的巨大变化。风云卫星上的可见和红外光电传感器，能够不分昼夜地获取大气信息，精准预测天气，甚至在月球上、火星上都有传感器工作，帮助人类探索宇宙奥秘。比人的感官更敏锐、更强大传感器是信息系统的“慧眼”。它就像人类的眼睛、耳朵、皮肤等器官一样，感知周围环境，帮助我们认识多姿多彩的世界。不同之处在于，传感器比人的感官更敏锐、更强大。客观世界所包含的信息多样程度，远远超出我们感官的能力范围。人的眼睛无法观察红外辐射和紫外辐射，耳朵听不见次声波和超声波，对于“不见踪影”却时刻产生影响的磁场也无法感知。这些超出感官范围的信息，传感器都能“感受”到。随着生产力发展，人类越来越需要全方位地感知世界。1821年，科学家利用材料因温差产生电压的原理，研制出世界上第一个传感器——温度传感器。最初，人们直接利用光、热、电、力、磁等物理效应制备各种传感器，这些传感器尺寸大、灵敏度低、使用不方便。上世纪70年代，出现了将敏感元件与信号电路进行一体化设计的集成传感器，如热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这类传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，输出模拟信号。上世纪末开始，数字化传感器快速发展，通过“模拟/数字”转换模块，实现数字信号输出。数字化传感器集成智能化处理单元，可以自动采集、处理数据，并能根据环境自动调整工作参数，数码相机中的光敏元件就是其代表产品。总的来说，传感器的工作原理是某些物质的电学特性会随环境因素变化。例如铂在不同温度下电阻率不同，硅在可见光照射下电阻会减小，石英受到压力后表面会产生电荷，等等。利用电阻与温度的对应关系，可以制成温度传感器，进一步给敏感元件添加隔热结构，依据敏感元件温度变化与红外辐射能量之间的关系，可以制成红外传感器。在此基础上，还可以根据目标温度与红外辐射能量之间的关系，制造出非接触测温传感器。人们熟悉的用来测量体温的额温枪就利用了这一原理。借助丰富的物理和化学效应，人们制备出灵敏度比狗鼻子高1000倍、可以“闻到”气体分子的“电子鼻”，以及可以在黑夜中观察物体的红外相机等种类丰富、功能强大的传感器。没有传感器就没有数字化、智能化数字化是对事物属性的量化，并用数字将其表达为抽象结果。借助现代信息技术，人们可以存储、处理、传播各种数字化信息。传感器可以将事物蕴含的各种信息转换成电信号，并利用数模转换电路将电信号用数字表达，是数字化的有效工具。当你拿出手机拍照片或视频时，光敏传感器会将接收的光强度信号转换成电信号，再按一定的规则用数字表达、存储，最终形成手机屏幕上的影像。数字化基于传感器获取信息。数字化系统需要处理的信息量非常庞大，仅靠人工或者传统设备无法获取，凭借传感器则能够实时、高效、精准、快速地获取，于是有了城市大数据、天气大数据、医疗大数据、农业大数据等。利用各类传感器，人们可以召开远程会议、学习网络课程、扫码支付甚至直播带货，由此发展出数字经济业态。数字经济涉及的云计算、物联网、人工智能、5G通信等各类技术，都与传感器息息相关。没有传感器就没有数字化和智能化。传感器是智能化系统的第一关，它的水平决定了智能化系统及其仪器设备的水平。传感器技术已经成为国际上信息高端器件领域的研究前沿，在人工智能、智慧城市、5G通信、航空航天、生命健康等领域均发挥着不可替代的作用。比如一辆汽车会安装压力、温度、位置、声音、光、电等超过100种传感器，由车载电脑进行处理，帮助驾驶员作出判断。对数据的智能化分析降低了驾驶汽车的难度，让汽车变得更安全、更好开。更进一步，无人驾驶汽车通过传感器实时获取道路信息，一旦发现障碍物，便通过智慧分析及时避让。城市中高楼大厦、桥梁、隧道等建筑，也需要通过视频、温度、压力和烟雾等传感器实时监控安全状况，当数据汇总到一起，智能化系统便会及时分析，凝练出少量关键信息供使用者作出决策。甚至在未来，人类的感官也可以借助传感器变得更加强大，构建起智能化系统。智能传感器开拓新应用场景当前，各类传感器都处在进一步提升性能、降低成本，向数字化、智能化、小型化微型化、绿色低碳、可穿戴等方向进化，呈现出蓬勃发展态势。其中，智能传感器、柔性传感器、新原理传感器的研发具有代表性意义，有望塑造新的工作生活方式。发展智能传感器是重要趋势。借助智能传感技术，人们设计制造出具备获取、存储、分析信息功能的各种传感单元及微系统，实现低成本、高精度信息采集。智能传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造、运动定量监测等方面，还可用于开发无创或微创健康监测器件等。近年来流行的动态血糖仪是个很好的例子。糖尿病患者将柔性传感器无痛置入身体，传感器每5分钟测一次血糖值，并传送到手机应用中。患者可以观察血糖曲线变化，及时通过饮食和运动等方法调节血糖，有的患者甚至由此告别了药物和胰岛素治疗。此外，人们还在研发可降解电子器件，让智能传感器更好助力低碳环保生活。发展柔性传感器是另一趋势。许多应用场景要求传感器制备在柔性基质材料上，并具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。目前制备柔性传感器的常用传感材料有碳基材料（炭黑、碳纳米管和石墨烯等）、金属纳米材料（金属纳米线、金属纳米颗粒等）、高分子聚合物和蛋白纤维等。例如一种具有可拉伸、抗撕裂和自我修复能力的交联超分子聚合物薄膜电极材料，可用于制造下一代可穿戴和植入式柔性电子器件。将集成多功能的柔性传感器与柔性印制电路结合，可以制成“智能带”，把它穿戴在身体的不同部位，可实时监测与分析生理信息，帮助人们特别是感官退化的群体了解自身健康状况。新原理传感器也在不断出现。在基础研究领域，新的规律陆续被发现，人们正利用这些科学新认知制备传感器。同时，技术进步也对基础研究提出新要求。在生活中，人们希望提高相机的像素、灵敏度、速度等性能参数；在高速实验中，需要可以记录飞秒尺度信息的条纹相机；在量子通信中，需要灵敏度达到单光子的光电探测器；在空天科技中，需要实现对高速运动物体和冷目标的探测，等等。这就要求科学家们进一步探索物理世界，发现新现象新规律，提升传感器性能。随着科技快速发展，新材料新工艺不断投入应用，性能更强、种类更丰富、智能化水平更高的传感器将创造更多工作生活新场景，帮助人们“感受”美好生活。（作者：褚君浩，系中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员）

英斯特朗公司- 全球领先的力学性能测试设备的供应商，提供了一个全新创意设计的，基于BLUEHULL3软件平台的TestProfiler功能模块。新的 TestProfiler模块提供设置自动化产品的可靠性测试，真实模拟产品使用功能，软件使用方式前所未有的灵活性。随着BLUEHILL3软件广泛应用，您的产品设计和研发团队可以使用Instron电子万能测试设备和相关解决方案加速新产品检核和验证过程，从而缩短产品投放市场的周期。BLUEHILL3软件上仅需要简单的设置，就可以实现TestProfiler模块以下功能： 重复周期的构件检测，常用于客户测试泡沫和弹簧，或执行保载试验 按步骤加载模式用来模拟医疗设备和消费电子产品的一些使用功能 通过监测和响应内部和外部的传感器和数字状态而建立逻辑化测试流程 试验用Instron环境箱和高温炉对样品温度进行同步控制关于英斯特朗：英斯特朗(INSTRON )是全球领先的材料和构件物性测试试验机制造商，美国五百强公司ITW集团旗下品牌，从基本的软组织到先进的高强度合金材料，其产品被广泛运用于测试各种材料,组件和结构在不同环境下的力学性能和特性。 自1946年英斯特朗成立并研制了世界上第一台闭环控制的电子万能材料试验机和第一个应变片式载荷传感器以来，英斯特朗以成为公认的力学性能测试设备世界领导者为使命，通过提供最高品质的产品，专业的技术支持和世界水平的服务，从而使用户获得拥有英斯特朗产品的最佳体验。 更多新闻垂询请联系: 英斯特朗市场部Kelly Jiang Tel: +86 21-62158568* 8301E-Mail: jiang_min-hua@instron.com 或者您可访问英斯特朗官方网站： www.instron.cn用手机扫一扫，关注英斯特朗微信账号，获取更多英斯特朗的产品信息和测试tips

仪器信息网讯 8月23日，为期三天的2022世界传感器大会在郑州国际会展中心完美落幕，此次传感器大会由中华人民共和国工业和信息化部、中国科学技术协会与河南省人民政府主办，郑州市人民政府、河南省工业和信息化厅、河南省科学技术协会、中国仪器仪表学会承办。福禄克（FLUKE）展位本次世界传感器大会，众多知名传感器公司携新品和主推产品参展，同时也吸引了多家仪器企业参加，福禄克（FLUKE）公司也携一系列计量校准产品亮相。据了解，福禄克早在2000年就收购了Wavetek Wandell Goltermann的精密测量部门，从而稳固了其在电气校准市场内已经获得的地位。近几年，福禄克公司又先后收购了以温度计量和校准著称的 HART公司，以及以压力计量和校准而著称的DHI公司，从而使福禄克公司的计量和校准技术和产品覆盖了电学、温度以及压力，成为全面提供计量和校准产品的仪器仪表公司。1586A高精度多路测温仪（下）和外置接线模块（上）1586A高精度多路测温仪可以扫描测量并记录直至40通道的直流电压和电流，电阻，扫描速度可达每秒10个通道。1586A可以配置为多通道的记录仪在现场使用，也可以配置为参考温度计连接方式用于实验室的温度传感器校准。1586A高精度多路测温仪可满足制药，生物，食品，航空航天以及汽车行业的大量的温度分布，传感器校准，温度测量的应用。2271A工业压力校准器这款仪器兼容两个不同精度级别的模块。PM200模块为大部分量程提供 0.02% FS。PM500模块提供0.01%的读数不确定度，确保2271A可用于测试或校准更高精度的变送器和数字仪表。2271A的压力量程达到-100 kPa至20MPa(-15 psi至3000psi)，满足较宽范围的压力计和传感器需求。仪器内置支持HART功能的电学测量模块(EMM)，因此能够对4-20 mA设备（例如，智能变送器、压力计和开关）进行闭环、全自动校准。此外，该仪器顶部的双测试端口可安装两台被测设备（DUT），提升工作效率。9173高精度干式计量炉干井炉是早期最传统的现场热源。而福禄克最早开发的干式计量炉，其不确定度要远远小于干井炉的不确定度。不确定度越低，客户就越有能力校准准确度更高的传感器。干式计量炉提供了接近恒温槽的性能，但是却不需要昂贵的恒温槽液体。干式计量炉达到预定温度点并且稳定的时间比恒温槽快5到10倍，这样即可节省技术人员的工作时间，提高检定速度。干式计量炉的便携性使其能够到现场进行校准的工作，从而解决了恒温槽在运输上的困难。而此次参展的福禄克9173高精度干式计量炉采用了双段控温技术。传统的炉子在轴向(垂直方向)的温度场很难做到均匀，越接近炉口温度变化就越大。所谓双段控温就是在垂直方向上使用上下两层双路控温的方式，这种新型的模拟和数字控制技术提供了高达±0.005 C的稳定性。而且利用两段控温技术，轴向(垂直方向)的均匀性在60 mm区域内可达到±0.02 ℃。7109A便携式恒温槽在制药、生物科技和食品生产等行业，过程制造工厂大量使用卫生型温度传感器，这些传感器需要定期校准，在校准时必须停止生产。因此，校准效率越高意味着工厂停工时间越短。此外，在有些生产过程中，0.1摄氏度的误差就会造成严重成本损失，温度准确度对于保证质量至关重要。而本次展出的这款7109A便携式校准恒温槽与市面上许多恒温槽相比，系统准确度提高了两倍，能在更短的时间内校准更多的卫生型传感器，工作效率提高四倍。用户可以将4支卡箍式卫生型传感器同时置于恒温槽中进行校准，温度显示准确度达±0.1°C。对于小法兰或没有法兰的卫生型热电阻，校准效率甚至更高。7109A恒温槽覆盖温度范围可达-25°C至140°C，内置测温仪直接用于连接外部参考探头以及被校温度探头。8588A八位半数字多用表8588A是一款八位半数字化标准多用表，专门为校准实验室量身打造，拥有直观的用户界面和彩色屏幕和超过12项的测量功能，包括新增的数字化电压、数字化电流、电容、射频(RF)功率，以及用于交/直流电流的外部分流器，帮助用户将实验室级别的系统测试成本统一整合到单台测量仪器中。8588A拥有1年期直流电压准确度(2.7μV/V@95%置信区间，或3.5μV/V@99%置信区间)和最佳的24小时稳定度(0.5 μV/V@95%置信区间，或0.65 μV/V @99%置信区间)，使其能够傲视市场上其他标准数字多用表。8588A还能够在短短1秒内产生稳定的八位半读数，进一步提高速度覆盖范围。

Knick总部位于德国柏林，成立75年以来，一直专注于接口技术和过程分析领域，致力于开发、生产和销售高品质的产品和服务，并在全球获得了极高的声誉。作为行业领导者，Knick极为注重对研发的投入。我们的创新基于供应商、客户和销售合作伙伴之间紧密的信息和专业知识交流，融入整个公司运营。例如，几十年来Knick一直是高精度信号调理器的代名词。在液体分析领域，Memosens技术也已成为过程分析行业的标准。 山东国际会展中心 展位号：1号馆-C83展会介绍 2022第九届生物发酵产品与技术装备展览会（济南）于2022年7月14日-7月16日在山东国际会展中心（济南市日照路1号）盛大召开，科伲可(上海)电子测量仪器贸易有限公司诚邀您的莅临！ 目前已成为生物发酵产业一年一度行业盛会，展品覆盖、生物工程、发酵工程、细胞工程、蛋白工程、医药、生物医药（抗生素、疫苗等）、生物饲料、生物农药、生物肥料、生物化工、发酵产品（氨基酸及有机酸、淀粉及淀粉糖、酵母及衍生物、酶制剂、发酵功能制品）、食品饮料、酒等生产加工所需的各种新产品、新技术、新装备、新工艺，打造集“展示、商贸、学习、交流”为一体的全产业链，致力于生物技术产业智能制造一站式解决方案。BIO CHINA 2022打造全球生物发酵产业链，本次展会设四大特色展区：“精酿啤酒与技术设备展”、“玉米深加工产品与技术装备展”、“制药机械与包装设备展”、“生化仪器、实验室设备与耗材”。本届展会将为生物发酵供应商提供线上线下国际性贸易洽谈空间，展示自身品牌的实力及经济效益，为生物技术产业创新发展助力，迎接生物产业新蓝海。参展攻略 参观日程开幕/参观：2022年7月14日（09:30-17:00）展会参观： 2022年7月15日（09:00-17:00）展会参观：2022年7月16日 （09:00-15:00）参观路线：1、山东国际会展中心1/2号馆2、展馆距离济南西站4公里。3、展馆距离济南站7.5公里。4、展馆距离济南遥墙国际机场34公里。5、自 驾：济南市槐荫区日照路1号产品简介在液体分析领域，Knick可以提供用于工业过程监测及控制的pH，ORP，电导率，溶解氧变送器。在传感器领域，Knick的Memosens就是一种带有存储功能的数字传感器，Knick基于数字Memosens技术的新产品系列，塑造液体分析设备的未来。得益于其出色的性能，Memosens技术是应对pH/ORP、电导率和溶解氧测量领域特殊挑战的理想解决方案，是适用于化工、石化、制药、发电、食品/饮料以及水/废水处理等众多工业领域（还包括防爆 0 危险区域）的理想液体分析方案。同时，Knick也可以提供各种不同规格和应用场景的变送器，除了模拟量外还有适用于Memosens的数字变送器，安装方便且操作极为便利。针对不同的工况也有不同类型的变送器来满足各类需求，尤其在防爆场合下，Knick的变送器取得了各类国际防爆认证，广泛应用于防爆0区到2区，以及各种防爆线缆。为了更好的使用我们的产品，Knick也提供各种快捷方便的安装组件，以满足不同场景的使用要求：作为一家知名的分析仪器厂家，Knick除了优异性能的各类在线产品，同时也有便携式分析仪，满足现场应急监测和比对校准的需求。尤其是配合Knick特有的Memosens技术，实现数字电极的快速方便校准，维护和使用更为方便。在自动化程度日益增长的今天，产品的使用与维护越来越收到用户的关注，为了更好的使用各类传感器，Knick提供了Unical9000在线自清洗校准系统，成为了电化学产品在工业自动化应用的典型应用解决方案。 科伲可（上海）电子测量仪器贸易有限公司上海市黄浦区复兴中路369号大同商务大厦5楼501室

石墨烯，是当前世界上最薄、最轻、最硬、导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料。它的强大能力常常令人咋舌。一块1厘米厚的石墨烯板，能够让一头5吨重的成年大象稳稳站在上面 用石墨烯做的手机电池，一秒内就能把电充满 以石墨烯为材料的平板电脑，可以随意折叠成手机大小放在口袋里。在电子、航天军工、新能源新材料等领域也有着广泛应用。　　11月25日，在中科院文献情报中心产业情报研究中心主办的第20期《产业技术情报》发布会上，研究人员详细梳理了石墨烯在超级电容器和生物传感器方面的应用情况，首次将两个发布主题聚焦于同一领域，并基于权威数据库分析，对两者未来的发展趋势作出研判。　　石墨烯超级电容器技术：中国处于快速增长期　　当今能源及环境问题日趋严重，以新能源电动汽车为代表的绿色交通工具的发展需求越来越大。而解决其制动能量回收系统的问题是产业发展的关键之一，因此产业对兼顾高能量密度与高功率密度的电化学储能器件的需求越来越迫切。与此同时，超级电容器因具备使用寿命长、充电时间短等优点，被赋予较大期待。石墨烯超级电容器主要研究领域包括：用于电极材料的过渡金属氧化物、活化煤以及氮掺杂石墨烯、集电器表面等方面，涉及技术包括氧化石墨烯单体、过度金属氧化物、氮掺杂、煤活化等。　　随着2004年英国曼彻斯特大学物理学家发现石墨烯的分离制备方法，石墨烯在超级电容器中的应用也逐渐开始迅速发展，专利年发表数量快速增长，于 2012年达到峰值每年280项。目前相关技术专利平均在每年250项左右。中国的石墨烯超级电容器领域技术的发展2009年起迅猛增长，年申请量迅速超过每年100项，于2012年达到峰值，此后基本保持在每年120项以上，处于快速增长期。　　记者发现，在石墨烯超级电容器技术专利权人排名中，前25名专利权人中数量最多的是来自中国的机构(17家)。排名前5位的依次是：海洋王照明科技股份有限公司、中国科学院、韩国三星公司、美国Nanotek仪器公司和浙江大学。　　“从产业技术情报发布的内容来看，我们国家在石墨烯领域的论文和专利的数量还是比较可观的，这些数据充分反映了我们国家的科技活力。”清华大学化工系教授骞伟中说。　　他介绍，目前石墨烯的主要制造市场和应用市场均在中国，国内的众多机构在该领域进行了专利布局。北京和江苏已分别成为国家石墨烯发展和研发较为集中的地区，未来5年到10年这些地区还将在石墨烯领域进行大力布局。　　“从产业化角度来看，目前石墨烯电容器领域技术更多地集中在高校实验室，离产业化还有一段路要走。我们国家应推动高校和企业的衔接，大力推动石墨烯电容器的产业化发展。”骞伟中建议。　　石墨烯生物传感器：中国SCI发文量位列第一　　石墨烯因其特殊的纳米结构，优良的光学、电学等特性以及良好的生物相容性，迅速成为生物传感器研究中的热点材料，并成功检测多种生物小分子、DNA、酶、蛋白质以及细胞等。　　“生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。但石墨烯生物传感器目前处于实验室阶段，还未实现产业化。”国家纳米科学中心博士研究生史济东说。　　据中科院文献情报中心研究人员介绍，石墨烯用于生物传感器领域研究的重点集中在以下两个方面：一是石墨烯电化学生物传感器，包括安倍型传感器、电化学发光型和场效应晶体管型等，涉及酶传感器(用于检测过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸等)、免疫传感器(用于检测病毒、细菌、癌症标志物等)、DNA传感器、蛋白质传感器等 二是石墨烯光学生物传感器，包括荧光传感器和基于共振能量转移传感器。　　石墨烯用于生物传感器领域的SCI论文发文年代分布呈现出如下特征：2005 年至2009年发文量相对较少，年发文量不超过100篇，主要来自美国和中国，研究进展相对缓慢，处于技术孕育期 随着2010年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫因在石墨烯材料方面的研究获得诺贝尔物理学奖，全球石墨烯用于生物传感器领域的SCI发文量增长趋势逐渐明显，其中 2015 年SCI发文量突破了2300篇，相关技术进入快速成长阶段。　　统计数据显示，全球共有85个国家和地区开展了石墨烯用于生物传感器的相关研究，其中中国、美国、印度等10个国家和地区在石墨烯用于生物传感器领域的SCI发文量占总量的81.61%。其中中国在该研究中占有明显优势，发文量占全部论文的47.76% 位居第2位的是美国，发文量占全部论文的 9.39%。　　在高被引论文方面，石墨烯用于生物传感器领域的SCI论文属于ESI高被引论文有345篇，来自35个国家和地区。其中ESI高被引论文主要来自中国(176篇)、美国(86篇)、新加坡(39篇)、韩国(23篇)和印度(15篇)。　　值得一提的是，前10位ESI高被引SCI论文中，有6篇发文来自中国福州大学、中科院长春应用化学研究所、清华大学和中科院上海应用物理研究所4家机构，可以看出中国在该技术领域拥有一定的技术优势。

9月12日，日本厚木-索尼半导体解决方案公司（下称“SSS”）宣布推出用于车载摄像头的新型CMOS图像传感器IMX735，像素水平实现突破，高达1742万有效像素。据悉，自动驾驶为了实现系统自主地进行驾驶操作，需要提供覆盖车辆周围360度环境的先进、高精度的检测和识别性能。因此，对于可以帮助实现这一点并支持开发出更先进的车载摄像系统的图像传感器的需求十分可观。新传感器实现的成像示例（1742万有效像素）新传感器实现的放大图像（1742万有效像素）SSS其他产品的放大图像（839万有效像素）该新型传感器具有以下几个主要特点。首先，该新型传感器的有效像素高达1742万像素，像素水平实现突破，可以高清捕捉拍摄物体，识别更远范围的物体，从而更好地支持检测路况、车辆、行人和其他物体。在驾驶过程中及早地检测到远处的物体有助于提高自动驾驶系统的安全性。扫描方向示意图其次，该传感器采用的读出方法是水平方向逐列输出的读出方式，更容易与同样采用水平扫描方法的机械扫描激光雷达同步。这意味着，搭载该产品的车载摄像头输出的信息可以更容易地与激光雷达收集到的信息融合。这将从整体上提高自动驾驶系统的检测和识别能力。同时，该产品采用自研的像素结构和特殊的曝光方式提高了饱和照度范围，同时采用HDR和LED闪烁抑制功能，也能实现106dB的宽广的动态范围。（使用动态范围优先模式时，动态范围可实现高达130dB）。这种设计还有助于减少拍摄移动物体时产生的运动伪影。该产品还可支持网络安全功能，例如通过公钥算法进行摄像头验证，确认CMOS图像传感器的真实性和进行图像验证，从而检测获取的图像是否被篡改，以及进行通信验证，检测控制通信是否被篡改。

作者：甘露雨 1,2 陈汝颂 1,2潘弘毅 1,2吴思远 1,2禹习谦 1,2 李泓 1,2第一作者：甘露雨（1996—），男，博士研究生，研究方向为锂离子电池安全性，E-mail：ganluyu@qq.com；通讯作者：禹习谦，研究员，研究方向为高比能锂电池关键材料、电池先进表征与失效分析，E-mail：xyu@iphy.ac.cn。单位： 1. 中国科学院物理研究所，北京 100190；2. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院， 北京 100049DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0047摘 要 作为新一代电化学储能体系，锂离子电池在消费电子产品、交通动力系统、电网储能等领域具有重要的应用价值。然而，在锂离子电池的商业化进程中，安全性事故时有发生，影响了锂离子电池的大规模应用。本文从电池安全性的三个研究尺度：材料、电芯、系统，综述了与之对应的重要研究方法，其中每个尺度均包括基于物理样品的实验方法和基于计算机数学模型的模拟方法。本文介绍了这些方法的基本原理，通过典型案例展示了这些方法在安全性研究中的适用场景和作用，并探讨了实验和模拟方法之间的联系，着重介绍了材料热分析、材料加热过程中结构分析、电芯加速度量热分析、电芯安全性数值模拟等方法。基于对多尺度研究策略的系统综述，认为安全性研究需要在各个尺度联合同步开展。最后，展望了下一代锂电池，如固态电池、锂金属电池等，可能面临的电池安全性问题。这些新体系的安全性研究仍处于早期，其材料和验证型电芯的安全性研究是当前阶段值得关注的重要课题。关键词 锂离子电池；安全性；实验方法；数值模拟；固态电池；锂金属电池锂离子电池的研究始于1972年Armand等提出的摇椅式电池概念，商业化始于1991年SONY公司推出的钴酸锂电池，经历超过三十年的迭代升级，已经成熟应用于消费电子产品、电动工具等小容量电池市场，并在电动汽车、储能、通信、国防、航空航天等需要大容量储能设备的领域中展现出了巨大的应用价值。然而，自锂离子电池诞生开始，安全性便一直是限制其使用场景的重要问题。早在1987年，加拿大公司Moli Energy基于金属锂负极和MoS2正极推出了第一款商业化的金属锂电池，该款电池在1989年春末发生了多起爆炸事件，直接导致了公司破产，也促使行业转向发展更稳定地使用插层化合物作为负极的锂离子电池。如图1所示，锂离子电池进入消费电子领域后，多次出现了因电池火灾隐患而开展的大规模召回计划，2016年韩国三星公司的Note7手机在全球发生多起火灾和爆炸事故，除了引起全球性的召回计划外，“锂电池安全性”再次成为广受关注的社会话题。在电动交通领域，动力电池的安全性事故伴随着新能源汽车销售量的提升逐渐增加，据统计，中国在2021年有报道的电动车火灾、燃烧事故超过200起，电动汽车安全性成为消费者和电动车企最关心的问题之一。在储能领域，韩国在2017—2021年期间发生了超过30起储能电站事故，2021年4月16日北京大红门储能电站爆炸事故除导致整个电站烧毁外还造成2名消防员牺牲、1名员工失踪。随着锂离子电池的应用场景日益扩大，其安全性在工业界和学术界均引发了广泛的讨论和研究。图1 锂离子电池近年引起的安全事故在锂电池发展的早期阶段，产业界和学术界更关注锂电池发生安全性事故的本质原因，基于长期的认识积累，锂电池发生安全事故的本质可以总结为：电池在过充、过热、撞击、短路等异常使用条件下温度异常升高，引发内部一系列化学反应，引起电池胀气、冒烟、安全阀打开，同时这些反应会大量释放热量使整个电池温度进一步升高，最终各个化学反应剧烈发生，电池温度不可控地迅速上升，引起燃烧或爆炸，导致严重的安全事故，这一过程也被称为电池的“热失控”。电池从异常升温到热失控过程中存在多个重要的化学反应，它们与温度的对应关系如图2所示。图2 锂离子电池热失控的诱发机制随着锂离子电池的广泛应用，关于锂离子电池安全性的研究逐渐深入，从早期简单的描述现象和定性预测，发展为在多个尺度、采用多种手段研究安全性机理，基于精准测量和数值化模型准确预测电池安全性表现，最终提出应用化解决方案的综合性研究策略。如图3所示，目前对于电池安全性的研究一般从理解锂离子电池电芯的热行为出发，包括利用各类滥用条件测试确定电池的安全使用极限和失效表现，利用绝热量热等手段具体分析电池的热失控行为和特征温度，以及利用热失控数值模拟方法模拟电池的热失控表现；在认识电芯热行为的基础上，需要深入材料本质，利用热分析、物质结构和化学成分分析、理论计算等方法理解电芯发生热失控在材料层面的反应机制，从而为设计制造高安全性的电池提供基础理论的指导；此外，电芯作为电池系统的基础，其热失控行为的精准测量和准确模拟也为在系统层面设计更高安全性的电池系统和管理预警方案提供了理论指导。本文从材料热稳定性、电芯热安全性和大型电池系统热安全性三个尺度介绍安全性研究策略，着重介绍几种实验和模拟方法。基于商用体系锂离子电池的研究策略和成果，进一步探讨了这些方法对于产学研各界研发下一代锂电池所具有的重要意义。图3 锂离子电池安全性研究策略1 材料热稳定性研究锂离子电池发生热失控的根本原因是电池中的材料在特定条件下不稳定，从而发生不可控的放热反应。目前商业化使用的电池材料中，与安全性关系最密切的主要是充电态(脱锂态)过渡金属氧化物正极、充电态(嵌锂态)石墨负极、碳酸酯类电解液和隔膜，其中前三者在高温下均不稳定且会发生相互作用，在短时间内释放大量的热量，而现行常用的聚合物隔膜则会在140～150 ℃熔融皱缩，导致电池中的正负极直接接触，以内短路的形式快速放热。研究人员自20世纪末开始进行了大量材料热稳定性的研究工作，发展了以热分析认识材料热行为，结合形貌、结构、元素成分和价态表征综合研究内在机理的研究方法。近年来计算材料学的发展也为从原子尺度模拟预测材料的稳定性提供了新的方法和手段。1.1 热分析方法热分析是最直接和直观认识材料热行为的方法，指在一定程序控温(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术。对于电池材料来说，一般关注其质量、成分、吸放热行为随温度的变化关系。质量与温度的关系可通过热重分析获得，吸放热与温度的关系可通过差示扫描量热法获得，TG和DSC可以设计在同一台仪器中同步测试，该种方法又被称为同步热分析。TG、DSC、STA等仪器通常采用线性升温程序，通过热天平、热流传感器等记录样品的质量、吸放热变化，由于发展时间较早，测试技术和设备工程化水平较为成熟，已成为认识材料稳定性最重要的测试手段之一。基于热分析结果可以确定材料发生相变、分解或化学反应的起始温度、反应量和放热量，但在锂离子电池中，往往更关心充电态材料在电解液环境下的稳定性和反应热。良好的热稳定性是电池材料进入应用的必要条件，而产热量和产热速度则影响电池热失控的剧烈程度。用于常规热分析样品的坩埚一般为敞口氧化铝材质或开孔的铝金属材质，为了研究材料在易挥发电解液中的热表现，需要使用自制或设备厂商专门提供的密封容器。Maleki等通过STA系统研究了钴酸锂/石墨圆柱电池中各种材料的热分解行为，由于电解液采用高沸点的EC溶剂，所以仅在敞口容器中便可以测试，研究发现全电池截止电压4.15 V时，脱锂态钴酸锂在178 ℃发生分解，产生的氧气和电解液反应释放大量热量，释放的能量达到407 J/g，嵌锂态负极的SEI会优先分解，温度在125 ℃之前，之后会出现持续的放热反应，释放能量为697 J/g，而当负极发生析锂后释放能量会上升到827 J/g，这一结论有力支持了近年来析锂电池安全性下降的报道。Yamada等利用DSC确认了充电态磷酸铁锂(LiFePO4)的稳定性很好，与电解液的反应温度大于250 ℃，放热量仅为147 J/g，显著低于层状氧化物材料。Noh等利用密封容器系统研究了不同Ni含量的三元正极材料Li(NixCoyMnz)O2，比较热分析结果发现脱锂态三元材料的热稳定性与Ni含量呈现负相关性，且在x0.6之后加速下降。材料经过改性后，其稳定性需要通过热分析进行确认，研究人员基于DSC发现核壳浓度、包覆等方法均能不同程度地提高正极材料的热稳定性。需要注意的是，热分析的数据质量与实验条件、样品制备方法密切相关，目前并没有严格一致的测试规范，文献中不同单位之间的测试结果横向对比性很差，很多电池材料的热稳定性尚缺乏准确定量的结论。除了DSC、TG外，还有一类特殊的热分析方法是利用加速度量热仪研究反应的起始温度。与常规热分析采用线性升温不同，ARC使用的升温程序是加热-等待-检索模式，即步进式地在每个温度点保持恒温，如果检索程序发现样品的升温速率超过0.02 K/min，则通过同步样品的升温速率保持样品处于绝热状态，从而跟踪样品的自加热升温过程，否则开始加热至下一个温度点进行恒温、检索。不难发现，ARC获取的是样品近似热力学上的失稳温度，由于检测精度高，获得的失稳温度往往比DSC、TG等方法获得的低很多。Dahn课题组基于ARC测试了大量材料-电解液体系的反应起始温度，基本均低于DSC数据中的放热主峰。事实上，Wang等在低升温速率的DSC测试中也发现充电态材料与电解液的放热起始点远早于剧烈的放热峰。这些信息表明材料失稳到完全失控的过程并不是突变式的，整个体系动态演变的过程仍然缺乏深入的研究认识。图4 (a) DSC基本原理；(b) 脱锂态正极-电解液的DSC测试结果1.2 物相分析技术电池材料在升温过程中发生相变和化学反应，其形貌、结构、成分和元素价态都有可能发生变化，这些变化需要基于对应的方法进行表征分析，如利用扫描电子显微镜观察材料热分解前后的形貌变化，利用X射线衍射和光谱学研究材料结构和元素价态演变。由于材料热分解和热反应存在显著的动力学效应，在加热过程中原位测试可以最大程度地还原物相变化的真实过程。目前较为成熟的原位表征技术主要有两类：一类是与热分析仪器串联使用的质谱、红外光谱等，可以实时监测物质分解产生的气体类型，判断材料加热过程中化学组成的变化；另一类是原位X射线衍射技术，通过特制的样品台，可以在升温过程中实时、原位测定材料的结构变化，目前全球多数同步辐射光源和一些实验室级的X射线衍射仪上都可以实现原位变温XRD测试。Nam等利用变温XRD发现脱锂态LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构在350 ℃向尖晶石转变，而加入电解液后该转变温度会下降至304 ℃。Yoon等在LiNi0.8Co0.2O2中发现了类似的规律，并发现MgO包覆可以改善脱锂态正极在电解液中的相变。图5展示了变温XRD和MS的联用技术，系统研究了不同Ni含量的脱锂态NCM三元正极在升温过程中的结构和成分变化，研究发现三元正极失稳释放氧气的过程与结构在高温下转化为尖晶石相的行为直接对应，且这一过程的起始温度随镍含量的上升显著下降，NCM523的起始相变温度约为240 ℃，NCM811则小于150 ℃，从体相结构的本征变化解释了高镍正极在电池应用中热安全性差的原因。以上工作都是基于同步辐射光源实现的，由于同步辐射提供的光源质量高、扫谱速度快，更适用于研究与时间相关的动力学问题。除此之外，近年来基于X射线谱学以及拉曼光谱实现同步表征的方法均有所发展。结合通过热分析手段观察得到的材料热行为信息，并对升温过程中材料物相变化的研究，可以更深刻地理解材料演变以及电池体系热失稳的动力学过程，为材料的安全性改良提供理论指导。图5 基于原位XRD和质谱对镍钴锰酸锂结构稳定性的研究1.3 计算材料学基于材料原子结构计算预测材料的全部性质是计算材料学家的终极追求。材料的热力学稳定性可以基于密度泛函理论计算。DFT中判断材料稳定性的依据是反应前后的能量差ΔE是否小于0，如果ΔE小于0，反应能发生，则反应物不稳定，反之同理。Ceder等在1998年就计算了LiCoO2脱锂过程结构相变的过程，计算结果与实验结果吻合良好。然而目前大多数热力学计算不考虑温度效应，且热力学只能作为反应进行方向的判据，无法预测反应速率等动力学问题，考虑温度和动力学计算则需要使用成本较高的分子动力学、蒙特卡洛或者过渡态搜索方法。相对于材料本身的稳定性，计算材料学对于计算预测两种材料间的界面稳定性存在一定优势。Ceder等计算了不同正极和固态电解质之间的稳定性，为选取界面包覆的材料提供理论指导。Cheng等利用AIMD模拟Li6PS5Cl|Li界面，发现界面副反应会持续发生，材料界面之间的副反应是自发发生的，与通常认为的界面钝化效应有所差异。此外，正极材料中的相变析氧、过渡金属迁移等问题的计算模拟也都处于初期开发阶段，仍需持续探索。总的来说，目前阶段材料层级的理论模拟技术与实验技术的差距仍然较远，需要研究人员的持续努力。2 电芯热安全性研究电芯指电池单体，是将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置，通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子。电芯的热安全性特征是电池工业界最关注的内容之一，它是电池材料热稳定性的集中表现，也是制定规模化电池系统安全预警和防护策略的基础。由于电芯内部具有一定的结构，其安全性会呈现一些在纯材料研究中不被讨论的特点，使得电芯安全性具有更广泛的外延和认识角度。工业上一般通过滥用实验来研究和验证电芯产品的安全性，近年来基于扩展体积加速度量热仪(又称EV-ARC)的安全性测试方法有较快发展，此外电芯安全性模拟方法也从早期的定性分析发展到可以准确仿真预测热失控进展的水平。2.1 滥用测试国际电工委员会(IEC)、保险商实验室(UL)和日本蓄电池协会(JSBA)最初定义了消费电子产品电芯的滥用测试，模拟电芯工作可能遇到的极端条件，通常分为热滥用、电滥用和机械滥用。常见的热滥用为热箱实验，电滥用包括过充电和外部短路实验，机械滥用包括针刺、挤压、冲击和振动等。企业和行业标准一般将电池对滥用测试的响应描述为无变化、泄漏、燃烧、爆炸等，也可基于附加的传感器和检测系统记录温度、气体、电压对滥用的响应。电芯通过滥用测试的标准是不燃烧、不爆炸。锂电池应用早期研究人员大量研究了电池对各类滥用测试的响应与使用条件、材料体系、充电电量等的影响，提出了各类滥用机制引发电池热失控的机理。滥用测试中最难通过的项目是针刺测试，近年来关于针刺测试的存废引起了较大争议，但提高电芯的针刺通过率仍是锂电池安全性研究的重要课题之一。由于滥用测试针对的是商用成品电芯和贴近真实的使用条件，目前更多作为电池行业的安全测试标准而非研究手段。2.2 EV-ARC测试早期的ARC只适用于研究少量材料样品的热失控行为，Feng等发展了利用EV-ARC研究大体积电芯绝热热失控行为的方法，研究的方法原理和结论如图6所示，由于EV-ARC的加热腔更大，所以需要更精准的控温技术和更严格的校准方案。基于EV-ARC测试可以定量标定出电芯热失控的特征温度T1、T2和T3，分别对应电芯自放热起始温度、电芯热失控起始温度和电芯最高温度，为评价电芯安全性提供了更精确定量的评价指标，标准化的测试条件可以帮助建立统一可靠的电芯热失控行为数据库，分析了不同体系电芯的热失控机理。Feng等利用EV-ARC首次提出正负极之间的化学串扰会引起电芯在不发生大规模内短路的情况下热失控，说明脱锂正极释氧是现阶段影响电芯安全性的关键因素。Li等研究快充后的电芯发现快充析锂导致T1大幅下降，说明析锂同样是电芯安全监测中需要重点关注的问题。以上这些问题都是在常规的滥用测试中难以定量验证的。图6 基于EV-ARC对电芯热失控的研究相比于普通的加热滥用实验，EV-ARC实验环境的温度由程序精确控制，获得的测试结果重复性更好、数据可解读性更高，近年来已成为评价和研究电芯安全性的重要手段。然而EV-ARC模拟的绝热热失控环境与真实的电池滥用工况仍有所差异，评价电芯的实际安全性仍需大量模拟真实严苛工况的测试手段。2.3 高速成像技术为了更直观地理解热失控过程中电池内部物质、结构的演化，研究人员发展了结合红外测温以及原位针刺等辅助功能的透射X射线显微方法如图7(a)～(c)所示。由于热失控往往是在极短的时间内发生剧烈的反应，同时伴随剧烈的物相、结构变化。这一特点给TXM表征方法提出了相当高的时间分辨率的要求。实验室X光源能够发射出的X射线光电子数量有限，采集一组TXM影像数据需要较长的时间。为了观察剧烈变化的热失控过程，Finegan等在欧洲同步辐射实验室(ESRF)使用同步辐射光源将TXM的曝光时间降低至44 μs，配合针内预埋的热电偶温度传感器，实现了对针刺发生时电池内部形貌与刺入点温度的同步监控。该团队利用这种手段研究了刺针纵向与径向刺入18650商业圆柱电池时电池内部热失控行为的差异。Yokoshima等采用实验室光源进行连续实时的透射X射线照相技术，也得到了软包电池在针刺过程中结构随时间变化的一组透射投影图。该方法以4 ms的时间分辨率较为清晰地观察到了针刺入软包电池后电池内部每一层材料的形变过程，以及针刺深度与热失控程度的对应关系。图7 基于X射线成像技术对电芯热失控的研究由于透射投影图只能反映某一方向上二维的信息，如果要对真实三维空间中物质的分布做精确地定量，需要借助计算机成像技术。如图7(d)所示，Finegan等利用同步辐射光源X射线高亮度的特征，在欧洲同步辐射装置(ESRF)的线站上搭建了一套集合原位红外加热、红外测温与高速CT的装置。使用红外加热，实现在线的18650电池升温，同时进行连续的X射线CT成像。连续扫描的TXM投影图能够反映极高时间分辨率的热失控电池内部情形。基于每500张TXM重构得到1个X射线CT结果能够达到2.5帧每秒，实现了一定时间分辨率的电池内部空间分布成像。通过CT结果能够清晰地看到热失控过程中各个阶段的电池材料变化，如电极活性物质层破损、铜集流体融化再团聚等。结合TXM技术获得的投影图和高速X射线CT结果，可以清晰认识热失控过程中电池内部不同位置各个材料的反应、产气、结构破坏等失效行为。另一方面，配合诸如针刺、红外加热、挤压、拉伸等原位实验，可以帮助研究与理解电池的各类宏观失效行为。2.4 电芯热失控数值模拟电芯安全测试的维度广、涉及的测试项目多，通过实验评价电芯安全性需要大量样品和时间成本。同时，产品级电芯的研发周期长、成本高，安全性评估往往处于电芯研发周期的后端。通过数值模拟方法预测电芯安全性测试表现可以大幅度降低实验成本，且在产品研发的前期便对体系的安全性做出判断，大大提高研发效率。电芯热失控数值模型的核心是准确描述电芯热失控过程中的化学反应及吸放热量，从而基于能量守恒模拟电池温度在不同条件下的动态变化。化学反应的吸放热一般通过Arrhenius公式描述 (1)式中，图片指反应的产热量；图片为反应物的质量；图片为反应单位质量的吸放热；α为反应的归一化反应量；图片为机理函数；图片为反应的指前因子；图片为反应活化能。通过热分析实验可以测定求解以上参数，这也是热分析动力学的基本问题。电芯升温过程中内部会发生多个反应，它们对电芯升温的贡献可以看作线性叠加，通过准确描述所有反应即能较为精准地预测电芯在不同条件下的温度变化行为 (2)上述方程中，图片为电芯密度；图片为等压比热容；图片、图片、图片为电芯中沿各个方向的热导率；图片为对所有化学反应的产热速率求和；图片为电池与环境换热所引起的能量变化。预测温度变化需要求解二阶含时偏微分方程，如果认为电池中的反应和空间无关，电芯温度均匀上升且电芯体系与外界无热交换，也可简化为一阶微分方程 (3)基于该理论，Hatchard等将电池中主要的化学反应总结为SEI分解、负极-电解液反应、正极-电解液反应、电解液分解反应，计算了方形和圆柱电芯在热箱中的热行为。Spotnitz等总结了早期文献中的反应动力学参数，并基于均一电芯模型系统预测了不同材料体系的电芯在各类滥用测试中的表现。通过理论模拟，可以仅基于少量小规模实验数据对实际电芯的安全性表现进行系统预测。Feng等、Ren等基于热分析动力学和非线性优化算法重新标定了电池中关键反应的动力学参数并进行了更准确的热失控模拟，他们的模型利用DSC测试获得的参数准确预测了电池在ARC中的热失控表现，可以进一步用于预测热箱、短路等条件下的安全性。需要指出的是，不同材料体系、配方和工艺的电芯中涉及的反应机制和动力学可能存在差异，如近年来电芯内短路、正极-电解液反应和正负极化学串扰三者是否均在热失控过程中主导发生的问题引起了广泛争论，安全性的数学模拟并非空中楼阁，而是建立在具体实验和对电池内部化学反应深刻理解的基础上。由于算力的限制，早期的安全性仿真工作大多不考虑温度空间分布或只计算一维分布，而空间分布在大容量电池和真实工况中是不可忽略的，Kim等、Guo等较早提出了描述热失控温度分布的三维电池模型。近年来数值计算方法的发展和商业计算软件的成熟大幅降低了安全性模拟仿真的难度，Feng等利用商业化的有限元计算软件Comsol Multiphysics建立了大容量三元方形锂离子电芯的热失控仿真模型，可以模拟电芯在短路状态下热失控过程和温度的分布，与实测有较好地拟合结果。除了电芯的热行为，电滥用和力学失效对安全性也存在一定的影响，目前，通过构建电-热耦合模型研究电池非等温电化学性能和短路热失效表现的方法目前已较成熟[59-60]，而力学失效如碰撞、针刺等引起热失控的数值模型仍需要持续地开发。3 系统热安全性研究电池系统的安全性是目前锂电池应用面临的最直接问题，其研究重点是系统中热失控的扩展规律与抑制、预警措施。目前商品化电芯的热失控无法完全避免，在系统层面防止热失控扩展是可能的安全性解决方案。在系统层级开展实验研究的成本较高，但难以避免，在模拟仿真的辅助下可以提前预测优化系统设计，降低实验成本。3.1 热失控扩展和火灾危险性测试电池系统热扩展的实验研究成本和危险性较高，主要方法是通过加热、过充、针刺等方式诱发电芯单体的热失控，并利用接触式热电耦、红外测温等手段研究温度在系统中的分布和变化，这种方式只能获得局部多点的热失控信息。Wang团队在国内首次开发了全尺寸锂离子电池火灾危险性测试平台，用来测量大尺寸动力电池及电池组的燃烧特性，除了可以获得电池温度变化外，还可以获得电池组失控过程中的质量变化、火焰温度等信息，同时基于锥形火焰量热等技术可以测定大型电池系统宏观燃烧所释放的能量。与电芯EV-ARC等方法获得的信息不同，在真实环