红外光电传感器

随着全球气候变暖，带动各行各业对温度的讨论和关注；人们对健康越来越重视；医疗领域中先进仪器设备的持续引入，温度传感器技术不断升级，不仅在精度、响应速度等方面得到了提高，还出现了更多的类型和功能。近期，苏州灵动佳芯推出一款非接触式红外体温传感器芯片ZT9799，采用量子阱红外光电探测技术，快速探测红外波段的光信号，完成红外波段光信号探测，转换为电信号并通过芯片内部的温度计算单元实现实时温度值计算，精度可以达到±0.1℃以内。产品特点1) 尺寸小，LGA封装 6PIN，仅为1.9mm x 2.3mm x 0.68mm；2) 功耗低：休眠模式在0.76μA，低功耗模式2.56μA@2HZ，高信噪比模式19.71μA；3) 响应速度快：最快可以20ms计算温度值@50HZ；4) 测量精度高：实验室测试校准后测试精度在0.1℃内(高精黑体精度达0.007℃)；5) 接口简单：通过I2C接口读取计算后的温度值(±0.1℃)，对于功耗要求高的场景，可以通过预设温度值，INT方式唤醒MCU读取温度值。应用场景高精度非接触式人体温度测量（医疗级别）家电产品温度检测应用可穿戴产品温度监控IOT、工业、仓储领域温度监控应用案例| 基于ZT9799温度传感器的耳温枪设计灵动佳芯用ZT9799组装了一个耳温枪DEMO，并进行了包括精度测试，热冲击测试以及真人测试等在内的各种场景测试。耳温枪精度测试灵动佳芯基于上述结构设计考虑，组装成耳温枪DEMO实际测试看测温效果，从实际测试情况来看，在35℃~42℃范围内测量精度在±0.1℃内，在这个温度之外测量精度控制在±0.3℃以内。耳温枪热冲击测试在抗热冲测试具有比较好的表现，能够满足医学红外耳温计标准要求。行业标准要求在60s内达到精度0.2℃，但灵动ZT9799可以在40s内达到精度0.1℃，测试速度及精度远高业内标准。耳温枪真人实际测试数据对比国外知名耳温枪做了对比测试，从测试结果上看，灵动佳芯温感测试温度与国外耳温枪测试结果数据一致，在国内自研自产以及性价比上更具优势！| TWS耳机温度传感器灵动佳芯针对TWS耳机增加温度传感器并进行测试。用高精度黑体作为被测物体，测试温度从35℃到42℃，测试数据显示，灵动ZT9799能保证测量精度在0.1℃范围内，达到医疗级别。| 智能手表温度传感器智能手表越来越普及，在可穿戴产品中，智能手表的佩戴时间相对比较长时间，增加温度传感器来检测人体温度是比较不错的产品类别。灵动佳芯推出的非接触式光学温度传感器，完美的解决了传统接触式温度传感器对测温时长及测温环境的限制，在智能手表上设计相对简单（温感芯片ZT9799 FPC软板固定在手表内壳上，在手表后壳上用硅平片作为光窗），对佩戴要求没那么严格，只要能保证红外温度传感器能对准手腕皮肤就可以实现精准体温测温。灵动佳芯简介苏州灵动佳芯有限公司总部位于江苏省苏州市高新区。以压电陶瓷/化合物有机压电材料开发，芯片设计，算法开发为核心，集材料研发、芯片设计、技术服务、生产于一体，与中科院达成长期技术合作。公司产品包括各类压电传感器，光学传感器整体解决方案。服务于机器人，智能穿戴，消费电子，车载，医疗等相关领域，致力于成为智能传感器解决方案领导者。

国内企业目前在成熟的国内企业目前在成熟的传感器传感器产品上已经占据了成本和技术优势，在高端的产品领域(光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器、GIS传感器等)国内企业已经突破了技术门槛，处于推广前期，一旦成功突破市场，将迎来又一次高速增长。产品上已经占据了成本和技术优势，在高端的产品领域(光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器、GIS传感器等)国内企业已经突破了技术门槛，处于推广前期，一旦成功突破市场，将迎来又一次高速增长。传感器由于具有较高的专业性，除国际一线厂商霍尼韦尔，博世，意法半导体，MEAS等公司具有较为全面的传感器品类，其余公司基本集中于某一细分领域，例如ABB的主要传感器产品适用于电力行业，飞思卡尔产品则是在汽车电子和消费电子领域，Vishay集中于工业称重领域。国内公司中情况也是如此，汉威电子的产品主要为气体传感器，孝感华工高理的产品主要为温度传感器。 　　气体传感器方面，2011年中国市场容量在1100万只左右，汉威电子作为国内气体传感器的龙头，销售了650万只，国内市场占有率60%左右，公司坚持“聚焦专业细分市场”的发展战略，通过多年努力，已经掌握半导体类传感器、催化燃烧类气体传感器、电化学类传感器、红外光学类气体传感器的生产技术并批量化生产，是目前国内唯一能生产以上四大类气体传感器的企业，气体传感器技术方面保持国内领先。其产品和解决方案已获得市场的广泛认可，主要用于检测、监控可燃性气体、有毒有害气体和特种气体。公司表示将深耕气体传感器市场，并大力培养和拓展燃气监控领域的市场，预计未来三年传感器在燃气领域的市场将有每年15%以上的复合增长率。由于气体传感器占整个传感器市场的比重不足3%，发展空间相对有限，公司不满足于仅在气体传感器领域拓展，转而开拓温度等传感器市场。公司近年研发生产热释电传感器，2011年销量就已经达到300 多万支，贡献收入约500 万元，如业务拓展较为顺利，预计未来几年均能实现100%以上的增长。 　　温度传感器方面，华工新高理则是国内最大的厂商，目前其温度传感器的产能在7亿只以上，在家用空调传感器领域国内市场占有率预计 70%，公司建有教育部敏感陶瓷工程研究中心等国家级科研机构，公司产品具有国际竞争力，LG、三星、美的、格力等国内外知名企业均为公司的核心客户，由于变频空调等产品对传感器的需求是传统产品的2-3倍，预计未来传感器在家电市场仍将保持10%-20%稳定的增长。公司通过近年来的技术研发向高端市场拓展，积极进入车用传感器市场，由于汽车温度传感器价格在6元左右，远高于家电传感器产品，如果公司产品能通过中高端品牌汽车厂商认证，并形成批量出货，其盈利前景将非常可观。 　　高端传感器领域里，我国正处于技术门槛已经突破，市场门槛即将突破的阶段，部分公司在光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器、GIS传感器等领域取得一定的突破，例如苏州固锝的加速传感器、中航电测的热敏传感器，但尚未形成规模，在国家政策的支持和推动下，我国的传感器行业将获得高速成长。

随着柔性电子领域的快速发展和物联网技术的普及，能够用来监测人类生理指标（如心跳、脉搏、运动周期、血压等）和机械运行状态（如主轴跳动、机器人运动状态感知等）信号的可穿戴电子器件逐渐应用到社会生活中。可穿戴电子器件的共形设计和制造使其在电子皮肤、柔性传感和人工智能中具有潜在的应用前景。当前，大多数电子器件是利用光刻、压印技术和电子束在硅表面进行制备。然而由于缺乏弯曲表面的加工工艺，要制备与复杂曲线表面（例如人体关节）共形的电子器件尤为困难。面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL）可快速制造并成型任意形状和可设计的结构，为三维共形柔性电子器件的制造提供了灵活性和简便性。然而，考虑到柔性材料的成型工艺与功能特性，传统的制造工艺限制了功能材料的设计范围，降低了微结构的设计与成型尺度，制约了功能器件的成型和性能提升的范围。图1 论文工作的摘要图近日，西安交通大学机械工程学院陈小明、李宝童、邵金友教授等研究人员，从功能压电纳米复合材料的改性与压电器件的微结构拓扑优化等两方面出发，利用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，10μm精度，深圳摩方），通过设计并调节压电氮化硼纳米管材料（BNNTs）和光敏聚合物树脂的界面相容性，结合拓扑优化微结构方法，实现了具有高灵敏度、宽响应，且结构可覆形的柔性压电传感器制造。该研究以“3D printed piezoelectric BNNTs nanocomposites with tunable interface and microarchitectures for self-powered conformal sensors”为题发表在国际高水平期刊《Nano Energy》上，为高性能可穿戴柔性压电传感器件的设计与制造提供了新思路。工作要点一：功能纳米复合材料（BNNTs）的表面改性与材料制备，超低负载量（0.2wt%）的纳米复合材料表现出出色的压电性能：图2 功能纳米复合材料（BNNTs）的设计、改性与表征：a）BNNTs表面功能化工艺；（b）原始BNNTs/功能化BNNTs和树脂基体界面力学行为示意图；（c）极化与未极化BNNTs等压电输出信号为了提高压电纳米填料在有机聚合物溶液中的相容性和分散性，以及纳米复合材料的压电性能，通过用硝酸处理来实现纳米管表面的氧化和羟基形成，在超声处理下，官能化分子（TMSPM）与BNNT-OH表面的官能团嫁接，生成化学官能化的纳米管（F-BNNTs）。同时，纳米管上的丙烯酸酯基团显着提高了BNNTs在聚合物基体溶液中的分散性及压电输出；实验表明：相对于原始BNNTs，基于F-BNNTs的复合压电聚合物的压电输出提高了140% （见图2）。工作要点二：结构拓扑优化显著提高了复合材料的压电性能，微结构的纳米复合膜在较宽的响应区域上展现出高灵敏度； 课题组研究人员的前期研究工作表明，微结构化能显著提升压电器件的输出信号（Small 13 (23), 1604245；Nano Energy 60, 701等）。因此为了实现器件电信号输出的最大化，本文采用结构拓扑优化的方法优化压电膜的微观结构，并利用高精度面投影微立体光刻3D打印的微尺度加工能力，实现拓扑微结构的制造。数值模拟结果表明，微结构的引入能显著提高压电输出，并且具有优化微结构（struct B-P 和struct C-P）的压电薄膜能进一步提高信号输出（见图3）。图3 平面和微图案化压电薄膜的设计和仿真结果通过微结构3D打印拓扑结构及压电信号测试，表明F-BNNTs /树脂复合膜的最大输出电压记录为4.7 V，与原始的平面F-BNNTs压电膜相比，输出提高了4.3倍，比未官能化的BNNTs基复合膜高出10倍。这种显著增强主要归因于聚合物和压电填料之间有效应力传递，以及复合膜的拓扑微结构设计。图4 （a-f）不同微结构压电薄膜；（g）薄膜压电输出；（h）压电微结构薄膜的压电输出实验与仿真对比工作要点三：基于PμSL技术实现共形压电器件制造与应用；与传统的微加工方法相比，面投影微立体光刻3D打印技术在设计和制造具有复杂几何形状的共形电子器件上具有更大的灵活性，如图5所示，曲面形状和微结构的制造证实了功能材料在复杂表面上的非平面制造能力。图4 （a）面曝光3D打印原理；（b）微结构化的共形薄膜示意图可打印压电材料被用于构造机器人手的智能触觉应变传感器。为了确保压电器件在弯曲或不平坦表面上的功能性，根据机械手的表面设计了合适的3D模型，然后将共形器件打印并安装到机械手不同的指骨上，通过建立应变感应电压与特定手部姿势的映射关系，手指上的应变传感器阵列可为机械手提供触觉感测的能力。图5（a–d）机械手上的共形应变传感器可转换不同的姿势，例如松弛（a），抓取（b），吊勾（c）和托平（d）；（e）从托举球到抓紧球的姿势以及相应的电压响应（f）。如图5所示，手指上的应变传感器阵列可以使用14个压电应变传感器直接转换手的姿势，当用手握住不同结构的物体时，应变传感器会记录弯曲手指的不同输出信号。从预定义的传感器中获得的针对这种姿势的力的大小及其空间分布。3D打印的共形柔性压电传感器件可用于捕获接触区域上的力分布并监视机械手的不同运动，使其更能像人手一样具备相关功能，在人机交互中应用。本研究提出了一种面投影微立体光刻3D打印功能化纳米复合材料实现功能器件制造的方法，并通过材料改性与微结构设计两方面协同提升信号输出。研究结果表明：在光固化聚合物树脂中掺杂低负载量（0.2 wt％）的功能化氮化硼纳米管，并进行微结构拓扑优化，可实现高性能压电器件的制造。该方法制备的传感器在智能机器人、仿生电子皮肤、曲面结构件健康检测与人机接口等领域有广泛的应用前景。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520308776官网：https://www.bmftec.cn/links/10

随着柔性电子领域的快速发展和物联网技术的普及，能够用来监测人类生理指标（如心跳、脉搏、运动周期、血压等）和机械运行状态（如主轴跳动、机器人运动状态感知等）信号的可穿戴电子器件逐渐应用到社会生活中。可穿戴电子器件的共形设计和制造使其在电子皮肤、柔性传感和人工智能中具有潜在的应用前景。当前，大多数电子器件是利用光刻、压印技术和电子束在硅表面进行制备。然而由于缺乏弯曲表面的加工工艺，要制备与复杂曲线表面（例如人体关节）共形的电子器件尤为困难。面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL）可快速制造并成型任意形状和可设计的结构，为三维共形柔性电子器件的制造提供了灵活性和简便性。然而，考虑到柔性材料的成型工艺与功能特性，传统的制造工艺限制了功能材料的设计范围，降低了微结构的设计与成型尺度，制约了功能器件的成型和性能提升的范围。图1 论文工作的摘要图近日，西安交通大学机械工程学院陈小明、李宝童、邵金友教授等研究人员，从功能压电纳米复合材料的改性与压电器件的微结构拓扑优化等两方面出发，利用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，10μm精度，深圳摩方），通过设计并调节压电氮化硼纳米管材料（BNNTs）和光敏聚合物树脂的界面相容性，结合拓扑优化微结构方法，实现了具有高灵敏度、宽响应，且结构可覆形的柔性压电传感器制造。该研究以“3D printed piezoelectric BNNTs nanocomposites with tunable interface and microarchitectures for self-powered conformal sensors”为题发表在国际高水平期刊《Nano Energy》上，为高性能可穿戴柔性压电传感器件的设计与制造提供了新思路。工作要点一：功能纳米复合材料（BNNTs）的表面改性与材料制备，超低负载量（0.2wt%）的纳米复合材料表现出出色的压电性能：图2 功能纳米复合材料（BNNTs）的设计、改性与表征：a）BNNTs表面功能化工艺；（b）原始BNNTs/功能化BNNTs和树脂基体界面力学行为示意图；（c）极化与未极化BNNTs等压电输出信号为了提高压电纳米填料在有机聚合物溶液中的相容性和分散性，以及纳米复合材料的压电性能，通过用硝酸处理来实现纳米管表面的氧化和羟基形成，在超声处理下，官能化分子（TMSPM）与BNNT-OH表面的官能团嫁接，生成化学官能化的纳米管（F-BNNTs）。同时，纳米管上的丙烯酸酯基团显着提高了BNNTs在聚合物基体溶液中的分散性及压电输出；实验表明：相对于原始BNNTs，基于F-BNNTs的复合压电聚合物的压电输出提高了140% （见图2）。工作要点二：结构拓扑优化显著提高了复合材料的压电性能，微结构的纳米复合膜在较宽的响应区域上展现出高灵敏度； 课题组研究人员的前期研究工作表明，微结构化能显著提升压电器件的输出信号（Small 13 (23), 1604245；Nano Energy 60, 701等）。因此为了实现器件电信号输出的最大化，本文采用结构拓扑优化的方法优化压电膜的微观结构，并利用高精度面投影微立体光刻3D打印的微尺度加工能力，实现拓扑微结构的制造。数值模拟结果表明，微结构的引入能显著提高压电输出，并且具有优化微结构（struct B-P 和struct C-P）的压电薄膜能进一步提高信号输出（见图3）。图3 平面和微图案化压电薄膜的设计和仿真结果通过微结构3D打印拓扑结构及压电信号测试，表明F-BNNTs /树脂复合膜的最大输出电压记录为4.7 V，与原始的平面F-BNNTs压电膜相比，输出提高了4.3倍，比未官能化的BNNTs基复合膜高出10倍。这种显著增强主要归因于聚合物和压电填料之间有效应力传递，以及复合膜的拓扑微结构设计。图4 （a-f）不同微结构压电薄膜；（g）薄膜压电输出；（h）压电微结构薄膜的压电输出实验与仿真对比工作要点三：基于PμSL技术实现共形压电器件制造与应用；与传统的微加工方法相比，面投影微立体光刻3D打印技术在设计和制造具有复杂几何形状的共形电子器件上具有更大的灵活性，如图5所示，曲面形状和微结构的制造证实了功能材料在复杂表面上的非平面制造能力。图4 （a）面曝光3D打印原理；（b）微结构化的共形薄膜示意图可打印压电材料被用于构造机器人手的智能触觉应变传感器。为了确保压电器件在弯曲或不平坦表面上的功能性，根据机械手的表面设计了合适的3D模型，然后将共形器件打印并安装到机械手不同的指骨上，通过建立应变感应电压与特定手部姿势的映射关系，手指上的应变传感器阵列可为机械手提供触觉感测的能力。图5（a–d）机械手上的共形应变传感器可转换不同的姿势，例如松弛（a），抓取（b），吊勾（c）和托平（d）；（e）从托举球到抓紧球的姿势以及相应的电压响应（f）。如图5所示，手指上的应变传感器阵列可以使用14个压电应变传感器直接转换手的姿势，当用手握住不同结构的物体时，应变传感器会记录弯曲手指的不同输出信号。从预定义的传感器中获得的针对这种姿势的力的大小及其空间分布。3D投影微立体光刻3D打印功能化纳米复合材料实现功能器件制造的方法，并通过材料改性与微结构设计两方面协同提升信号输出。研究结果表明：在

中国国际光电博览会（cioe）已于9月9日在深圳落下了帷幕。在本次展会中，滨松中国主要围绕食品检验、测距、可穿戴等消费类电子以及手持小型化设备应用，呈现了一系列超小型的半导体光电传感器，其中还包括了近年推出的moems技术下的多款指尖大小微型光谱仪，在智能家居，食品检验方面都被给予了很大的期待。当然，用于体验的多个demo设备也同时展出。不过特别的是，除了滨松自制的demo以外，还联合了神秘用户，展出了其集成了相应传感器并成功予以应用和商业化的设备。绝对热点，IBM demo ibm demo的“意念”小车依然是获得了超高的人气。带上酷炫的头盔，集中精力“think”，小车就会在跑道上开始跑动。这个说是“意念”实为“血氧测量”的demo于今年开始在国内巡展，cioe已是第三站。基本原理即通过使用两组小型的光电器件：近红外led以及滨松pd（光电二极管）来实现核心的血氧探测功能。 *具体原理可通过扫描关注滨松中国微信号，回复“小车”获得。强大“应援”，从“器件”破壳直指应用方案 受国际光学“棱镜奖”青睐的指尖大mems微型光谱仪、mems-fpi近红外光谱探测器都成为了现场的“宠儿”，除了本身独特的娇小身姿以外，强大的“应援团”也成为了它们新增的亮点。除了自有的可直接连接手机使用的演示demo以外，更特别的是，滨松联合了多个合作伙伴，展出了集成了mems-fpi以及电路的光谱探测模块，以及已经成功研制并商业化的近红外奶粉检测小型手持仪器。“嘉宾”的出现显示了滨松从单一“器件提供商”概念中的破壳。通过长久的业内资源积累，以多方合作的方式，将探测器推向了最终的功能化应用。受热捧的测距、血氧/心率测量、奶粉检测等“嘉宾”产品样机滨松公司社长昼马明先生在谈到光子技术时曾说过：“我们意识到，仅依靠我们公司自己的力量去探索光子技术就如搭着木梯摘月亮。因此我们殷切希望和全世界的同仁们一起合作。”此次cioe中的立体展示，也贯彻了昼马先生提到的“合作”二字。在展现了在不断创造出更加小型化的光电传感器，为便携式设备带来新可能的同时，也看到了滨松中国在帮助客户解决方案性问题中的努力和成果。

近日，中国热带农业科学院传感与光电检测技术研究团队在多孔框架的分析功能化调控及有机磷光电化学传感分析研究中取得重要突破，成功揭示了多中心金属有机框架对有机磷结构的亲和机制，为农产品和产地环境中有机磷残留的传感分析平台构建提供新的思路。该研究成果发表于Chemical Engineering Journal。基于双功能多中心亲和MOF/MXene异质结构建乐果光电传感器示意图 中国热带农业科学院供图有机磷农药（OPs）因其药效高、广谱抗虫活性被广泛用于控制水果和蔬菜害虫。但有机磷农药会对中枢神经系统造成不可逆损伤，长期使用有机磷化合物会通过污染环境介质（如水、食物和土壤等）严重影响人体健康。因此，研究有机磷农药的快速和可靠的检测方法具有重要意义。团队受天然有机磷水解酶的启发，以四羧基苯基卟啉锌作为有机配体制备了多金属中心的光活性金属有机框架（MOF）。通过量子化学证明了制备的光活性金属有机框架中锆及锌金属中心可以与有机磷形成桥连结构，从而实现对有机磷结构的特异性亲和，这种全新的多中心亲和机制为有机磷农药残留的传感识别提供了新途径。团队进一步通过耦合金属有机框架与Nb4C3形成肖特基结，协同分子印迹技术开发了一种新的多中心亲和光电传感策略。金属有机框架不仅作为光电信号发生中心，同时其金属中心位点（Zn（II）、Zr（IV））与分子印迹的空间匹配协同确保了有机磷结构的精准捕获。团队最后以多巴胺为电子供体和界面探针，构建了一个痕量有机磷光电化学传感器，用于检测农产品和环境水样中的乐果。这种策略也可推广于其他有机磷结构检测中，这为有机磷残留的传感分析平台构建提供新的思路。

随着柔性电子领域的快速发展和物联网技术的普及，能够用来监测人类生理指标（如心跳、脉搏、运动周期、血压等）和机械运行状态（如主轴跳动、机器人运动状态感知等）信号的可穿戴电子器件逐渐应用到社会生活中。可穿戴电子器件的共形设计和制造使其在电子皮肤、柔性传感和人工智能中具有潜在的应用前景。当前，大多数电子器件是利用光刻、压印技术和电子束在硅表面进行制备。然而由于缺乏弯曲表面的加工工艺，要制备与复杂曲线表面（例如人体关节）共形的电子器件尤为困难。面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL）可快速制造并成型任意形状和可设计的结构，为三维共形柔性电子器件的制造提供了灵活性和简便性。然而，考虑到柔性材料的成型工艺与功能特性，传统的制造工艺限制了功能材料的设计范围，降低了微结构的设计与成型尺度，制约了功能器件的成型和性能提升的范围。图1 论文工作的摘要图近日，西安交通大学机械工程学院陈小明、李宝童、邵金友教授等研究人员，从功能压电纳米复合材料的改性与压电器件的微结构拓扑优化等两方面出发，利用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，10μm精度，深圳摩方），通过设计并调节压电氮化硼纳米管材料（BNNTs）和光敏聚合物树脂的界面相容性，结合拓扑优化微结构方法，实现了具有高灵敏度、宽响应，且结构可覆形的柔性压电传感器制造。该研究以“3D printed piezoelectric BNNTs nanocomposites with tunable interface and microarchitectures for self-powered conformal sensors”为题发表在国际高水平期刊《Nano Energy》上，为高性能可穿戴柔性压电传感器件的设计与制造提供了新思路。工作要点一：功能纳米复合材料（BNNTs）的表面改性与材料制备，超低负载量（0.2wt%）的纳米复合材料表现出出色的压电性能：图2 功能纳米复合材料（BNNTs）的设计、改性与表征：a）BNNTs表面功能化工艺；（b）原始BNNTs/功能化BNNTs和树脂基体界面力学行为示意图；（c）极化与未极化BNNTs等压电输出信号为了提高压电纳米填料在有机聚合物溶液中的相容性和分散性，以及纳米复合材料的压电性能，通过用硝酸处理来实现纳米管表面的氧化和羟基形成，在超声处理下，官能化分子（TMSPM）与BNNT-OH表面的官能团嫁接，生成化学官能化的纳米管（F-BNNTs）。同时，纳米管上的丙烯酸酯基团显着提高了BNNTs在聚合物基体溶液中的分散性及压电输出；实验表明：相对于原始BNNTs，基于F-BNNTs的复合压电聚合物的压电输出提高了140% （见图2）。工作要点二：结构拓扑优化显著提高了复合材料的压电性能，微结构的纳米复合膜在较宽的响应区域上展现出高灵敏度； 课题组研究人员的前期研究工作表明，微结构化能显著提升压电器件的输出信号（Small 13 (23), 1604245；Nano Energy 60, 701等）。因此为了实现器件电信号输出的最大化，本文采用结构拓扑优化的方法优化压电膜的微观结构，并利用高精度面投影微立体光刻3D打印的微尺度加工能力，实现拓扑微结构的制造。数值模拟结果表明，微结构的引入能显著提高压电输出，并且具有优化微结构（struct B-P 和struct C-P）的压电薄膜能进一步提高信号输出（见图3）。图3 平面和微图案化压电薄膜的设计和仿真结果通过微结构3D打印拓扑结构及压电信号测试，表明F-BNNTs /树脂复合膜的最大输出电压记录为4.7 V，与原始的平面F-BNNTs压电膜相比，输出提高了4.3倍，比未官能化的BNNTs基复合膜高出10倍。这种显著增强主要归因于聚合物和压电填料之间有效应力传递，以及复合膜的拓扑微结构设计。图4 （a-f）不同微结构压电薄膜；（g）薄膜压电输出；（h）压电微结构薄膜的压电输出实验与仿真对比工作要点三：基于PμSL技术实现共形压电器件制造与应用；与传统的微加工方法相比，面投影微立体光刻3D打印技术在设计和制造具有复杂几何形状的共形电子器件上具有更大的灵活性，如图5所示，曲面形状和微结构的制造证实了功能材料在复杂表面上的非平面制造能力。图4 （a）面曝光3D打印原理；（b）微结构化的共形薄膜示意图可打印压电材料被用于构造机器人手的智能触觉应变传感器。为了确保压电器件在弯曲或不平坦表面上的功能性，根据机械手的表面设计了合适的3D模型，然后将共形器件打印并安装到机械手不同的指骨上，通过建立应变感应电压与特定手部姿势的映射关系，手指上的应变传感器阵列可为机械手提供触觉感测的能力。图5（a–d）机械手上的共形应变传感器可转换不同的姿势，例如松弛（a），抓取（b），吊勾（c）和托平（d）；（e）从托举球到抓紧球的姿势以及相应的电压响应（f）。如图5所示，手指上的应变传感器阵列可以使用14个压电应变传感器直接转换手的姿势，当用手握住不同结构的物体时，应变传感器会记录弯曲手指的不同输出信号。从预定义的传感器中获得的针对这种姿势的力的大小及其空间分布。3D打印的共形柔性压电传感器件可用于捕获接触区域上的力分布并监视机械手的不同运动，使其更能像人手一样具备相关功能，在人机交互中应用。本研究提出了一种面投影微立体光刻3D打印功能化纳米复合材料实现功能器件制造的方法，并通过材料改性与微结构设计两方面协同提升信号输出。研究结果表明：在光固化聚合物树脂中掺杂低负载量（0.2 wt％）的功能化氮化硼纳米管，并进行微结构拓扑优化，可实现高性能压电器件的制造。该方法制备的传感器在智能机器人、仿生电子皮肤、曲面结构件健康检测与人机接口等领域有广泛的应用前景。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520308776

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）

为适应公司飞速发展的需要，2016年1月1日，武汉四方光电科技有限公司召开股东大会，审议通过了关于武汉四方光电科技有限公司业务分拆的议案：将传感器业务划归为总公司武汉四方光电科技有限公司；将环境监测系统、工业过程分析系统以及仪器仪表业务及其相关的资产负债、人员、研发、生产和销售环节转入全资子公司四方仪器自控系统有限公司。四方仪器建立于四方光电高新技术业务平台之上，承继了四方光电一系列先进的技术和市场体系，尤其是在环境监测、工业过程气体分析等领域占据着全国重要的市场地位。四方仪器以自主知识产权的红外NDIR、热导TCD、化学发光CLD、氢火焰FID、超声波、激光拉曼等传感器核心技术为依托，成功研制的红外烟气、沼气、煤气、尾气等节能减排仪器仪表，国际领先的超声波气体流量计及物联网行业监测解决方案，已广泛应用于电力、钢铁、有色金属、煤化工、石油化工、垃圾焚烧、厌氧发酵、机动车及发动机检测、石油天然气勘探、煤层气综合利用、空分、节能环保部门、科研院校及民用等领域。业务拆分后，公司四拥有了4条分析仪器生产线、1条成套分析系统生产线和1个大型分析仪器研发中心的现代化分析仪器产业基地，年产分析仪器和成套分析系统24000余套。截止目前，公司产品已辐射全国各地并出口到美国、德国、俄罗斯、印度、巴西、比利时、泰国、阿根廷、韩国等74个国家。高质量的产品和及时、高效、增值的售后服务赢得了用户的一致好评。展望未来，四方光电和四方仪器将继续以自主知识产权的传感器技术为依托，在气体分析仪器仪表的研发、生产、销售及行业监测解决方案等领域持续创新，助力行业的发展。

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。

数字智能（光电传感）产业园，是黄渤海新区领建全市光电传感产业链而规划打造的特色园区，也是全省智能传感产业行动计划两大重点园区之一，规划面积4500亩，主要发展智能传感、微纳制造、光电半导体及集成电路关键材料等产业。现已落户项目25个，其中建成项目11个、在建项目14个，已完成投资82亿元，落成建筑面积70万平方米，达产后可形成产值150亿元、利税30亿元。园区按照“整体规划、分区建设、联动发展”思路，以链主骨干企业为引领，空间布局分为A、B、C三区：A区，主要依托睿创微纳公司，打造光电半导体产业集聚区，由睿创微纳厂区、光电传感孵化园两部分组成。其中，光电传感孵化园已完成15栋单体建设，建筑面积8.7万平方米，6月底全部投用，已入驻静电吸盘、硅基雷达、加密芯片等7个项目，还有汇芯半导体、异方性导电膜等一批项目确定入驻。B区，主要依托万华电子材料公司，打造集成电路关键材料产业集聚区，已落地大硅片、平坦化、光刻胶及芯片封测等6个项目，正在导入光敏聚酰亚胺、导电胶膜等一批新项目。C区，主要依托明石创新等企业，打造微纳制造及智能传感产业集聚区，正在实施压力、气体、流量传感器技术攻关及MEMS产业化系列项目，全力冲刺工信部国家制造业创新中心，填补烟台空白。未来3-5年，园区计划引进孵化转化项目100个以上，项目投资350亿元以上，产值达到500亿元左右，建成“中国北方最具竞争力的特色半导体及智能传感产业高地”。

2月19日，烟台市委、市政府召开全市奋进万亿新征程动员大会。会上，烟台睿创微纳技术有限公司常务副总经理、艾睿光电科技有限公司董事长赵芳彦表示，将继续保持每年20%左右的研发投入，每年攻克3-5项卡脖子技术、培养招引100名重点专业人才，年销售保持较高增速，力争早日产值突破100亿元，为建设环渤海地区中心城市和绿色低碳高质量发展示范城市贡献睿创“芯”力量。自2009年，睿创微纳通过招商入驻烟台，数年间由籍籍无名成长为科创板上市、行业领头羊。下一步，睿创微纳致力于拓宽赛道，产业布局从“单一红外”拓展到“多维感知”，完成红外、激光、微波“三大主赛道”的新格局。具体来说，红外方向实现长波、中波、短波三个重要窗口的全覆盖，激光方向实现激光测距、激光指示、激光照射、车载激光雷达四个方向全覆盖，微波方向实现4D毫米波雷达、火控雷达、卫星通信用射频芯片等全覆盖。同时，充分发挥行业领域技术优势和资源优势，依托烟台光电传感产业园，推动产业链上下游垂直整合、延链聚合。2035年，产业园力争引进关联企业20-30家、培育区域配套供应商30-50家、培育上市公司3家，实现从芯片到整机的全产业链贯通，助力烟台打造百千亿级光电传感产业。

本文介绍了检测沼气成分的五种主要方法:奥氏气体分析法、热催化燃烧检测法、热导元件检测法、气相色谱GC检测法、红外气体分析法，分析了这五种检测方法的特点及其在我国沼气服务体系中的适应性，并总结了目前最适宜我国大中型沼气工程沼气成分监测的分析方法是红外沼气成分分析技术。1、奥氏气体分析法 奥氏气体分析法是一种经典的化学式手动分析方法，该方法是利用溶液吸收法来测定CO、CO2和O2浓度，CH4和H2浓度则在爆炸燃烧法后用吸收法测定，剩余气体为N2。目前传统的奥氏气体分析方法在沼气成分检测中应用较少。针对农村沼气服务体系的特定应用，通常采用检测管法，该方法操作更简便，常用的检测管有H2S、O2、CO2、CO等，但没有直接测量CH4浓度的检测管，CH4浓度是通过计算所得，即100%-[ CO2 ]-[空气]-[H2S]-[ CO ]等，因此存在一定误差。 奥氏气体分析仪具有结构简单、价格便宜、维修容易等优点，常用于CO2、O2、CO、H2、烃类等气体浓度的测定，在实验室里应用广泛。但该仪器长期运行成本高，仅每年购买试剂和玻璃器皿至少要1万多元，且必须对气体进行人工取样，才可在实验室内进行分析，其中分析人员的操作技能和“态度”对分析的精确度也有着较大影响。同时奥氏气体分析仪只能对单一成分逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能，分析费时，操作繁琐，响应速度慢，效率低，难以实时在线地分析现场工况，现逐渐被全自动分析仪器替代。2、热催化燃烧检测方法 热催化燃烧检测方法是利用两只热催化（黑白）元件——补偿元件和桥臂电阻构成惠斯顿电桥加一恒定电压，将铂丝加热到500℃，当遇到空气中的可燃气体时，测量元件在催化剂的作用下，在元件表面发生催化反应，使得温度升高，阻值增大，电桥输出不平衡，以此来测定甲烷浓度。该方法是检测甲烷泄漏最简单、经济的方法，在我国煤矿安全检测领域具有广泛应用。但载体催化元件只能检测0~4％的甲烷浓度，当空气中甲烷浓度超过5％后，元件会发生“激活”现象，造成永久损坏。同时检测设备需要频繁标定，热催化元件的仪器使用寿命一般在1年内，精度较差（10%），而在高H2S条件下，易造成传感器中毒甚至报废，使用寿命大大缩短。3、热导元件检测方法 不同气体的导热系数存在差别，热导元件检测方法就是根据这一特性，来测定气体的体积浓度。沼气的主要成分是CH4和CO2 ，被测沼气的导热系数由CH4和CO2共同决定。对于彼此之间无相互作用的多组分气体,其导热系数可近似地认为是各组分导热系数浓度的加权平均值。因此,根据沼气的导热系数与各组分导热系数之间的关系,就可以实现沼气多组分气体浓度的测定。 目前该检测方法已广泛应用在煤矿瓦斯抽排领域，也可用于沼气中甲烷浓度的测量。但该类型传感器使用寿命一般在2年左右，且该传感器对于低浓度测量，具有较大局限性，如无法测量浓度低于5%的甲烷浓度，如果用于甲烷的泄露报警将会造成较大误差。4、气相色谱GC检测方法 气相色谱GC分析方法是利用气体物理吸附能力的差别，将采样的气体在色谱中分离然后,热导检测器通过热电阻与被测气体之间热交换和热平衡来实现其CH4、CO2、O2等气体浓度的检测，该检测方法分离效能高，对物理化学性能很接近的复杂混合物质都可以进行定性、定量检测，灵敏度较高。气相色谱分析原理示意图 由于柱温与载气对分离结果的具有较大影响，其中柱温对分离结果的影响比载气的大，所以在检测过程中，除了要经常更换色谱柱外，还需要对色谱柱温和载气流速进行适度的调节，以免影响分离结果造成误差。同时色谱价格相对较贵，需要采样，不能实现在线分析。5、红外气体分析方法 当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，两者之间的关系遵守朗伯一比尔定律，也就是红外光谱检测方法的基本原理。红外气体分析技术作为一种快速、准确的气体分析技术在实际应用中十分普遍。由于该方法是采用物理原理，分析气体不与传感器发生反应，因此传感器使用寿命很长，该类型传感器不仅可以用于测量沼气泄露的低浓度报警，也可以用于高浓度的沼气成分测量。 由上表可知，红外气体分析技术相较于奥氏、热催化、热导元件、气相色谱气体分析技术，具有响应时间快、灵敏度高、使用寿命长、仪器操作方便等优势。但对国内用户而言，红外气体分析技术普遍存在NDIR传感器价格昂贵、维护困难、产品质量参差不齐等问题。针对这些问题，四方仪器对NDIR传感器进行了升级，将红外传感器进行模块化设计，一个传感器对应检测一个气体组分，拆卸维护方便，使得仪器在体积、性能、维护、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。 如沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200Plus，采用自主知识产权的模块化红外传感器，可实现CO、CO2、CH4等多组分气体浓度的快速测量。同时其H2S、O2浓度测量可拓展，流速、流量可采集，体积轻量化，APP终端智能化等创新设计，弥补了沼气成分、流量一台仪器不可同时测量，长距离、大规模沼气项目监测设备不易携带，监测数据获取流程复杂等的不足，可广泛用于生物沼气、污水处理废气和垃圾填埋气体等沼气成分的可靠准确且经济有效的监测。在满足行业标准应用的同时，仪器测量组分还可根据用户需求定制，轻巧便携，实用性大大提高。模块化红外气体传感器工作原理6、结论 在沼气技术服务体系建设中，气体分析仪发挥了十分重要的作用，在选择配置时需要考虑仪器的使用寿命、功能、质量保障体系、实用性、性价比等因素。在奥氏吸收、热导元件、热催化、气相色谱、红外光谱的气体分析仪中，从寿命、功能、实用性等方面考虑，可优先选择红外方法的仪器；如果仅测量甲烷浓度或检测泄露，可以考虑基于热导和热催化原理的仪器；如果用于实验室定性与定量的精准测量，也可以考虑色谱分析方法。 但随着沼气生产和过程控制要求的逐渐提高，不断实现技术创新升级的红外沼气分析仪将逐渐取代奥氏吸收、热导元件、热催化、气相色谱等气体成分检测技术，成为我国大中小型沼气工程沼气成分监测与工艺过程调控必不可少的气体成分监测设备。（来源：沼气圈）

2023年8月14日在比利时鲁汶，imec作为纳米电子学和数字技术领域的全球研发和创新中心宣布成功集成了固定光电二极管结构到薄膜图像传感器中。通过添加固定光电栅和传输栅,薄膜成像器超过一微米波长的吸收质量终于可以被利用,以一种成本效益的方式解锁感知可见光之外光线的潜力。检测可见光范围之外的波长,例如红外光,具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车上的摄像头,以“看穿"烟雾或雾霭,以及用于通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过基于硅的成像器检测,但需要其他半导体材料来检测更长的波长,比如短波红外线(SWIR)。使用III-V材料可以克服这一检测局限。然而,制造这些吸收体的成本非常高,限制了它们的使用。相比之下,使用薄膜吸收体(如量子点)的传感器最近出现为一个有前景的替代方案。它们具有良好的吸收特性和与传统CMOS读出电路集成的潜力。尽管如此,这种红外线传感器的噪声性能较差,导致图像质量较差。早在20世纪80年代,固定光电二极管(PPD)结构就在硅CMOS图像传感器中引入。该结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光检测器结构,通过该结构, charges可以在积分开始前全部排空(允许在没有kTC噪声或前一帧影响的情况下复位)。因此,由于噪声更小、功耗性能更好,PPD主导了基于硅的图像传感器的消费者市场。 在硅成像之外,至今还不可能集成此结构,因为难以混合两种不同的半导体系统。现在,imec在薄膜图像传感器的读出电路中成功集成了PPD结构。 一种SWIR量子点光电检波器与一种氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管单片集成成PPD像素。 随后,该阵列被进一步处理在CMOS读出电路上以形成一个完整的薄膜SWIR图像传感器。 imec的“薄膜固定光电二极管"项目负责人Nikolas Papadopoulos 表示:“配备4T像素的原型传感器表现出显着低的读出噪声6.1e-,相比之下,传统的3T传感器超过100e-,证明了其良好的噪声性能。" 因此,红外图像的拍摄噪声、失真或干扰更小,准确性和细节更高。imec像素创新项目经理Pawel Malinowski补充说:“在imec,我们正在红外线和成像器的交汇处处于地位,这要归功于我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识。通过实现这一里程碑,我们克服了当前像素架构的局限性,并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实用的制造方法相结合的方法。下一步包括优化这项技术在各种类型的薄膜光电二极管中的应用,以及扩大其在硅成像之外的传感器中的应用。我们期待通过与行业伙伴的合作进一步推进这些创新。“研究结果发表在2023年8月《自然电子学》杂志"具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器"。初步结果在2023年国际图像传感器研讨会上呈现。原文: J. Lee et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure, Nature Electronics 2023.摘要使用硅互补金属氧化物半导体技术制造的图像传感器广泛应用于各种电子设备,通常依赖固定光电二极管结构。 基于薄膜的光电二极管可以具有比硅器件更高的吸收系数和更宽的波长范围。 但是,它们在图像传感器中的使用受到高kTC噪声、暗电流和图像滞后等因素的限制。 在这里,我们展示了具有固定光电二极管结构的基于薄膜的图像传感器可以具有与硅固定光电二极管像素相当的噪声性能。 我们将一种可见近红外有机光电二极管或短波红外量子点光电二极管与薄膜晶体管和硅读出电路集成在一起。 薄膜固定光电二极管结构表现出低kTC噪声、抑制暗电流、高满量容和高电子电压转换增益,并保留了薄膜材料的优点。 基于有机吸收体的图像传感器在940 nm处的量子效率为54%,读出噪声为6.1e–。

AS7262和AS7263六通道数字光谱传感器IC推出样品，掀起消费和工业光谱分析应用的革命　　2017年1月17日，领先的高性能传感器解决方案和模拟IC供应商艾迈斯半导体公司(ams AG)宣布推出全球首款高性价比的多通道光谱片上传感器解决方案，为消费和工业应用实现新一代光谱分析仪开辟了道路。　　采用4.5 x 4.4mm小型阵列封装，超低功率AS7262可见光传感器和AS7263近红外传感器均提供六个经过校准的光谱通道。极具竞争力的价格优势，使这款新的多通道光谱传感器为消费产品及现实领域各种应用的测试和使用打开了一扇门。其主要解决包括材料和产品认证、产品质量和完整性以及近红外光谱(NIR)和可见光谱方面的材料内容分析。　　艾迈斯半导体新兴传感器系统市场总监Jean Francois Durix表示：“将传感器越来越多地集成到智能手机和平板电脑已经形成了新的移动应用浪潮，AS7262 和AS7263的推出使芯片级光谱分析得到广泛应用，为工业及消费应用领域的光谱传感创新带来革命性的发展。新的光谱传感解决方案大大降低了光谱分析的成本及方案尺寸，广泛适用于食品安全、产品认证、常规测试等应用，帮助更好地保护人们的身体健康和生活环境。”　　多光谱传感器采用新的制造技术，使纳米光干涉滤波器极其精确地直接附着在CMOS硅晶圆上。该传感器使用的干涉滤波器技术具有极高的精确性和稳定性，不受使用时间及温度的影响，比如今常用于各类光谱分析仪器的组件尺寸更小、更具性价比。　　集成智能的AS7262六通道可见光传感器通过I2C 或UART接口可提供经过校准的数字输出。它能量测可见光范围内六个不同波长的光强度：450nm、500nm、550nm、570nm、600nm和 650nm。AS7263可检测近红外光谱610nm、680nm、730nm、760nm、810nm和860nm的红外特性。两款产品都包含一个带有 LED驱动电路的电子快门，这意味着设备设计师可以通过单芯片准确地控制光源和光谱检测功能。　　新的多光谱传感器具有小尺寸、低功耗的特点，测量设备OEM厂商可凭借这些特点轻松实现新产品的开发。例如，笨重的实验室级分析设备现在可以被便捷的手持设备取代。在工厂，如今生产的样品不得不从生产线送往实验室进行化学分析，未来的质量检测将可以通过基于多光谱传感器的全新小巧、稳健的光谱分析仪在生产线上完成。　　AS7262和AS7263正在量产。AS7262和AS7263的评估板可从艾迈斯半导体的ICdirect在线商店获取。

近日，来自山西大学激光光谱研究所、光学协同创新中心，-巴里大学和巴里理工大学跨校物理系波利森斯实验室的联合研究团队发表了《Ppb级中红外石英增强光声传感器，用于使用T型音叉调谐探测DMMP》论文。二甲基甲基膦酸酯（DMMP）被广泛认为是最具代表性的模拟物，已开发并广泛用于DMMP检测的各种气体分析技术。气相色谱（GC）和质谱（MS）分析可以高敏感地鉴定不同的有机磷化合物，但它们在原位监测方面具有几个缺点，包括昂贵和耗时。此外，色谱分析必须由熟练的人员在专门的实验室中进行，不适合小型化。相比，光声光谱（PAS）是DMMP气体水平监测最有前景的技术之一，因为它具有高灵敏度、选择性和快速响应的优势。作为PAS的一种变体，石英增强光声光谱（QEPAS）技术自2002年首次报道以来迅速发展，其中超窄带石英调谐叉（QTF）与两个作为锐利共振声学换能器的声学微共振器（AmRs）在声学上耦合，用于检测声音信号，而不是传统的宽带麦克风。与体积超过10 cm3的传统光声池相比，小体积的QTF更有利于DMMP检测设备的小型化和快速响应。此外，QEPAS技术的显著特点是激发波长的独立性，这意味着可以使用相同的光谱声学器测量具有不同特征吸收光谱的痕量气体。DMMP在9–11.5 µ m的中红外区域显示出强烈的光吸收特征，因此使用高性能中红外量子级联激光器（QCLs）可以在理论上实现高灵敏度的检测。然而，中红外QCL输出光束通常具有较大的发散角，这使得将中红外激光束耦合到具有300微米叉间距的QTF中成为巨大的挑战，因为任何误散射光束击中QTF都会产生大的背景信号。在本研究中，我们展示了种基于定制T型QTF和中红外量子级联激光器（QCL）的小型化集成QEPAS DMMP传感器。T型QTF的叉间距为0.8毫米，具有约15,000的高品质因数，避免了由误散射光引起的背景信号，从而在ppb水平上获得最佳检测限。通过使用掺入DMMP的真实室外空气对传感器进行测试，以验证其有效性。实验部分：检测波长和光学激发源的选择强有力的靶向吸收带对于DMMP检测至关重要，因为实际应用需要具有亚百万分之一灵敏度的传感装置。由于其高输出功率、紧凑性和窄的光谱线宽，QCLs在中红外光谱区域已成为最多功能的半导体激发源。考虑到激发波长和激光源的大小，宁波海尔欣光电科技有限公司为该实验提供了一个发射波长为9.5 µ m，线宽为2 MHz的QCL激光器（QC-Qube 200831-AC712）作为DMMP-QEPAS传感器的激发源，其输出功率稳定性Fig. 2. QCL emission wavelength and output optical power as a function of driving current in amplitude modulation operating mode with a duty cycle of 50 %. QCL laser: HealthyPhoton, QC-QubeQCL laser driving circuit:: Healthy Photon, QC750-Touch&trade 结论基于QEPAS的传感器由于其波长独立性具有很高的多功能性，这使得通过替换激光源可以检测各种神经毒剂。在本研究中，首次开发了一种紧凑尺寸和可靠性能的ppb级QEPAS DMMP传感器。选择了9.56 µ m的激发波长，这是最强的DMMP吸收带，不受H2O和CO2的干扰。优化了主要系统参数，包括激光激发功率、气体压力和调制频率。最终，在0至1.5 ppm范围内验证了传感器的线性，并在300毫秒的积分时间下实现了6 ppb的最低检测限。我们使用真实室外空气作为载气检测了500 ppb的DMMP，并获得了与以零气作为载气时相同的信号幅度，从而验证了传感器的高选择性。参考Ppb-level mid-IR quartz-enhanced photoacoustic sensor for sarin simulant detection using a T-shaped tuning fork, Sensors & Actuators: B. Chemical 390 (2023) 133937, https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133937

从茫茫星空，到浩瀚海洋，再到广袤大地，作为信息获取的源头，传感器是物理世界与数字世界连接的桥梁，已经成为信息化社会最为重要的基石之一。传感器主要功能是将各种物理量、化学量或生物特征等待感知量转换为可检测与数字化的电信号，是我们感知世界的首要工具。传感器在科学研究、工业生产、国防安全、医疗健康等现代社会的方方面面扮演着至关重要的角色，发挥着不可或缺的关键作用。当前，传感器已经从早期由敏感元件与处理电路构成的分立式装置，演变成集信息获取、处理、传输、供电等功能于一身的智能传感微系统，也就是我们常说的高端传感器，其数字化、微型化、智能化的特色十分突出。然而，也正是由于高端传感器的高精尖属性，它又成为我们目前面临的一项核心“卡脖子”技术。高端传感器是一项至关重要的“卡脖子”技术那么，为什么高端传感器是一项至关重要的“卡脖子”技术？高端传感器究竟能带给我们什么？我国距离传感器强国还有多远？首先，传感器的特点十分鲜明：一是传感器涉及很多新原理、新材料、新器件，所以它和很多基础科学、基础技术的创新关联十分密切。而且传感器又是直接应用于整机设备，或服务于终端用户，与各行各业、各个领域的关联同样紧密，如集成电路（IC）装备中的许多高端传感器就被列为关键核心技术。二是传感器往往汇集了物理、化学、电子、机械、设计、制造、测试等各个学科领域的前沿尖端技术，学科交叉融合的特点十分明显；同时传感器产业的投入也非常大，高端传感器的敏感结构基本都是采用MEMS（微机电系统）制造技术，高端传感器的技术、资金双密集特点尤为突出。三是由于传感器的应用十分广泛，使得传感器的技术门类十分庞杂，相应的产品、产业分布非常广，比如仅仅一个压力传感器在水利水电、交通运输、工业生产、自动控制、航空航天、电力电子、石油、化工、勘探等众多行业就有上千种方案，且每一种解决方案都有其特殊要求。其次，传感器在工业技术体系中的定位是“基础零部件和元器件”，因为传感器是信息获取的源头，是物理世界与数字世界的接口，其重要意义体现在：它是“工业基石”，是各类现代工业赖以生存和发展的基础；它又是“性能关键”，直接决定重大装备和整机产品的性能和质量。正是由于传感器的基础性与关键性，又造成了瓶颈问题与依赖性：即高度依赖外国技术或产品，对我国产业造成严重影响，甚至威胁到国家安全和战略利益。高端传感器这样一个对我国关键产业、经济发展与国防安全至关重要，但又存在重大技术瓶颈或依赖进口的技术，已经成为“卡脖子”技术，亟待攻克。高端传感器究竟能带给我们什么在科技前沿创新中，传感器是“先行官”。纵观科技发展史，历次世界科学中心的形成都得益于核心传感器技术突破以及以此为基础的重要科学仪器的诞生。有统计表明，在诺贝尔奖的获奖名单中，72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助于尖端传感器与仪器完成的，且已有38项、60余人次由于发明了新原理的科学仪器而直接获奖。而科学仪器对事物进行检测表征，获得科学数据的关键就是高端传感器：比如X射线衍射仪、X射线断层扫描仪、超分辨率荧光显微镜、电子显微镜等仪器中的光电探测器、电子探测器、温度传感器，质谱仪、扫描隧道显微镜中的位移传感器、力传感器等等。而现代科学仪器中，高端传感器是决定性的，直接代表了分析、检测和表征的水平。在国民经济主战场，传感器是“倍增器”。传感器的应用领域非常广泛，几乎渗透到社会生产生活的各个层面。例如：在仅有通讯功能的传统手机，集成了大量传感器：图像传感器、陀螺仪、加速度计、距离传感器、环境光传感器、磁强计、电容传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器……，使得传统手机摇身一变成了智能终端，手机的功能、性能都增强了很多，特别是与人的互动能力大大提升，手机行业的发展不仅得到“倍增”，而且进入了全新的时代。当然，传感器行业本身也具有不容低估的市场规模。根据德国Statista数据分析公司数据，2022年全球传感器市场规模为2512.9亿美元（约1.79万亿人民币）。其中我国传感器市场规模为3096.9亿元人民币，2019—2022年均复合增长率为12.26%。尽管我国传感器市场增速相对稳定，但全球龙头企业如爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等跨国公司占据约60%的国内传感器市场份额，尤其在高端传感器市场，我国约80%的传感器依赖进口。特别需要说明的是，传感器除了自身的万亿级市场之外，有研究表明，传感器带动的上下游产业链所创造的产值大约是传感器行业产值的6倍左右。传感器在国家战略工程中是“胜负手”传感器的性能、质量，直接决定重大装备和战略产品的性能、质量。高铁现在已经成为我国的一张名片，传感器就发挥了不可或缺的作用，高端传感器在高铁上有六大应用场景：一是列车监测与维护，二是轨道健康监测，三是列车安全防护，四是乘客信息交互，五是能源管理，六是环境综合监测。以和谐号380AL高铁列车为例，一辆列车里的传感器数量超过1000个，平均每40个零部件里就有一个传感器，它们承担着状态监视、故障报警、车载设备控制等功能，被认为是轨道交通运营安全的保障性技术和装备持续升级的关键性技术。未来，传感器与人工智能等新兴技术将实现深度融合，中国高铁将更智能、更安全。在医疗健康中，传感器是“金刚钻”。现代医疗离不开各种检测，各类医疗仪器就是通过各类传感器获取与病人病理相关的各种医疗数据，来为医生诊疗提供依据。例如用于测量血管内外径、血流速度、血压、心内压、体温等多种生理参数各类位移、速度、振动（加速度）、力、流量、压强和温度传感器；用于检测血液中的离子（如K+、Na+、Ca2+ 等）和气体（如O2、CO2）的浓度的化学传感器；利用选择性识别来测定生化物质的酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传感器和DNA传感器等；通过测量细胞或组织的微弱电信号的变化来监测生理状态的心电（EKG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）等生物电传感器，这些传感器在诊断心脏疾病和肌肉功能状态中非常重要。传感器是医疗领域中不可或缺的技术，它们对疾病的预防、诊断和治疗起着至关重要的作用。在国防安全中，传感器是“战斗力”。现代战争从某种程度上来讲，打的就是传感器。在最近的乌克兰危机中，有统计表明80%的毁伤效果是由占全部弹药总量20%的精确制导弹药，也就是导弹、制导炸弹等造成的。这些高精度的惯性、无线电、激光、光电、红外、卫星等精确制导技术中，惯性测量单元（IMU）、激光传感器、红外传感器、毫米波传感器、光电传感器、雷达等各类高端传感器发挥了决定性的关键作用。除此之外，隐身战机、航母舰队、卫星星座等武器装备，更加需要由各类高端传感器组成的信息感知网络提供数据，进行态势感知、目标打击、体系作战等各项行动。装备有各类高端传感器的无人系统已经开始在现代战场崭露头角，未来战场的无人机、无人车、机器人系统等武器装备将更加趋于常态化，这些“机器战士”的千里眼、顺风耳则完全要依靠高端传感器。而且，随着传感器等先进技术的快速发展和进一步赋能，各种新概念武器装备也将涌现出来，传感器技术在国防安全事业中将发挥更大作用。我国距离传感器强国还有多远传感器这么重要，市场规模也很大，我国一定要发展高端传感器。但是，我国高端传感器的发展现状不容乐观。我国的高端传感器，尤其是中高端传感器的MEMS芯片还大量依赖进口，被“卡脖子”之外，我国高端传感器行业创新生态、设计工具与研发平台、先进材料与核心器件、高端芯片与工艺设备、系统集成与转化应用等方面，还存在差距。我国要成为传感器强国，需要在如下几个方面持续发力。第一是要关注“产教融合”，也就是人才培养与产业发展深度关联融合。前面讲过传感器是一个多学科交叉、技术密集，且与应用紧密关联的领域，高端人才与技术创新的重要性不言而喻。创新人才培养和原创技术开发相结合的产教融合，是发展传感器，成为传感器强国的首要条件。第二是要强化协同创新，前面还讲了传感器行业是投资密集，产品应用广但产业分散的行业，因此，政府、企业、高校、科研院所、用户、金融机构等各个创新要素必须统筹规划、合理布局、协同创新。通过公共研发平台建设与共性技术开发与共享机制，来实现传感器全行业的高效运行，持续、健康、快速发展。第三是加大示范应用，可以围绕国家的重大工程任务、国家亟须的重要战略装备以及有代表性的社会经济生活需求，有组织地开展创新，体现新型举国体制的优势，通过传感器赋能，形成新质生产力，推动产业集聚，形成传感器产业的生态链。

美国当地时间1月6日上午，长虹控股公司总经理李进在CES展会现场发布全球首款分子识别手机—长虹H2，这是世界上第一个搭载小型化分子光谱传感器的智能手机，可实现果蔬糖分、水分，药品真伪，皮肤年龄，酒类品质等检测，成为随身携带的个性化健康管理集成终端。　　在发布会上，李进称，随着长虹H2的发布，物质识别门槛被突破，手机行业有望迎来新的革命。　　行业观察人士则认为，智能手机搭载小型化分子光谱传感器，其意义将不亚于当年GPS传感器搭载到手机所引发的位置服务革命。　　传感器成就H2黑科技　　早在2013年，长虹控股公司董事长赵勇提出面向物联网的“新三坐标”智能战略，并表示，智能终端正式进入“传感器”时代。　　手机作为至关重要的智能终端，影响着生活的方方面面，正是无数传感器的作用。如今，可以通过GPS传感器实现各种位置服务，也可以通过温度，湿度，压力等传感器探测当前环境，还能通过运动、睡眠等传感器管理我们的健康。但是对于纷繁的物质世界，手机似乎无能为力，“能办周天之事，却难辨周天之物”正是对当前手机功能的最佳写照，因为到目前为止还没有一台手机能够通过传感器具备物质识别的能力，这无疑是一个巨大的缺憾。　　随着长虹H2的发布，这个缺憾将被弥补。据了解，长虹将实验室级别光谱仪的能力和精度整合进可供人们日常携带和使用的手机中，有效提高用户的日常生活质量。以药品和食品为例，根据世界卫生组织的报告，假药占到全球药品交易量的10%，假药致死的现象屡有发生 食品安全问题同样严峻，近期俄罗斯爆发的假酒事件震惊普京，已造成72人死亡。如何才能识别真假?长虹H2手机只要轻轻一扫即可辨别。　　那么，这是如何实现的呢?据李进介绍，在APK程序的控制下，H2手机向所搭载的小型化高分辨率近红外光谱传感器发出指令对被测物体进行“近红外吸收光谱”的数据采集，并将光谱数据传输至云平台进行分析、计算、处理，得出定性、定量分析结果，手机将数据化和图形化的结果呈现给用户，并向用户给出相应建议及推荐，H2手机即可直接识别到物质的分子属性。　　由于世间万物大部分都是由分子所构成，理论上长虹H2都能识别。而这种分子层级的识别直达万物本质，远非肉眼所能比拟。例如在挑选水果时，只要在水果表面一扫，水果的糖分，水份，维他命等营养含量一目了然，并计算出综合指数供用户参考。再比如，测试人的胖瘦，通过长虹H2一扫，用户的体脂率将立即呈现，是胖还是瘦一目了然。此外，酒类的原料成分、工艺的过程控制、品质等都可以通过长虹H2轻松检测。当然，这些只是冰山一角，理论上长虹H2能识别世间万物。　　数据运营实现信息实时感知　　“万物互联”正在成为智能手机新的风口。长虹股份公司总经理兼通信公司董事长刘体斌表示，以传感器为主体的物联网控制、交互和协同技术，实现手机与其他智能终端的广泛联接、协同、交互、共享，长虹已将手机带入物联网时代。　　据了解，长虹H2手机实现了跨终端、跨领域的“泛联接”和“大协同”，完成海量用户与终端之间的数据感知、收集、内容交互及服务协同，形成一个以大数据为基础的智能生态系统。基于物联网的应用和服务，H2以“智能光谱传感终端”为物质分子信息感知平台，通过后台“智能光谱分析平台”进行大数据分析，再将分析结果实时回传到手机并提供多项运营服务的功能。这不只是简单的联接与控制，而是涵盖日常生活状态的实时感知与内容协同。

刚结束不久的上海第18届家电及消费电子产品世界博览会(AWE 2019 ) 上，BSH德国博世展出了与芬兰Spectral Engines（以下简称SE）合作开发的近红外光谱黑科技产品X-Spect，此次跨界合作昭示着以往广泛应用于科学仪器行业的近红外光谱技术开始切实服务于民用领域。 自打博西家电（BSH 德国博世和西门子家电电器集团）在IFA2017展上带给全球观众一款概念性物质扫描仪——X-Spect起，该扫描仪的核心技术——近红外光谱技术也随之在家电市场上被更多人所认知。物质扫描仪这类黑科技产品经常出现在科幻作品中，它的神奇在于：只要你拿它对着食物扫一扫，就能知道食物营养成分含量如何，熟了没有；对着衣服扫一扫，就能知道用了什么布料，上面的脏东西是什么。两年前，由于技术限制，X-Spect尚处于概念产品，而BSH亦无销售计划。两年过去了，就在大家都以为它只是个概念的时候，近红外光谱技术却让这个概念在2019年落地了。 第18届家电及消费电子产品世界博览会(AWE 2019 ) 上，BSH展出了近红外光谱黑科技X—Spect，它由BSH与芬兰Spectral Engines（以下简称SE）两家公司合作开发，上海AWE 2019 BSH展位现场。X—Spect运用了近红外光谱原理，通过扫描材料表面不同的分子结构来分析不同物质的成分和含量。 X-Spect整体重量大概跟一部手机差不多，看X-Spect的反面，就可以看到核心部件——SE的近红外光谱扫描传感器，看外观尤其像手机内置摄像头。 借助SE近红外光谱扫描传感器，X-Spect可以轻松辨别包括红酒酒渍、咖啡渍，牛奶渍，口红残留，以及衣服表面残留的香水味等多种残留物。把 X-Spect 往衣服上扫一扫，只需短短几秒，就能判断出来污渍含有哪些成分，毕竟近红外光谱技术的核心就是透过现象看本质。 X-Spect的核心，是Spectral Engines开发的新型号NIRONE Sensor -X传感器。该产品设计基于NIRONE传感器，针对消费级应用和手持式材料分析设备的大批量生产要求，成本水平和可制造对性进行了优化。 除了NIR光谱传感器外，NIRONE Sensor X还集成RGB颜色传感器。NIRONE Sensor X给近红外应用的领域，提供了一个快捷、稳定、大批量和低价格的全新选择。 BSH和Spectral Engines的这次合作让我们看到了近红外光谱技术应用的更多可能。或许我们可以期待，未来近红外光谱黑科技能够把越来越多过去的概念变成未来的新产品，为人类生活提供更多便利，让人类真正踏入智慧生活领域。 作为SE公司的全面战略合作伙伴，海能全权负责SE公司NIRONE微型近红外光谱仪全线产品在中国区域的市场拓展、深度研发、模型开发以及技术支持。海能仪器期待对您近红外光谱的技术需求，提供全方位的支持和服务！

随着人工智能、物联网、云技术、机器人、5G等先进技术的发展，近红外光谱技术在智能化生产方面的优势不断凸显，并在化工、制药等多个行业创造了客观的经济价值。同时，随着相关技术的进步以及应用的拓展，近红外光谱技术也正在逐渐走入大众视野，不断推进着智能化生活的发展方向。为了进一步展示近红外光谱在智能化生产和生活中的技术和应用进展，共同探讨面临的问题以及解决方案，中国仪器仪表学会近红外光谱分会、仪器信息网将于BCEIA2023同期（2023年9月6日，北京中国国际展览中心(顺义馆)）联合举办“近红外光谱拥抱智能化生产和生活”主题论坛 ”。会议同期，还将举办《近红外光谱实战宝典》新书发布会，报名预约并到场参会人员均有机会获赠《近红外光谱实战宝典》新书一本！欢迎从事近红外光谱技术和应用研究的专家、用户、厂商，以及对近红外光谱感兴趣的人员到场参会。会议主题：近红外光谱拥抱智能化生产和生活主办方：近红外光谱分会、仪器信息网会议时间：2023年9月6日下午会议地址：北京中国国际展览中心(顺义馆)学术会议区W-102会议室会议日程：“近红外光谱拥抱智能化生产和生活”主题论坛日程安排主持人：北京化工大学 袁洪福教授时间报告人报告题目14:00-14:20褚小立（中石化石油化工科学研究院教授级高工）近红外光谱分析技术的发展现状与未来14:20-14:40刘鸿飞（奥谱天成（厦门）光电有限公司 总经理）国产中短波红外光谱仪的研制及其应用14:40-15:00石文杰（晨光生物科技集团股份有限责任公司 质量主管）近红外技术在植物提取物智能化生产中的应用15:00-15:20李文龙（天津中医药大学 副研究员）从过程分析技术到药物智能制造15:20-15:40杨增玲（中国农业大学教授）近红外光谱传感技术在绿色循环农业中的应用研究15:40-16:00孙红（中国农业大学教授）土壤-作物近红外传感器开发及智慧农业应用16:00-16:20《近红外光谱实战宝典》新书发布环节16:20-17:00讨论环节 会议联系人：叶老师，18211196128 赞助联系人：魏老师，13552834693中国仪器仪表学会近红外光谱分会仪器信息网2023年8月17日会议联系人：叶老师，18211196128赞助联系人：魏老师，13552834693预约报名请点击：http://mhvtajakfgn3848u.mikecrm.com/gFSQam5 扫码报名 中国仪器仪表学会近红外光谱分会仪器信息网2023年8月17日温馨提醒：“近红外光谱拥抱智能化生产和生活”主题论坛暨“近红外光谱实战宝典”新书发布会在BCEIA同期举办，参加该活动的各位老师还需要提前进行BCEIA预登记以顺利进入展会现场。预登记通道已开启，预登记即刻成为BCEIA VIP，并享有三重福利：1、会前免费获取专属胸牌及会议资料2、免费兑换午餐及饮用水3、京城20个网点的BCEIA班车免费乘坐马上扫描下方二维码预报名登记：或PC端点击链接预登记：http://t2.eainfor.com/T/p/103_5 或手机端点击链接预登记：http://t2.eainfor.com/T/w/103_5

仪器信息网讯 2023年9月6日，“近红外光谱拥抱智能化生产和生活”主题论坛 暨“近红外光谱实战宝典”新书发布会于BCEIA2023同期（北京中国国际展览中心(顺义馆)）成功召开。本届会议由中国仪器仪表学会近红外光谱分会和仪器信息网联合举办，吸引150余位近红外行业的专家、用户、厂商等相关人员参加。 会议现场随着人工智能、物联网、云技术、机器人、5G等先进技术的发展，近红外光谱技术在智能化生产方面的优势不断凸显，并在化工、制药等多个行业创造了客观的经济价值。同时，随着相关技术的进步以及应用的拓展，近红外光谱技术也正在逐渐走入大众视野，不断推进着智能化生活的发展方向。本次会议旨在展示近红外光谱在智能化生产和生活中的技术和应用进展，共同探讨面临的问题以及解决方案。会议中，近红外光谱领域的专家及厂商代表分别围绕主题开展报告，分享了各自的研究进展及最新研发成果，让大家对近红外光谱在智能化生产与生活的作用和地位有了更深层次的认识。多向奔赴下，近红外光谱技术前景可期！中石化石油化工科学研究院 褚小立教授级高工报告题目：近红外光谱分析技术的发展现状与未来褚小立在报告中综述了近红外光谱分析技术的发展现状，以及在炼油工业、石化工业、可再生能源等多领域的应用进展。其展望道，便携现场应用和工业在线应用是现代光谱技术腾飞的坚强两翼；机器学习算法和人工智能算法是现代光谱技术腾飞的超强大脑；光谱数据库是现代光谱技术腾飞的动力源泉；快速、高效、安全、绿色是现代光谱技术腾飞的永久发动机。而对近红外技术而言，仪器微型化、标准化、算法的高效和维护方便、光谱数据库的扩充与共享，自感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的智能工厂、智慧农业等都将是未来发展的重要方向。奥谱天成（厦门）光电有限公司销售总监 张玉光报告题目：国产中短波红外光谱仪的研制及其应用奥谱天成以仪器生产国产化为目标，张玉光主要介绍了国产中短波近红外光谱仪器的研发与应用。报告首先对中短波近红外光谱仪的原理、内部构造与配置、性能指标等方面进行科普；然后，分别介绍了ATP8000、ATP8600、ATP8080、ATP8730、ATP7810、ATP7330等型号的产品及应用案例，并结合产品展现出奥谱天成对于仪器国产化的美好愿景。晨光生物科技集团股份有限责任公司质量主管 石文杰报告题目：近红外技术在植物提取物智能化生产中的应用石文杰先以辣椒为例，详细介绍植物提取物的概念及提取步骤；接着，以晨光生物的工作内容为例，分享了近红外光谱技术在生产过程中的应用，如植物提取物的辨别、生产中的水份在线监测和提纯工艺的优化等；最后，其指出近红外技术在植物提取物领域中还将不断提升应用水平、提高性价比、提升智能化水平。天津中医药大学 李文龙副研究员报告题目：从过程分析技术到药物智能制造21世纪是智能制造的世纪，中药智能制造是未来必然的发展趋势。报告中，李文龙详细介绍了过程分析（PAT）技术及在中药生产领域的应用，并以痰热清注射液和复方阿胶为例说明PAT是中药智能制造的关键，近红外光谱技术在生产工艺过程中的具有重要应用价值。不过，李文龙也指出，中药过程分析和智能制造还处于初级阶段，需要做大量的基础性工作。中国农业大学 杨增玲教授报告题目：近红外光谱传感技术在绿色循环农业中的应用研究杨增玲以自身科研经历为例，报告了近红外光谱技术在农业中的应用进展。报告中，杨增玲介绍了新型粪肥多养分同步光谱速测技术的原理及数据库、光谱库的构建，该技术手段与传统养分测试方法相比具有时间快、操作简便、准确率高、成本低等优点。此外，她还介绍了光谱速测技术的开发与应用，展现出光谱技术在农业科研领域的实际应用价值。中国农业大学 孙红教授报告题目：土壤-作物近红外传感器开发及智慧农业应用孙红以感知、移动互联、云计算、大数据、智慧与智能为关键词，结合自己科研成果分享报告。报告介绍了近红外光谱和人工智能相结合在智慧农业发展中应用，并详细介绍了其课题组在作物信息感知关键技术与装备及土壤信息感知关键技术与装备方面开展的一系列工作以及取得的成果。仪器信息网 李亚辉报告结束后，论坛进入《近红外光谱实战宝典》新书发布会环节，各位编委共同为新书揭幕，并在现场进行了赠书活动。新书发布会之后，无锡迅杰光远科技有限公司还为参会代表安排了晚宴环节，给大家创造了再次交流的机会。各位代表就近红外光谱技术的进一步发展深入沟通，并建言献策。

基于双机扫描的气云立体图像近日，中科院合肥研究院安光所徐亮研究员团队在傅立叶红外光谱气体探测技术上取得新进展，实现了污染气云立体图像的被动遥测，相关研究成果发表在国际知名光学期刊Optics Express上，并被选为“Editor’s Pick”文章，博士生胡运优为论文第一作者。红外光谱成像检测技术，是以FTIR气体探测技术为基础的在线监测技术，它具备监测距离远、监控范围广、灵敏度高、监测成分多等特点，可实现泄漏气云的成分甄别、柱浓度定量和图像呈现。徐亮团队在单台设备实现气云二维探测的基础上，架设了2台AG-FTIR-GS3000型气体泄漏傅立叶红外光谱扫描仪，将多幅2D气云柱浓度图像与来自GPS和陀螺仪传感器的精确定位信息相结合，通过计算机层析成像技术实现立体气云远距离定量重建，以创建叠加在数字地图上的气体云的3D图像。为泄漏成分分析、泄漏源精准定位和扩散态势评估提供了全新的技术路线。论文对在约315立方米的空间中在两分钟内释放的少量六氟化硫和甲烷进行了远程监测，成功地生成具有两种气体的经纬度、高度和浓度分布的气体云的3D图像。 AG-FTIR-GS3000型气体泄漏傅立叶红外光谱扫描仪监测结果与现场情况高度吻合此外，该型号气体泄漏傅立叶红外光谱扫描仪已在多个化工园区成功开展气体泄漏早期预警实际应用。如近日某厂区发生泄漏事故后，团队应邀使用AG-FTIR-GS3000获取了厂内风险区域的泄漏成分、泄漏位置，并与现场工作人员的核验结果吻合，为装置复产试车提供了准确的监测数据，为安全复工提供了有力的技术保障。该团队长期专注于红外精密仪器装备的软硬件关键技术攻关和工程化开发，并积极推动国产仪器装备的行业有效应用。左：安装于生产现场的该设备右：双机扫描成像原理图

仪器信息网讯 2011 年9 月27日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会近红外光谱专业委员会与云南瑞升烟草技术(集团)有限公司、云南同创检测技术股份有限公司在瑞升公司举办了“近红外光谱专业委员会云南物联站成立授牌仪式暨近红外光谱应用学术报告会”，70多位业内专家、200多位瑞升公司的科研人员出席。 “近红外光谱专业委员会云南物联站成立授牌仪式暨近红外光谱应用学术报告会”现场 　　会议首先举行了“近红外光谱专业委员会云南物联站成立授牌仪式”，授牌仪式后，会议特邀国内近红外相关领域的院士和著名专家做专题报告，进行学术交流。学术报告会由近红外光谱专业委员会委员王家俊教授主持。 　　方家熊院士：微型近红外光谱分析仪器 方家熊院士 　　方家熊院士报告中介绍了近红外光谱仪发展进程：50年代后期，滤光片分光系统/热传感器型，只是离散的几个波长，测量样品需预处理；灵活性差，而且波长稳定性、重现性差。70年代，光栅扫描分光/ 单光敏元传感器型，扫描速度慢、波长精度和重现性差。80年代，“傅立叶变换”反演光谱/单光敏元传感器型。90年代，固定光栅/二极管阵列(FPA)和声光可调滤光器(AOTF)/ 单光敏元传感器型。21世纪，微纳型。其中着重介绍了第四代各种类型的微小型红外光谱仪的特点。 　　最后方家熊院士指出，目前我国近红外微小型机还不太普及，工农业对微小型机有需求；便携小型机引进的主要是三代机；微型AOTF型机引进力度加大；微型FPA型机基础好缺核心器件；自主生产FPA型是可行的；加强AOTF和微纳型研发是需要的。 　　袁洪福教授：近红外光谱分析技术的应用与展望 近红外光谱专业委员会主任委员袁洪福教授 　　袁洪福教授在报告中介绍了近红外分析技术的特点；近红外在药检制药、水果分级、食品品质安全、石油化工等领域中的应用；近红外分析技术相关国际标准、我国标准的现状；我国药检领域近红外分析技术展望。 　　梁逸曾教授：化学计量学方法与近红外光谱分析 中南大学梁逸曾教授 　　变量选择为化学计量学研究的一个热门问题，目前在多元校正和模式识别多有应用。梁逸曾教授着重介绍了采用CARS(Competitive adaptive reweighted sampling)变量筛选方法建模来提高近红外模型的预测精度，以及解决近红外在线检测的应用问题。 　　瞿海斌教授：近红外光谱分析在制药过程质量控制中的应用及展望 浙江大学瞿海斌教授 　　瞿海斌教授与多家制药企业合作，研制了中药生产过程中各工艺环节的近红外在线检测系统，并针对具体情况设计了样品前处理、不开瓶检测等方法。瞿海斌教授还指出近红外光谱在中药制药领域应用还有很多需要解决的问题，如样品前处理及光谱采集技术、适用的化学计量学方法、过程监测方法、与其他分析仪器的集成技术、技术实施过程中的管理方法等。瞿海斌教授呼吁与会的科研人员一起解决这些问题，共同促进近红外与药品质量的提升。 　　邵学广教授：近红外光谱在烟草工业生产分析中的应用研究 南开大学邵学广教授 　　邵学广教授在报告中介绍了常规成分、微量成分的定量分析模型研究，基于定量模型、光谱的MSPC（通过对多参数的统计对生产过程进行评价）的研究成果；以及基于近红外光谱多元统计分析在烟叶及卷烟(配方)的相似性分析中的应用。 　　褚小立博士：近红外光谱方法的标准化研究 中石化石科院褚小立博士 　　制订符合国情、准确、快速、简便、适用的分析方法标准是组织现代化、集约化生产的重要保证，是加快企业技术进步(如促进生产工艺的改革和提高产品质量的作用)、加强科学管理的一种关键的保障措施。褚小立博士报告中介绍了近红外标准方法的地位、模型适用性判据的重要性、以及模型传递的问题。 　　韩东海教授：近红外光谱分析在食品品质分析中的应用 中国农业大学韩东海教授 　　韩东海教授报告中介绍了近红外光谱技术在水果在线自动分选、水果生产过程控制、腐乳生产工艺改进、葡萄酒发酵智能化、奶牛挤奶数字化、健康食品高科技化、食品专业化等领域的应用情况。 近红外光谱专业委员会委员王家俊教授主持学术报告会 　　整个交流会针对近年来近红外光谱分析技术在烟草、制药、食品领域的应用和我国在药品监督检测、生产过程控制等方面的应用现状、应用前景和存在问题，大专院校等在相关领域的研究进展等进行了热烈的研讨。专家与专家之间的尖锐问题探讨、用户与专家之间的实际问题解答、主持人的精彩点评等让与会者获益良多。“近红外光谱专业委员会云南物联站”的成立，以及该场近红外光谱应用学术报告会的成功举办必将促进近红外光谱技术的进一步发展。 与会专家参观瑞升公司及其实验室 　　附录1：云南瑞升烟草技术(集团)有限公司 　　云南瑞升烟草技术(集团)有限公司致力于烟草技术、卷烟技术、健康吸烟相关技术研究开发、产品生产及配套服务，是专业设置全面，综合技术实力领先的企业集团。 　　瑞升研究开发领域贯穿从种子到烟气的整个过程。经过多年的不断探索和创新，在烟草的种植、调制和卷烟生产配套的各个关键环节，瑞升拥有全方位的烟草综合技术创新能力、价值创造能力、资源整合能力与平台，能为烟草相关企业的烟草原料开发生产、卷烟开发生产提供系统解决方案及配套产品，并为吸烟人群的健康保护提供和创造独特的瑞升价值。 　　瑞升一直以人的发展作为企业最核心的驱动力，不断强化人的发展和专业人才体系的构建。目前已形成了近400人的研究、开发和服务的技术队伍，拥有博士20人，硕士110人，研究员和高级工程师20人。多学科、多专业的人才围绕瑞升发展目标，在相应的业务平台和创新体系中进行有机组合，辅以科学有效的机制，使瑞升的业务具备人力资源保障的优势。 　　附录2：云南同创检测技术股份有限公司 　　云南同创检测技术股份有限公司是一家为农产品、食品、烟草及制药等行业的产品质量安全检测机评价、产品品质提升和可持续发展需求提供技术服务的综合性第三方检测机技术服务机构。 　　自2001年启动建设，进过10余年的发展，分析检测研究平台已经发展成为拥有100余位员工的专业技术团队和配备价值5000万元的先进科研仪器设备、服务领域拓展到烟草、农产品、食品级医药等行业的检测研究平台。

未来值得关注的四大领域　　随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求，四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。　　一是可穿戴式应用。据美国ABI调查公司预测，2017年可穿戴式传感器的数量将会达到1.6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等，实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前，可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展，如电子肌肤等。日前，东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状，单位面积重量只有3g/m2，是普通纸张的1/27左右，厚度也只有2微米。　　二是无人驾驶。美国IHS公司指出，推进无人驾驶发展的传感器技术应用正在加快突破。在该领域，谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果，通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪，以每秒20次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智能软件进行分析，预测相关路况未来动向，同时结合谷歌地图来进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达、佛罗里达和加利福尼亚州获得上路行使权。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发，有的车型已接近量产。　　三是医护和健康监测。国内外众多医疗研究机构，包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光(NIR)的图像传感器，其原理是照射近红外光LED后，使用专用摄像元件拍摄反射光，通过改变近红外光的波长获取图像，然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。　　四是工业控制。2012年，GE公司在《工业互联网：突破智慧与机器的界限》报告中提出，通过智能传感器将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材料科学的限制，并将改变世界的运行方式。报告同时指出，美国通过部署工业互联网，各行业可实现1%的效率提升，15年内能源行业将节省1%的燃料(约660亿美元)。2013年1月，GE在纽约一家电池生产企业共安装了1万多个传感器，用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据，而工厂的管理人员可以通过iPad获取这些数据，从而对生产进行监督。超声波气象站集合了7个传感器，为工业生产提供了一流的天气监测信息，为预防一些灾害事件提供可靠信息，从而提高效率，降低和总的成本。　　此外，荷兰壳牌、富士电机等跨国公司也都在该领域采取了行动。

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。大连理工大学 陈珂副教授本次会议中大连理工大学陈珂副教授介绍了其课题组在光纤光声气体传感技术及应用方面开展的一系列工作（点击回看》》》），得到与会老师的关注和认可。会后，我们也再次邀请陈珂副教授分享大连理工大学光纤光声传感研究团队的系列成果。1、成果简介大连理工大学光纤光声传感研究团队开展了光纤声波/振动传感技术和光声光谱微量气体检测技术的应用基础研究工作。在光纤传感技术研究方面，首次提出并设计了超高灵敏度光纤悬臂梁声波传感器，信噪比相比于传统电学麦克风提高了1-2个数量级；研制出超高速振动/声波传感解调仪器，采用光谱解调法实现了200 kHz的解调速度，将解调算法集成到FPGA中，大幅度提升了解调的稳定性。在光声光谱技术研究方面，将光纤声波传感器用于光声信号探测，提出了干涉型光纤声波锁相探测方法，设计了新型的光纤悬臂梁增强型光声光谱仪器，实现了对多种微量气体的超高灵敏度检测。研究了基于光纤光声传感的变压器油中溶解气体原位检测技术，研究了气体绝缘设备中六氟化硫分解产物的光纤光声检测技术，并在多个变电站开展了示范应用。根据变压器油中溶解气分析和煤矿瓦斯突出应用需求设计了多套激光光声光谱多组分气体分析仪器，掌握了目前世界上唯一的高瓦斯背景中多组分微量气体光学检测技术。成果1：光纤振动/声波传感器及解调仪器设计的光纤振动/声波传感器采用MEMS悬臂梁结构，具有灵敏度高、稳定性好的特点。研制了基于光谱解调的超高速光纤法布里-珀罗（F-P）传感解调仪，在FPGA中集成光谱采集、光谱相位解调等功能，显著提升了解调速度和稳定性。成果2：光声光谱变压器油中溶解气体分析仪针对高电压油浸式变压器油中溶解气体分析需求，研制了多套激光光声光谱气体分析仪。其中对油中溶解乙炔气体的检测极限达到0.05μL/L。，同时课题组还开发了光声光谱油中溶解气体原位检测仪，可以直接将光声传感器安装于变压器取油口。 成果3：光纤光声传感解调仪器本团队创新性地将光纤F-P声波传感器用于微弱光声信号探测，研制了多套光纤光声传感解调仪器。在FPGA中集成了相位解调算法、数字锁相、激光调制等功能。对乙炔气体的检测极限可达到ppt量级。 成果4：光声光谱煤矿自然发火监测仪研制的光声光谱煤矿自然发火监测仪，可对多种特征气体进行同时测量。检测指标如下：乙炔：0.5ppm；乙烯：1ppm；一氧化碳：1ppm；乙烷：5ppm；甲烷：0.1%；二氧化碳：0.1%成果5：高精度光声光谱环境气体分析仪开发的二氧化氮和二氧化硫气体分析仪，可对环境中痕量气体进行实时监测。二氧化氮气和二氧化硫气体的检测限分别达到1ppb和10ppb。下图中实验数据是开发的二氧化氮气体分析仪与环境监控站的对比结果。成果6：多通道同步FPGA数字锁相放大器针对光谱探测中微弱光信号检测需求，开发了多通道同步FPGA数字锁相放大器。采用定制的线阵探测器对光谱进行同步快速读取，光功率检测极限达到10fW量级，动态范围达到120dB。2、产业化探索本团队开发的光谱检测、光纤传感类检测仪器具有较高的技术成熟度。在电力、石化等行业具有较好的应用前景。3、课题组未来研究计划光声光谱与光纤传感技术结合后，具有本质安全、抗电磁干扰、灵敏度高、可远距离探测以及多点测量等优势。本课题组将重点研究光纤光声传感技术中的基础科学问题以及工程应用关键技术。欢迎电力、石化、煤矿和环境监测等相关科研院所和公司联系我们。联系人：陈珂（大连理工大学）Email：chenke@dlut.edu.cn课题组介绍陈珂，大连理工大学光电工程与仪器科学学院副教授，博士生导师，大连市青年科技之星，光纤光声传感团队负责人，主要从事光纤传感、激光光谱和微弱信号检测等方面的研究工作。担任中国光学工程学会光谱技术及应用专委会委员，中国电气工程学会测试技术及仪表专委会状态监测学组委员，国家自然科学基金通讯评审专家。工作近8年来，共主持科研项目32项，其中，国家自然科学基金面上项目等国家级项目2项，省部级项目2项，大连市高层次人才创新支持计划项目1项，企业合作项目20余项；在Analytical Chemistry、Optics Letters等期刊上发表SCI/EI论文93篇，其中第一/通讯作者论文63篇；已申请和授权发明专利43项，其中第一发明人专利21项。

所谓气体传感器，是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测，测量该气体在传感器附近是否存在，或在传感器附近空气中的含量。因此，在安全系统中，气体传感器通常都是不可或缺的。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。气体传感器的分类从检测气体种类上，通常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导 体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器。从使用方法上，通常分为便携式气体传感器和固定式气体传感器。从获得气体样品的方式上，通常分为扩散式气体传感器（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式气体传感器（是指通过使 用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）。从分析气体组成上，通常分为单一式气体传感器（仅对特定气体进行检测）和复合式气体传感器（对多种气体成分进行同时检测）。按传感器检测原理，通常分为热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器、气相色谱式气体传感器等。先来了解一下气体传感器的特性：1、稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。2、灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制或爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。3、选择性选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。4、抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到优。接下来是关于不同气体传感器的检测原理、特点和用途：一、半导体式气体传感器根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用 半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理） 等。可以检测百分比浓度的可燃气体，也可检测ppm级的有毒有害气体。优点：结构简单、价格低廉、检测灵敏度高、反应速度快等。不足：测量线性 范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。二、固体电解质气体传感器固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质，当用作气体传感器时，它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液中，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，几乎在石化、环保、矿业、食品等各个领域都得到了广泛的应用，其重要性仅次于金属—氧化物一半导体气体传感器。这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间，选择性、灵敏度高于半导体气体传感器，寿命长于电化学气体传感器，因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。三、催化燃烧式气体传感器这种传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器，即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层，在一定温度下，可燃气体在表面催化燃烧，因此铂电阻温度升高，导致电阻的阻值变化。由于催化燃烧式气体传感器铂电阻外通常由多孔陶瓷构成陶瓷珠包裹，因此这种传感器通常也被称为催化珠气体传感器。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体，但实际应用中有很多例外。这种传感器通常可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。四、电化学气体传感器电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。包含原电池型气体传感器、恒定电位电解池型气体传感器、浓差电池型气体传感器和极限电流型气体传感器。1、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫等。2、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析（根据电解过程中消耗的电量，由法拉第定律来确定被测物质含量）传感器。这种传感器用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。3、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。4、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。主要优点：体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。主要不足：易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。五、PID——光离子化气体传感器PID由紫外光源和气室构成。紫外发光原理与日光灯管相同，只是频率高，能量大。被测气体到达气室后，被紫外灯发射的紫外光电离产生电荷流，气体浓度和电荷流的大小正相关，测量电荷流即可测得气体浓度。可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物，PID对挥发性有机化合物灵敏度很高。六、热学式气体传感器热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的。其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其主要工作原理是在一定温度下，一些金属氧化物半导体材料的电导率会跟随环境气体的成份变化而变化。其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸 气、酒精乙醚蒸气等。七、红外气体传感器一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。这种传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端，当有气体时，对红外光产生吸收，接收到的红外光就会减少，从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接收器，使检测更准确、可靠。优点：选择性好，只检测特定波长的气体，可以根据气体定制；采用光学检测方式，不易受有害气体的影响而中毒、老化；响应速度快、稳定性好；利用物理特性，没有化学反应，防爆性好；信噪比高，抗干扰能力强；使用寿命长；测量精度高。缺点：测量范围窄；怕灰尘、潮湿，现场环境要好，需要定期对反射镜面上的灰尘进行清洁维护；现场有气流时无法检测；价格较高。八、磁学式气体分析传感器在磁学式气体分析传感器中，常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围宽，是一种十分有效的氧量测量传感器。常用的有热磁对流式氧量分析传感器（按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式）和磁力机械式氧量分析传感器。主要用途：用于氧气的检测，选择性极好，是磁性氧气分析仪的核心。其典型应用场合有化肥生 产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。九、气相色谱式分析仪基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析传感器。在发电厂锅炉试验中，已有应用。工作时，从进样装置定期采取一定容积的气样，在流量一定的纯净载气（即流动相）携带下，流经色谱柱，色谱柱中装有称为固定相的固体或液体，利用固定相对气样各组分的吸收或溶解能力的不同，使各组分在两相中反复进行分配，从而使各组分分离，并按时间先后流出色谱柱进入检测器进行定量测定。根据检测原理，气相色谱式分析仪又细分为浓度型检测器和质量型检测器两种。浓度型检测器测量的是气体中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。常用的检测器有TCD热导检测器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。优点：灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。不足：定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于 试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。十、其他气体传感器1.超声波气体探测器这种气体探测器比较特殊，其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时，就会形成湍流，产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素，超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞产生热能和振动。热能快速分散，但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是否有空气泄漏。这类探测器通常用于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。2.磁氧分析仪这种气体分析仪是基于氧气的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象，测量混合气体中氧气的一种物理气体分析设备。这种设备适合自动检测各种工业气体中的氧气含量，只能用于氧气检测，选择性极好。

近日，精密测量技术供应商思百吉（Spectris）宣布，其完成了以8200万美元对Dytran Instruments的收购，并将后者与Hottinger Brüel & Kjær（HBK）业务合并。Dytran Instruments总部位于美国加利福尼亚州，是一家领先的创新传感器及相关电子器件的设计和制造商，其传感产品主要用于测量动态力、压力和振动。Dytran Instruments提供广泛的产品线，具有完整的内部定制能力，为客户的测试和测量需求提供一站式服务。Dytran Instruments专门设计单轴和三轴IEPE加速度计、超高温充电模式传感器、高冲击传感器、电容式MEMS传感器、压力传感器和基于数字总线的传感器。Dytran Instruments利用广泛的压电和可变电容DC-MEMS技术设计并制造传感器，特别适用于从测试实验室到测试轨道再到外太空的各种应用环境。Dytran Instruments的传感器可应用于航空航天、工业和汽车应用领域的产品开发测试和嵌入式监控解决方案。Dytran Instruments的产品线与来自丹麦Brüel & Kjær的声学传感器和来自德国Hottinger Baldwin Messtechnik的加速度计具有协同效应，后两家公司在2019年7月合并成为Hottinger Brüel & Kjær。利用Dytran Instruments最大的北美市场，将帮助HBK在该地区增加市场渗透并建立销售网络。同时，HBK的全球业务将扩大Dytran的产品覆盖和全球支持。Spectris首席执行官（CEO）Andrew Heath表示：“Dytran是HBK的优秀补充，为快速增长的加速度计市场提供了互补技术，并加强了我们的传感器产品组合。此次并购将加强HBK在美国航空航天、国防工业领域的市场地位，通过利用HBK现有的全球销售渠道也将加速Dytran的营收。我们非常欢迎Dytran的团队加入HBK，为我们的客户提供更广泛的加速度计和解决方案组合，帮助提升他们的产品和开发计划。”今年7月，Spectris以5.25亿美元的价格将其Omega Engineering业务出售给了Arcline投资管理公司，留下了三个业务：Malvern Panalytic、HBK和Industrial Solutions，专注于高精度测量。此外，它还收购了开发高性能、实时计算硬件和软件解决方案的Concurrent Real-Time。这家公司也被整合进入HBK，以发展其模拟平台业务，完全整合硬件在环（HiL）技术。Concurrent Real-Time与VI-grade和Imtec Engineering一起，构成了HBK的虚拟测试部门，为整个开发周期提供测试产品。

【研究背景】随着中红外光谱技术的发展，非破坏性和无标记的材料识别日益受到关注。尤其是在材料的红外振动指纹分析中，表面增强红外吸收（SEIRA）光谱因其能够显著提高灵敏度而成为一个重要的研究方向。SEIRA光谱利用特定基底增强红外场，从而检测微量分子，但目前的技术仍然面临小红外消光截面对低浓度分子的检测能力不足的问题。声子极化子作为红外光与晶格振动强耦合的准粒子，提供了一种新的思路。尤其是在极性材料中，声子极化子展现出长寿命与超小波长的优良特性，适合用于SEIRA光谱。然而，现有声子SEIRA技术在远场消光测量中效率较低，难以实现有效的信号转换。此外，常规的检测器面积较大，限制了其在实际应用中的便携性和集成度。为了解决这些问题，科学家们尝试利用氮化硼（h-BN）等二维材料中的超高波长声子极化子（HPhPs）进行声子SEIRA光谱的检测。研究表明，HPhPs能够提供高场约束与增强的光电流响应，但如何有效地将其应用于实际检测仍然是一个挑战。为此，西班牙CIC nanoGUNE BRTA and EHU/UPV的 Rainer Hillenbrand等研究者们开发了一种基于h-BN/石墨烯/h-BN异质结构的新型紧凑型芯片声子SEIRA光谱平台，通过金属分裂栅集中入射光并激发HPhPs。研究表明，随着分子层厚度的减小，灵敏度得以显著提高，显示出超越传统光谱技术的潜力。最终，作者的工作为芯片上声子SEIRA传感器的开发提供了新的思路，展现出在分子与气体检测中的广泛应用前景。【表征解读】本文通过先进的傅里叶变换红外光谱（FTIR）和近场光谱技术，深入探讨了基于h-BN/石墨烯异质结构的声子增强红外吸收（SEIRA）检测的特性。通过这些表征手段，作者发现了在微纳米尺度下，分子层的红外响应显著增强，从而揭示了h-BN的声子极化子在提升红外灵敏度中的关键作用。针对在常规SEIRA实验中观察到的灵敏度不足现象，作者结合数值模拟与实验表征，深入分析了分子振动与声子极化子的相互作用。通过对不同厚度h-BN层及其与石墨烯的结合结构进行微观机理的表征，作者获得了关于红外吸收特性的重要数据。这些研究揭示了分子层的厚度和分裂栅几何形状对声子极化子共振特性的影响，进而挖掘了优化检测灵敏度的潜在策略。在此基础上，本文利用电子束光刻（EBL）和原子力显微镜（AFM）等表征手段，制备了具有特定结构的石墨烯分裂栅探测器。通过对探测器的电学特性和光电流（PC）响应进行系统的测量，结果表明，当分子层的横向尺寸缩小至深亚波长尺度时，红外响应的灵敏度有显著提高。特别是在10纳米厚的有机分子层上，检测到的光电流谱线在分子振动频率上显示出明显的吸收特征，验证了作者设计的有效性。通过FTIR和近场光谱的结合使用，作者进一步深化了对分子层与声子极化子之间相互作用的理解。这种结合不仅提高了实验的灵敏度，还为多种分子材料的表征提供了新的方法。在探索不同声子极化子材料的多谱段应用方面，本文提出了多种可能的组合，进一步拓展了SEIRA技术的应用前景。总之，经过深入的表征与分析，本文揭示了h-BN/石墨烯异质结构在声子增强红外吸收中的重要作用，成功制备了高灵敏度的红外探测器。这一研究不仅推动了对纳米尺度下分子检测的理解，也为未来在生物传感器和环境监测等领域的应用提供了新的材料和技术支持，从而推动了光电探测技术的进步。 芯片上声子SEIRA检测分子振动参考文献：Bylinkin, A., Castilla, S., Slipchenko, T.M. et al. On-chip phonon-enhanced IR near-field detection of molecular vibrations. Nat Commun 15, 8907(2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53182-9

光是一种电磁波：它由在空间中传播的振荡电场和磁场组成。每个波都以其频率为特征，频率是指每秒振荡的次数，以赫兹(Hz)为单位。人类肉眼可以检测到400到750万亿赫兹（或太赫兹，THz）之间的频率，这些频率定义了可见光谱。手机摄像头中的光传感器，可以检测低至300THz的频率，而用于通过光纤连接互联网的检测器，对大约200THz的频率敏感。在较低的频率下，光所传输的能量，不足以触发我们肉眼以及许多其他传感器中的光感受器。但是，在100太赫兹以下的频率，即中红外和远红外光谱中，有丰富的信息。例如，一个表面温度为20°C的身体会发出高达10太赫兹的红外光，这可以通过热成像捕捉。此外，化学和生物物质在中红外有明显的吸收带，这意味着我们可以通过红外光谱学进行远程、非破坏性地识别它们，红外光谱具有无数的应用。近日，国际科学家小组开发出一种新方法，通过将频率改变为可见光频率来检测红外光。该设备可以将常见的高灵敏度可见光探测器“视野”扩展到远红外线。变频并不是一件容易的事。由于能量守恒定律，光的频率是基本特征，不能通过将光反射到表面或穿过材料而轻易改变。研究人员通过使用介质，向红外光添加能量来解决这个问题：微小的振动分子。红外光被引导到分子，在那里它被转换成振动能量。同时，更高频率的激光束撞击相同的分子，以提供额外的能量，并将振动转化为可见光。为了促进转换过程，分子被夹在金属纳米结构之间，金属纳米结构通过将红外光和激光能量集中在分子上而充当光学天线。研究人员表示，这个新设备具有许多吸引人的功能。首先，其转换过程是连贯的，这意味着原始红外光中存在的所有信息，都能忠实地映射到新创建的可见光上。还可以使用标准探测器（如手机摄像头中的探测器）进行高分辨率红外光谱分析。其次，每个设备的长度和宽度约为几微米，这意味着它可以合并到大型像素阵列中。最后，该方法具有很强的通用性，可以通过简单选择具有不同振动模式的分子来适应不同的频率。但是，到目前为止，该设备的光转换效率仍然很低。研究人员称现在正在集中精力进一步改进它。题为Continuous-wave frequency upconversion with a molecular optomechanical nanocavity的相关研究论文发表在《科学》上。

随着近红外（NIR）和短波红外（SWIR）光谱在人工智能驱动技术（如机器人、自动驾驶汽车、增强现实/虚拟现实以及3D人脸识别）中的广泛应用，市场对高计数、低成本焦平面阵列的需求日益增长。传统短波红外光电二极管主要基于InGaAs或锗（Ge）晶体，其制造工艺复杂、器件暗电流大。有机半导体是一种可行的替代品，其制造工艺更简单且光学特性可调谐。据麦姆斯咨询报道，近日，华南理工大学的研究团队研制出基于有机半导体的新型红外光电探测器。这项技术有望彻底改变成像技术，该有机光电二极管在近紫外到短波红外的宽波段内均优于传统无机探测器。这项研究成果以“Infrared Photodetectors and Image Arrays Made with Organic Semiconductors”为题发表在Chinese Journal of Polymer Science期刊上。研究团队采用窄带隙聚合物半导体制造薄膜光电二极管，该器件探测范围涵盖红外波段。这种新技术的成本仅为传统无机光电探测器的一小部分，但其性能可与传统无机光电探测器（如InGaAs光电探测器）相媲美。研究人员将更大的杂原子、不规则的骨架与侧链上更长的分支位置结合起来，创造出光谱响应范围涵盖近紫外到短波红外波段的聚合物半导体（PPCPD），并制造出基于PPCPD的光电探测器，相关性能结果如图1所示。图1 基于PPCPD的光电探测器性能在特定探测率方面，该器件与基于InGaAs的探测器相比具有竞争力，在1.15 μm波长上的探测率可达5.55 × 10¹² Jones。该有机光电探测器的显著特征是，当其集成到高像素密度图像传感器阵列时，无需在传感层中进行像素级图案化。这种集成制造工艺显著简化了制备流程，大幅降低了成本。图2 短波红外成像系统及成像示例华南理工大学教授、发光材料与器件国家重点实验室副主任黄飞教授表示：“我们开发的有机光电探测器标志着高性价比、高性能的红外成像技术的发展向前迈出了关键的一步。与传统无机光电二极管相比，有机器件具有适应性和可扩展性，其潜在应用范围还包括工业机器人和医疗诊断领域。”该新型有机光电探测器有望对各行各业产生重大影响。它们为监控和安全领域的成像系统提供了更为经济的选择。未来，基于有机技术的医疗成像设备有望更加普及，价格也会更加合理，从而在医疗环境中实现更全面的应用。该器件的适应性和可扩展性还为尖端机器人和人工智能等领域的应用铺平道路。这项研究得到了国家自然科学基金（编号：U21A6002和51933003）和广东省基础与应用基础研究重大项目（编号：2019B030302007）的资助。论文链接：https://doi.org/10.1007/s10118-023-2973-8