运动传感器

今年以来，全球几大消费电子巨头纷纷发力抢占以智能眼镜及智能手表为代表的可穿戴设备市场。而在本轮可穿戴设备的追逐热潮中，传感器已然成为可穿戴设备产业链中的点金石，是硬件产业链上机会确定性较强的一块领域。据美国《华尔街日报》的报道显示，苹果即将发布的iWatch智能手表就将整合至少10种传感器，这无疑将对传感器市场的大热进一步起到推波助澜的作用。此外，前瞻产业研究院在此前发布的《2013-2017年中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告》中，曾预测2013-2017年中国传感器制造行业销售收入将保持快速增长，2017年行业销售收入将突破5000亿元。分析人士表示，苹果等巨头的示范效应叠加传感器市场规模超千亿，都将推动国内传感器市场加速发展，相关概念大概率将获得资金青睐。 　　iWatch将成传感器大热催化剂 　　据外媒报道，最近Sensoplex公司的首席执行官Hamid Farzaneh在采访中对iWatch中可能出现的传感器进行了推测。作为一家新型可穿戴产品设计和供应传感器模块公司，Sensoplex在此领域非常具有发言权。 　　据悉，Farzaneh专门对这10种传感器进行了分类，有五种可能性比较大，而另外五种则是较有可能。其认为，几乎肯定会被整合进iWatch的传感器，包括加速度传感器、陀螺仪、磁力计、晴雨表/气压传感器及环境温度传感器。 　　Farzaneh指出，加速度传感器似乎已经成为智能手机的标配，而iWatch将使用加速度传感器测量身体运动，并且可以记录用户步数以及睡眠习惯。而陀螺仪是一款不可缺少的组件，可以侦测转动。陀螺仪获得的数据可以与锻炼逻辑算法相互协作 而且陀螺仪还能让iWatch&ldquo 感知&rdquo 用户，比如举起手腕准备看表时，屏幕自动亮起。气压传感器则不仅仅可以向用户提供更准确的天气数据，还可感知海拔高度的变化，对于跑步爱好者和登山爱好者来说，海拔高度数据非常重要。 　　针对比较有可能被整合进iWatch的传感器，Farzaneh认为，包括心率监控仪、血氧传感器、皮肤电导传感器、皮肤温度传感器以及GPS。 　　除此之外，据《华尔街日报》报道称，台湾厂商广大电脑将成为iWatch的主要生产商。而LG将为苹果智能手表独家提供显示屏，这种屏幕拥有2.5英寸，为长方形设计，且呈拱形，支持触摸以及无线充电功能等特点。 　　iPhone 6或搭载气压计及 　　传感器装置 　　据科技博客9to5mac报道，当前业界关于苹果下一代iPhone的传闻正沸沸扬扬，似乎iPhone 6将采用更大的屏幕设计、重新启用金属面板等，已是板上钉钉的事情。近期又有知情人士爆料，iPhone 6可能将搭载运动气压计和大气传感器装置。 　　据介绍，在通常情况下，气压计是用来测量位置高度的一个装置，这一传感器已经普遍存在于常见的Android设备上，比如三星的Galaxy Nexus手机。对于徒步旅行者、登山者、骑行和一些希望能够获取自己当前位置精确高度的发烧友来说，气压计传感器装置很实用。当然，通过一些气压数据，气压计同时可以预测气温和天气状况。 　　业内人士表示，&ldquo iPhone 6可能将搭载运动气压计&rdquo 的传闻并非空穴来风，在苹果最新的软件开发工具包Xcode 6和iOS 8操作系统的代码上，可以找到相关信息。其中的CoreMotion APIs上，赫然显示有高度测量功能。 　　此外，在当前的苹果应用商店内，已有几款可以跟踪高度的应用存在，这些应用基于现有的GPS芯片和运动跟踪芯片。不过，据相关开发人员称，Xcode 6 和iOS 8中的高度测量基于新的技术框架，需要有新的苹果硬件支持。 　　上述开发人员称，iOS 8操作系统对新的测量高度的硬件支持，意味着苹果将在未来发布的iOS设备中嵌入这一新功能，这些设备不仅包括今年秋季推出的iPhone 6，还有可能覆盖新的ipad，甚至iWatch。 　　此外，开发人员在iOS 8上还找到了环境压力跟踪参数，根据这些参数，除了根据气压可以确定高度外，还可以分析周边降水或天气阴晴状况。开发人员称，未来iOS设备的这种天气预测功能。 　　5000亿市场引角逐 　　应该说，传感器已经成为可穿戴设备产业链中的点金石，是硬件产业链上机会确定性较强的一块领域。以谷歌眼镜为例，其内置了多达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、线性加速等传感器的应用，这让谷歌眼镜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以完成拍照。虽然谷歌没有透露具体的技术细节，但是业界专家都认为，这主要是因为谷歌眼镜内置了红外传感器和距离传感器，在两者的有机结合下，用户眼睛活动被识别，从而最终实现对应用的操作。 　　而在可穿戴设备智能化升级的过程中，MEMS传感器是传感器发展的必然趋势。MEMS被称为微机电系统，主要包括传感器和执行器两类，广泛应用于包括智能手机、平板电脑和可穿戴设备等在内的消费电子领域。分析人士表示，各类传感器功能性的全融合将成为传感器的研发方向，未来可穿戴产品终端前景的发展将取决于传感器等产业链上游技术的提升，其中，MEMS创新应用将是可穿戴设备发展的源泉。 　　另外，早在去年，前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告》就曾预测，2013-2017年传感器制造行业销售收入将保持快速增长，2017年行业销售收入将突破5000亿元。 　　具体而言，传感器制造行业研究小组认为，传感器制造行业的下游主要应用领域包括工业检测、汽车、医疗、环境保护、航空航天等。鉴于传感器制造行业下游市场给力，我国传感器制造行业的前景值得期待。其一，传感器在机械行业将会有广阔的应用前景。未来机械行业将会广泛全面地应用信息技术，加快产品更新换代，提高产品技术含量，缩短与国际先进水平的差距，在机械产品中融入传感器、单片机、微处理器、PLC、NC、数字通信接口以及激光等现代信息技术和高新技术，提高产品的机电一体化、数字化、智能化和网络化的程度，使产品的技术含量、知识含量、附加值得以提高。其二，随着传感器技术作为物联网的核心技术，家电物联网的发展必定会带动相关传感器技术的大规模应用，传感器在家电领域的发展前景也十分广阔。其三，在疾病的早期诊断、早期治疗、远距离诊断及人工器官的研制等广泛范围内发挥作用的大趋势之下，传感器在这些方面将会得到越来越多的应用。

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）

过去的温湿度传感器都比较简单，而随着技术的成熟，科技的进步，如今温湿度传感器发展也是越来越好。由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的传感器就会相应产生。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。结合目前市场上的传感器类型，即使是温湿度传感器，这一类型的传感器，还会分为很多种类，有很多的类型。当然它们的应用领域也是千差万别的。下面具体来看下湿度传感器的种类都有哪些?温湿度传感器按监测方法分有接触式和非接触式两种接触式： 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。非接触式： 它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。温湿度传感器也分分体式和一体式两种，上面介绍了一体式，下面介绍分体式。分体式又温度传感器和湿度传感器组成。温度传感器通过感温元件来分类可以大致分成铂热电阻温度传感器、热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器三大类。1：铂热电阻温度传感器铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，按0℃时的电阻值R（℃）的大小分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等，测温范围均为-200~850℃。利用PT100铂热电阻作为感温元件的型号有铠装式、装配式、插座式、端面热电阻。主要应用了需要温度误差小的行业或者是精密仪器仪表。2：热电偶温度传感器热电偶是温度测量中常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是便宜的。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。通过电势的变化来得出相应的温度变化。热电偶是简单和通用的温度传感器，但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。3：热敏电阻由金属氧化物陶瓷组成，是低成本、灵敏度高的温度传感器。热敏电阻是用半导体材料， 大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。热敏电阻在两条线上测量的是温度， 有较好的精度，但它比热偶贵， 可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ，每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。湿度传感器的湿敏元件分为电阻式和电容式 两种。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。常见的湿度测量方法有：动态法(双压法、双温法、分流法)，静态法(饱和盐法、硫酸法)，露点法，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。

据了解，得益于传感器的进化，有利于实现更精准的身体数据监测，让运动监测设备们变得更好用。在未来，传感器配合更先进的软件算法，有可能帮助我们获得更准确的监测数据。 　　几年前，运动手环还仅仅是一个简单的计步器，但现在它们已经完全不同，可以监测心率甚至是紫外线指数。可以肯定的是，大量传感器的植入让运动监测设备们越来越全面、智能，那么这些传感器都是什么呢? 　　加速度计 　　加速度计是运动监测设备普遍具备的基本传感器，通常被用来记录行进步数。通过测量方向和加速度力量，加速度计能够判断设备处于水平或是垂直位置，来判断设备是否移动，从而达到计步操作。 　　当然，并不是所有的加速度计都是准确的。基本的款式仅有两轴，相对来说不够准确 而三轴传感器则可更好地检测设备在三维空间中的位置，实现更精准的记录。 　　全球定位系统(GPS) 　　GPS虽然已经是非常普及的技术，通过使用29颗地球总轨道卫星中的四颗进行定位，便能够获得误差较小的精确位置。不过，由于耗电量偏大，所以尚未在运动手环中普及，只有一些定位专业运动监测的运动手表才具备GPS芯片，用于记录用户的地理位置、跑步路线等等。 　　光学心率监测器 　　光学心率传感器是目前运动监测设备逐渐流行的配置，使用LED发光照射皮肤、血液吸收光线产生的波动来判断心率水平，实现更精准的运动水平分析。 　　不过，目前对于光学心率传感器的准确性也存在较大争议，因为每种设备都会添加一些肤色弥补技术，来适应更广泛的人群，所以不同设备的差异也较大。 　　皮电反应传感器 　　皮电反应传感器是一种更高级的生物传感器，通常配备在一些可以监测汗水水平的设备上。简单来说，人类的皮肤是一种导电体，当我们开始出汗，皮电反应传感器便可以检测出汗水率，配合加速度计及先进的软件算法，有利于更准确地监测用户的运动水平。 　　环境光及紫外线传感器 　　环境光传感器模拟人类眼镜对光线的敏感度，可以根据周围光线的明暗来判断时间，并有效节省运动监测设备的电力消耗。而紫外线传感器则可监测到光线中的紫外线指数，实现防晒提醒操作。 　　生物电阻抗传感器 　　Jawbone的新款UP3运动手环，配备了更先进的生物电阻抗传感器，可通过生物肌体自身阻抗来实现血液流动监测，并转化为具体的心率、呼吸率及皮电反应指数，是一种更先进的综合生物传感器，准确性也相对更高。 　　总结 　　显然，得益于传感器的进化，有利于实现更精准的身体数据监测，让运动监测设备们变得更好用。在未来，这些传感器配合更先进的软件算法，有可能帮助我们获得更准确的监测数据，甚至能够分享到医疗机构，帮助我们预防疾病。

p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 日前，在德国慕尼黑上海电子展上，Bosch Sensortec携七款微电子机械(MEMS)传感器新品参展，包括专业级健康类智能传感器解决方案、智能加速度传感器、高性能陀螺仪传感器以及可定制编程的9轴运动传感器。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据介绍，Bosch Sensortec致力于为全球消费类电子市场提供全系列的微电子机械传感器解决方案，可实现移动装置对周边环境的感知，目前全世界3/4的智能手机中都装有Bosch Sensortec传感器。“可穿戴设备和物联网应用将是MEMS传感器未来最重要的两大发展方向。”Bosch Sensortec公司首席执行官兼总经理斯特凡· 芬克贝纳博士说。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据了解，BHV250和BHV160是Bosch Sensortec推出的第一代具有优化生命体征传感功能的高智能传感器解决方案。该解决方案融合光电容积脉搏波(PPG)信号与MEMS惯性传感器信号，利用实时运动信息补偿心率测量，并通过Firstbeat专业的生命体征分析算法为用户提供更有价值的专业级健康和运动状况信息。这两款全新的传感器主要针对可穿戴设备市场，如智能手表、智能耳机、智能服装等。作为完整的传感器解决方案，其特点在于小尺寸、超低功耗，搭载集成软件与针对不同PPG芯片的广泛支持。 /p p br/ /p

近日，广东省科学院化工研究所研究员曾炜团队在国家自然科学基金项目等的资助下，在双应变-温度传感器性能研究方面取得新进展。相关研究发表于Composites Part A。张静斐为该论文第一作者，曾炜为通讯作者。 　　在目前的双应变-温度传感器研究中，一般是将应变/温度敏感的导电材料，如金纳米粒子、氧化石墨烯和碳纳米管等引入弹性体或水凝胶来实现的。由于弹性体的伸展性差和导电材料的不透明性限制了其在大应变和可视化设备中的应用。而离子导电水凝胶具有透明度高、柔韧性好的优点，可以实现基于三维网络离子传输的同时，利用其电导率随应变和温度的变化而实现应变-温度双重传感，为传感器的多功能化提供了广阔应用前景。 　　研究人员通过自由基聚合，在氯化锂和甘油的存在下，制备了具有良好应变和温度敏感性的可拉伸离子导电性水凝胶。氯化锂的强离子水化作用和水分子、甘油形成强氢键协同作用从而抑制了冰晶的生成，使水凝胶具有优异的抗冻能力，能在-30 ℃~ 80 ℃的较宽温度范围内检测温度的变化。该水凝胶在36.5~40 ℃范围内的温度灵敏度为5.51 %/℃，检测限为0.2 ℃，并具有良好的升温-降温循环稳定性。 　　此外，水凝胶传感器在2000%的宽应变范围内具有良好的线性，可以达到17.3的高灵敏度，并具有低至1%的检测下限。利用该方法制备的应变-温度双重刺激响应水凝胶，在人体运动监测、发热检测等可穿戴设备中具有很大的应用潜力。

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。

人们对电子设备的便携性、多功能性和集成性的期待推动了可穿戴电子设备的快速发展。最近，摩擦电纳米发电机(TENGs)在能力收集、人机交互、医疗监测和自供电传感等方面引起了关注。遗憾的是，这类交互设备多由分隔的传感器和显示单元组成，因而总是需要一些笨重的设备或有线连接来将输出信号转换为人类易读出的形式。色彩提供了简单的传输信息的方法，其可调的颜色属性有望与传感器集成，为交互式信号的可视化开辟了新途径。金属卤化物钙钛矿具有特殊的光物理性质，为未来的可穿戴电子产品提供了新机会。然而，构建自供能、应变传感和显示等多功能特性一体化的光致发光传感系统是巨大的挑战。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所轻量化实验室研究员李清文与项目研究员张其冲等，提出了高效窄光致发光金属卤化物固体的水合成策略，进一步将其应用于自供电的可穿戴式光致发光传感器。科研人员利用这一策略，仅使用水作为溶剂便制备了盐壳金属卤化物固体(具有高效和狭窄的绿色排放，PLQY为87.3%)。其中，KBr盐提供了一个富溴的环境来钝化钙钛矿的表面缺陷，且作为基质来提高其稳定性。该绿色环保的制备策略可用于制备无色水性油墨和柔性光致发光薄膜。另外，该固态化合物可作为聚乙烯醇(PVA)的填料，用于TENG中的高性能正摩擦材料，所制备的TENG的输出性能是原始TENG的2.3倍。研究进一步构建了电压响应范围为0-100kPa、响应时间为125ms的可穿戴光致发光传感器，以检测人体的各种运动。研究显示，运用简单的水蒸发结晶策略即可制备高发射窄半高峰宽的金属卤化物固体，巧妙地引入溴化钾盐使得难溶于水的溴化铅完全溶解在水中，不仅赋予了材料高量子产率，而且提升了产物光和热稳定性。得益于水蒸发结晶策略，前驱体水溶液可制备成水性墨水，通过与水性聚合物混合可以制备出柔性荧光薄膜，并可以通过喷墨打印技术打印相关的图案。作为概念验证，研究还构建了电压响应范围为0-100kPa，响应时间为125ms的可穿戴光致发光压力传感器，未来有望构建同时具有显示-传感一体化自供电集成器件，检测人体的各种运动。该研究为高发射的金属卤化物固体的合理设计提供了指导，并为扩展其在多功能可穿戴荧光传感器中的应用提供了参考。相关研究成果以Robust Salt-Shelled Metal Halide for Highly Efficient Photoluminescence and Wearable Real-Time Human Motion Perception为题，发表在Nano Energy上。研究工作得到中科院和江苏省青年基金项目的支持。该研究由苏州纳米所、华东理工大学、新加坡南洋理工大学、上海交通大学的科研人员合作完成。图1.固态盐壳金属卤化物的制备图2.固态金属卤化物的稳定性及其柔性应用图3.固态金属卤化物在传感领域的应用

精密位移传感器技术比较PIEZOCONCEPT 在其压电级中使用什么类型的位移传感器？为什么它优于其他传感器技术？PIEZOCONCEPT 使用单晶硅传感器，称为Si-HR 传感器。尽管它是应变仪传感器大系列的一部分，但它的性能优于其他两种常用技术（电容式传感器和金属应变仪）。这两种位置传感技术有其自身的特定缺点。 电容式传感器与 PIEZOCONCEPT 公司Si-HR 传感器的比较电容式传感器非常常用。他们提供了不错的表现，但他们对以下情况很敏感：• 气压变化：空气的介电常数取决于气压。电容测量将受到任何压力变化的影响。• 温度变化：同样的，空气的介电常数会随温度变化• 污染物的存在以上所有都会导致一些纳米级的不稳定性，因此如果您想实现真正的亚纳米级稳定性，则需要将它们考虑在内。即使可以对气压和温度进行校正，也无法校正其他因素（污染物、脱气）的影响。这解释了电容式传感器在真空环境中性能不佳的原因。此外，电容式传感器非常昂贵且体积庞大。因此，带有电容传感器的位移台不可能做的有像的 BIO3/LT3 这样薄，即使设计的好也会在稳定性方面进一步牺牲性能。因为它是一种固态技术，所以Si-HR 传感器的电阻不依赖于气压或污染物的存在。其次，温度变化会对测量产生影响（主要是因为材料的热膨胀），但这可以通过使用传感器阵列来纠正。基本上，我们为每个轴平行使用 2 个硅传感器 - 一个用于测量，另一个用于考虑由于温度变化导致的材料膨胀。金属应变计与 PIEZOCONCEPT Silicon HR 技术的比较金属应变计与我们的 Silicon HR 技术（也是应变计）之间的差异更大。金属应变计和硅传感器应变计之间存在两个巨大差异。竞争对手试图说所有的应变仪都具有相同的性能，因为它们测量的是应变。这是不正确的。半导体应变计在稳定性方面与金属应变计有很大不同。金属应变计和Si-HR 传感器（PIEZOCONCEPT 使用）之间的第yi个区别是应变系数：半导体应变仪（Si-HR）的应变系数大约是金属应变仪的 100 倍。更高的规格因子导致更高的信噪比，最终导致更高的稳定性。 更重要的是，第二个区别是金属应变计不能直接安装在弯曲本身上（即实现运动的地方）：金属应变计必须安装在某种“背衬”上。因此，它必须安装在执行器本身上，因为您没有足够的空间将其安装在挠性件上。仅在执行器上测量的问题是压电执行器有很多缺陷......存在蠕变或滞后等现象。因此，由于压电执行器的伸长不均匀，因此仅测量执行器的部分伸长率并不能精确地扣除其完全伸长率。通过对弯曲本身进行测量，我们不会遇到这种“不均匀”问题。由于上述原因，如果您比较应变计（金属）和 PIEZOCONCEPT 的Si-HR 传感器，在信噪比和稳定性方面存在巨大差异。 关于法国PIEZOCONCEPT公司 PIEZOCONCEPT 是压电纳米位移台领域的领宪供应商，其应用领域包括但不限于超分辨率显微镜、光阱、纳米工业和原子力显微镜。其产品已被国内外yi流大学和研究所从事前沿研究的知名科学家使用，在工业和科研领域受到广泛好评。 多年来，纳米定位传感器领域电容式传感器一直占据市场主导地位。但这项技术存在明显的局限性。PIEZOCONCEPT经过多年研究，开发出硅基高灵敏度位置传感器（Silicon HR）技术，Si-HR传感器可以实现更高的稳定性和线性度，以满足现代显微镜技术的更高分辨率要求。 PIEZOCONCEPT的目标是为客户提供一个物美价廉的纳米或亚纳米定位解决方案，让客户享受到市面上蕞高的定位准确性和稳定性的产品使用体验。我们开发了一系列超稳定的纳米定位器件，包含单轴、两轴、三轴、物镜扫描台、快反镜和配套器件，覆盖5-1500um行程，品类丰富，并提供各类定制化服务。与市场上已有的产品相比具有显着优势，Piezoconcept的硅传感器具有很好的稳定性、超本低噪声和超高的信号反馈，该技术优于市场上昂贵的高端电容传感器。因此，我们的舞台通过其简单而高效的柔性设计和超本低噪声电子器件提供皮米级稳定性和亚纳米（或亚纳米弧度）本底噪声。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。

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今天，我们的生活高度依赖传感器。传感器作为人类“五感”的延伸，去感知这个世界，甚至可以观察到人体感知不到的细节，这种能力也是未来智能化社会所必须的。不过，单个传感器的性能再卓越，在很多场景中还是无法满足人们要求。比如汽车中昂贵的激光雷达可以根据生成的点云，判断出前方有障碍物，但想准确得知这个障碍物是什么，还需要车载摄像头帮忙“看”一眼；如果想感测这个物体的运动状态，可能还需要毫米波雷达来助阵。这个过程就好比我们熟悉的“盲人摸象”，每个传感器基于自己的特性和专长，只能看到被测对象的某一个方面的特征，而只有将所有特征信息都综合起来，才能够形成更为完整而准确的洞察。这种将多个传感器整合在一起来使用的方法，就是所谓的“传感器融合”。对于传感器融合，一个比较严谨的定义是：利用计算机技术将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程。这些作为数据源的传感器可以是相同的（同构），也可以是不同的（异构），但它们并不是简单地堆砌在一起，而是要从数据层面进行深度地融合。实际上，传感器融合的例子在我们生活中已经屡见不鲜。归纳起来，使用传感器融合技术的目的主要有三类：●获得全局性的认知。单独一个传感器功能单一或性能不足，加在一起才能完成一个更高阶的工作。比如我们熟悉的9轴MEMS运动传感器单元，实际上就是3轴加速传感器、3轴陀螺仪和3轴电子罗盘（地磁传感器）三者的合体，通过这样的传感器融合，才能获得准确的运动感测数据，进而在高端VR或其他应用中为用户提供逼真的沉浸式体验。●细化探测颗粒度。比如在地理位置的感知上，GPS等卫星定位技术，探测精度在十米左右且在室内无法使用，如果我们能够将Wi-Fi、蓝牙、UWB等局域定位技术结合进来，或者增加MEMS惯性单元，那么对于室内物体的定位和运动监测精度就能实现数量级的提升。●实现安全冗余。这方面，自动驾驶是最典型的例子，各个车载传感器获取的信息之间必须互为备份、相互印证，才能做到真正的安全无虞。比如当自动驾驶级别提升到L3以上时，就会在车载摄像头的基础上引入毫米波雷达，而到了L4和L5，激光雷达基本上就是标配了，甚至还会考虑将通过V2X车联网收集的数据融合进来。总之，传感器融合技术恰似一个“教练”，能够将性能各异的传感器捏合成一个团队，合而为一又相互取长补短，共同去赢得一场比赛。选定了需要融合的传感器，怎么融合则是下一步要考虑的问题。传感器融合的体系结构，按照融合的方式分为三种：●集中式：集中式传感器融合就是将各个传感器获得的原始数据，直接送至中央处理器进行融合处理，这样做的好处是精度高、算法灵活，但是由于需要处理的数据量大，对中央处理器的算力要求更高，还需要考虑到数据传输的延迟，实现难度大。●分布式：所谓分布式，就是在更靠近传感器端的地方，先对各个传感器获得的原始数据进行初步处理，然后再将结果送入中央处理器进行信息融合计算，得到最终的结果。这种方式对通信带宽的需求低、计算速度快、可靠性好，但由于会对原始数据进行过滤和处理，会造成部分信息的丢失，因此原理上最终的精度没有集中式高。●混合式：顾名思义，就是将以上两种方法相结合，部分传感器采用集中式融合方式，其他的传感器采用分布式融合方式。由于兼顾了集中式融合和分布式的优点，混合式融合框架适应能力较强，稳定性高，但是整体的系统结构会更复杂，在数据通信和计算处理上会产生额外的成本。对于传感器融合方案，还有一种按照数据信息处理阶段进行分类的思路。一般来说，数据的处理要经过获取数据、特征提取、识别决策三个层级，在不同的层级进行信息融合，策略不同，应用场景不同，产生的结果也不同。按照这种思路，可以将传感器融合分为数据级融合、特征级融合和决策级融合。●数据级融合：就是在多个传感器采集数据完成后，就对这些数据进行融合。但是数据级融合处理的数据必须是由同一类传感器采集的，不能处理不同传感器采集的异构数据。●特征级融合：从传感器所采集的数据中提取出能够体现监测对象属性的特征向量，在这个层级上对于监测对象特征做信息融合，就是特征级融合。这种方式之所以可行，是由于部分关键的特征信息，可以来代替全部数据信息。●决策级融合：在特征提取的基础上，进行一定的判别、分类，以及简单的逻辑运算，做出识别判断，在此基础上根据应用需求完成信息融合，进行较高级的决策，就是所谓的决策级融合。决策级融合一般都是应用导向的。如何选择传感器融合的策略和架构，没有一定之规，需要根据具体的实际应用而定，当然也需要综合算力、通信、安全、成本等方面的要素，做出正确的决策。不论是采用哪种传感器融合架构，你可能都会发现，传感器融合很大程度上是一个软件工作，主要的重点和难点都在算法上。因此，根据实际应用开发出高效的算法，也就成了传感器融合开发工作的重中之重。在优化算法上，人工智能的引入是传感器融合的一个明显发展趋势。通过人工神经网络，可以模仿人脑的判断决策过程，并具有持续学习进化的可扩展能力，这无疑为传感器融合的发展提供了加速度。虽然软件很关键，但是在传感器融合过程中，也并非没有硬件施展拳脚的机会。比如，如果将所有的传感器融合算法处理都放在主处理器上做，处理器的负荷会非常大，因此近年来一种比较流行的做法是引入传感器中枢（Sensor Hub），它可以在主处理器之外独立地处理传感器的数据，而无需主处理器参与。这样做，一方面可以减轻主处理器的负荷，另一方面也可以通过减少主处理器工作的时间降低系统功耗，这在可穿戴和物联网等功耗敏感型应用中，十分必要。有市场研究数据显示，对传感器融合系统的需求将从2017年的26.2亿美元增长到2023年的75.8亿美元，复合年增长率约为19.4％。可以预判，未来传感器融合技术和应用的发展将呈现出两个明显的趋势：●自动驾驶的驱动下，汽车市场将是传感器融合技术最重要的赛道，并将由此催生出更多的新技术和新方案。●此外，应用多元化的趋势也将加速，除了以往那些对于性能、安全要求较高的应用，在消费电子领域传感器融合技术将迎来巨大的发展空间。总之，传感器融合为我们洞察这个世界提供了更有效的方法，让我们远离“盲人摸象”般的尴尬，进而在这个洞察力的基础上，塑造更智能的未来。

地球表面约70%被海洋覆盖，但人们对于海洋还不够了解，研究也将继续。如何更加全面的了解海洋?尤其是神秘的海底世界?这就需要借助现代科技和高科技仪器设备。 　　传统的潜艇在水下停留时间有限，而卫星上的传感器对海底较深处的状况很难进行观测，这也使得海洋研究存在着一大瓶颈。目前美国科学家正计划在5000米深水的海底世界安装高科技传感器网，并已经做出了相关准备。 　　目前该项目已经投入1.53亿美元，由美国国家科学基金会资助，有望在2014年开始正常运转。研究人员借助特殊的机器人对太平洋西北地区5000米处的传感器网络的节点进行了检查，以确保该项目能够按计划进行。 　　该项目将会把科考船“托马斯?G?汤普森”号送到深达5000米的水下，研究该传感器列阵的进展。该列阵传感器将对海床、海面动静等进行监测。科学家将利用水诊器来监控波动情况，用地震检波器来追踪构造板块的运动情况，用高清相机和DNA取样器等进行数据采集，检测海水酸性等。此外还能够进行水下“吹雪机”拍照，研究这种巨大的自然现象。 　　一旦该项目完成启动，这将是一个具有深大意义的时刻。该海底高科技传感器网不仅能够推动海洋学的变革发展，测量海洋化学物质、生物学、物理和地质过程的变化，也将会为海底火山爆发等现象研究提供更多科学数据和资料。

风既有大小，又有方向，因此风的预报包括风速和风向两项。风速，是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率，常用单位是m/s。风速是没有等级的，风力才有等级，风速是风力等级划分的依据。一般来讲，风速越大，风力等级越高，风的破坏性越大。在气象上，一般将风力大小划分为十七个等级。 气象上把风吹来的方向确定为风的方向。风来自北方叫作北风，风来自南方叫作南风。当风向在某个方位摇摆不能肯定方位时，气象台站预报就会加以“偏”字，比如偏南风。利用风向可以在人们的生活、生产、建厂、农业、交通、军事等各种领域发挥积极作用。 测量风速时可以使用测风器，风压板扬起所过长短齿的数目，表示风力大小。测量风向时可以使用风向标，风向标对的风向箭头指在哪个方向即表示当时刮什么方向的风。 同时测量风速和风向可以使用超声波风速风向传感器。超声波风速风向传感器是一款基于超声波原理研发的风速风向测量仪器，利用超声波时差法来实现风速风向的测量。由于声音在空气中的传播速度会和风向上的气流速度叠加，如果超声波的传播方式和风向相同，那么它的速度会加快；反之则会变慢。所以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，通过计算即可得到精确的风速和风向。超声波风速风向传感器与传统的风速风向传感器相比，它不需要维护和现场校准， 360°全方位无角度限制，没有启动风速的限制，可以同时获得风速、风向的数据；无移动部件，磨损小，使用寿命长；采用随机误差识别技术，大风下也可以保证测量的低离散误差，使输出更平稳。 超声波风速风向传感器安装也比较简单方便。那超声波风速风向传感器可以应用在哪些方面呢？ 超声波风速风向传感器可以应用在新型能源开发领域，一些重要的设备十分容易受到风速变化的影响；可以应用在工矿领域，为了确保煤矿安全生产的正常进行，相关部门也推出了针对矿井环境必须使用风速传感器这类设备的规定；可以应用在塔式起重机，当大风影响起重机工作时，它会发出报警；也可以应用于气象领域和煤矿等。

据英国《新科学家》网站10月18日（北京时间）报道，美国科学家研发出一种能接收神经脉冲等光学信号的传感器，可进一步改进人体神经系统与义肢之间的连接，使通过大脑神经直接控制义肢的梦想朝现实迈进了一大步。未来，通过该传感器，大脑能够直接控制义肢的运动，被植入者也可通过义肢感受到压力和热度。 　　目前，义肢中的神经接口都是电子的，其中的金属零件可能会被身体排斥。而美国南卫理公会大学的马克克里斯滕森和同事正在研发一些可以捕捉神经信号的光学传感器。他们使用的材料——光纤和聚合物与金属相比，不仅不太可能诱发身体的免疫反应，而且也不会被腐蚀。 　　这种传感器建立在一个聚合物的球壳上，这些球壳同一束光纤偶联在一起，光纤将发送一束光，经过球壳内部。光在这些球壳内“旅行”的方式被称为“回音壁模式”，其灵感源于英国伦敦圣保罗大教堂的回音壁。在圣保罗大教堂，声音可以通过凹形墙壁的不断反射而持续传播，因此传播得更远。 　　该传感器的设计理念是，与神经脉冲相连的电场会影响聚合物球壳的形状，球壳内部光线的共振也随之改变，因此，神经系统会变为光子电路的一部分。从理论上讲，光线的共振变化能够向仿生手发送指令，比如告诉仿生手，大脑想要移动一根手指等。通过在光纤顶端放置一个反射器，引导一束红外线照射并刺激神经系统，其发出的神经信号也能够被带往其他方向。 　　研究人员表示，这种传感器目前还处于原型研制阶段，而且尺寸太大，暂时无法安装在人体内，不过，随着尺寸不断缩小，这种传感器将可以在生物体内发挥作用。该科研项目获得了美国国防部高级研究计划局（DARPA）560万美元的资助。研究人员计划2年内将工程样品在猫或狗身上进行试验。在此之前，研究人员需要将这种传感器的大小从几百微米缩小到50微米。 　　该传感器工程样品在使用前，研究人员还需要将神经连接具体地绘制出来。例如，要求病人试着举起他残缺的手臂，以便将相关的神经连接到义肢上。 　　克里斯滕森表示，总有一天，这些传感器和光纤可以像“跳线”一样，形成从大脑直到腿部的神经回路，绕开受损的身体组织，最终让脊髓受损患者重新恢复运动能力和知觉。 　　不过，也有专家认为，这种传感器所使用的材料虽然都具有很大的生物相容性，但它们是否能够完全避免人体的排异反应依然存疑。

新一代MEMS传感器将为智能手机、消费类智能产品、医疗保健和零售终端在性能和功能方面带来又一次飞跃。 　　MEMS技术是强大的运动、环境等微型传感器的基石，这些传感器为当今的智能手机和可穿戴设备提供了直观的情境感知功能。现在，意法半导体的新一代MEMS技术将传感器性能提升到了新的高度，超越了现有市售产品在输出精度和功耗方面的技术限制。新一代MEMS传感器可以为活动检测、室内导航和精密工业传感等应用提供业界最高的精度。同时，它们还可以保持较低的功耗以延长运行时间。 　　部分MEMS产品具有的额外功能包括意法半导体的机器学习内核(MLC)和静电传感。MLC为以极低功耗运行的边缘应用带来了自适应的机器学习功能。电荷变化(QVAR)感应通道通过智能手表或健身手环中与身体接触或非接触式感应(雷达)来监测静电电荷的变化。带有QVAR的意法半导体MEMS传感器可以增强用户界面控制，以确保无缝交互，或简化湿度和冷凝检测。雷达模式应用包括人员存在检测、活动监控以及人员计数。 　　意法半导体MEMS营销总监Simone Ferri表示：“开创性的新一代产品基于意法半导体在MEMS专业知识和工艺技术方面的广泛投入和历史积累。除了彻底革新传感器的性能，我们还通过可选的静电传感和机器学习来进一步扩展它们的功能。由此提供了为Onlife时代做好准备的新一代MEMS传感器，通过始终存在、始终在线以及始终连接，使智能生活更透明、更顺畅。” 　　此次推出的新一代传感器包括LPS22DF和LPS28DFW(防水)大气压力传感器，其工作电流为1.7 µA，绝对压力精度为0.5 hPa。LPS28DFW具有双满量程功能，能够在水下和水上提供精确的垂直定位。其满量程范围可选择最大1260 hPa或4060 hPa，相当于约30 m深度处的水压。这两款传感器可以提高便携式设备和可穿戴设备(包括运动手表)的高度计和气压计性能。典型的工业应用包括天气监测和精确水深传感等。 　　新款三轴MEMS加速度计LIS2DU12，专门用于构建具有主动抗混叠功能的超低功耗架构。其抗混叠滤波器的电流消耗是市场上较低的。LIS2DU12在100 Hz输出数据速率(ODR)下电流消耗仅3.5 µA，也是第一款带I3C接口的市售MEMS加速度计。所有这些功能都集成在最小的2.0 mm x 2.0 mm x 0.74 mm封装中。这款加速度计非常适用于可穿戴设备、助听器、真无线立体声(TWS)耳机、无线传感器节点以及任何必须进行系统优化的应用。 　　新款6轴iNEMO惯性模块LSM6DSV16X包含QVAR静电传感，以及MLC和有限状态机(FSM)，可增强响应并节省电源，其工作电流可低至12 µA。新的FSM可实现自适应自配置(ASC)，由此，该6轴MEMS器件可以感知情境，并在不唤醒系统的情况下自行重新配置，从而实现显著的额外节能效果。这款产品即将投入量产，已在一种静电雷达应用中进行了演示，用于用户检测以加速唤醒笔记本电脑。 　　新款压力传感器LPS22DF提供2.0 mm x 2.0 mm x 0.73 mm 10-lead LGA封装(eStore有售)，LPS28DFW提供2.8 mm x 2.8 mm x 1.95 mm 7-lead LGA封装(eStore提供免费送样)，这两款产品目前已在量产，可通过分销商采购，售价1.90美元起。LIS2DU12和LSM6DSV16X计划于2022年晚些时候推出。

目前的可穿戴传感器，已经可以实现在日常条件下跟踪佩戴者的运动和生命体征，例如步数、血压、血氧和心率，并且也已逐渐发展出以非侵入性方式对佩戴者的生物流体（如汗液、唾液、眼泪和尿液）进行原位化学传感（in situ chemical sensing）的技术。但是，传统的可穿戴传感器通常无法在一次测量中同时区分不同的化学物质。如果想要设计成可用于测量多种化学物质，则需要更大的尺寸和非常昂贵的成本。能够检测多种化学分子和生物标志物对及时、准确和全面了解佩戴者复杂的生理和病理状况至关重要。为此，东京大学的研究团队开发出一种基于表面增强拉曼光谱(SERS，Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)技术的新型可穿戴超薄传感器。该研究成果发表在6月22日的Advanced Optical Materials杂志，题为“高度可扩展、可穿戴的表面增强拉曼光谱”（Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy）。拉曼技术对可穿戴生物监测具有重要意义，因为它们拥有无需分子标记即可进行灵敏和多路化学分析的能力。困难在于，生物系统的固有的拉曼信号较为微弱，需要将目标分子结合到合适的底物上，以放大拉曼响应。研究团队选择了黄金作为基底。金是一种已知可有效用作SERS基底的材料，多个研究项目已经研究了在实际SERS平台中使用金属的不同方法。研究团队的灵感来自于制造镀金聚乙烯醇 (PVA) 纳米纤维的最新进展，该纳米纤维用于可长时间佩戴在人体皮肤上的电子传感器。团队成员 Limei Liu 解释，“这些 PVA 装置由涂有金的超细线纺制而成，因此可以毫无问题地附着在皮肤上，因为金不会以任何方式与皮肤发生反应或刺激皮肤。”这种可穿戴传感器由纳米网格状的PVA纤维制成，在纤维上覆盖150纳米的金层，将涂覆的纤维纳米网附着到目标表面（例如人体皮肤），然后用水将 PVA 溶解掉，只留下完整的金纳米网在目标表面。纳米线的尖锐边缘作为局部SERS效应的“热点”（hot spot），研究人员通过减小纳米线的直径来优化单位体积中的热点数量，同时保持足够的机械强度以实现耐磨性。在概念验证试验中，志愿者佩戴该贴片，并暴露在不同的化学物质中，然后用商用785纳米拉曼光谱仪进行检测。实验证明，该系统能够检测尿素和抗坏血酸等生物分子，并识别水中的微塑料污染。还可以检测到常见的滥用药物，以及应用于执法。该系统目前需要外部光源和光谱仪配合使用，但研究人员未来将把半导体纳米激光器和纳米光谱仪通过直接键合的方式，集成到可穿戴式SERS传感器中。助理教授Tinghui Xiao表示：“目前，我们的传感器需要进行微调以检测特定物质，我们希望在未来进一步提高灵敏度和特异性。有了这个，我们认为像血糖监测这样的应用是可能的，非常适合糖尿病患者，甚至可以用于病毒检测。”

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在春夏秋冬四个季节中，夏季可以说是最适合进行户外运动的季节。不过毒辣的阳光和较高的温度也让进行户外活动的人们随时有着脱水中暑的危险。为了解决这个问题，Sandia National Laboratories近日研制成功了一款手腕式传感器，能告诉人们什么时候该补充水份了。 　　该传感器的背面分布有一系列微型探针，能够在与手腕皮肤接触时轻微刺入皮肤内部来检测细胞间的含水量。当含水量低于预设的警戒值时，该传感器就会发出警告，提醒用户喝水的时间到了。从功能上来看，该传感器在体育和军事领域都有着广阔的应用前景，此外还可以用于医疗行业，比如监测病人的脱水状况。目前Sandia National Laboratories正在努力实现脱水腕式传感器的商业化应用，说不定未来几年内就会出现能够提醒用户喝水的智能手表了。

墒，指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情，指土壤湿度的情况。土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量。土壤墒情直接影响着农作物的生长质量和速度。除了土壤墒情，土壤温度、土壤电导率以及土壤氮磷钾、土壤PH值等参数也对作物的生长起着十分重要的作用。土壤温度对作物生育和土壤中微生物活动以及各种养分的转化、土壤水分蒸发和运动都有很大影响。在一定的温度范围内，土温越高，作物的生长发育就越快；土温过低，微生物活动减弱，有机质难于分解，农作物的根系呼吸降低，造成作物养分缺乏，生长变缓。土壤电导率用于描述土壤盐分状况，它包含了反映土壤质量和物理性质的丰富信息。例如:土壤中的盐分、水分、温度、有机质含量和质地结构都不同程度影响着土壤电导率。有效获取土壤的电导率值，对于确定各种田间参数时空分布的差异有重大意义。土壤中微量元素的含量较低或者较高都不利于对植物的生长。比如向土壤中过量施入磷肥时，磷肥中的磷酸根离子与土壤中的钙、镁等阳离子结合形成难溶性磷酸盐，既浪费磷肥，又破坏了土壤团粒结构，致使土壤板结。土壤酸碱度是土壤重要的基本性质之一，是土壤形成过程和熟化陪肥过程的一个指标。植物能够在很宽的范围内正常生长，但不同的植物有着不同的生长pH值。 那如今有哪些可以测量土壤墒情参数传感器，如何使用呢？ 1、土壤水分传感器土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。通过测量土壤的介电常数，可测量土壤水分的体积百分比，符合目前国际标准的土壤水分测量方法，能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量。2、土壤温度水分电导率三合一变送器土壤温度水分电导率三合一变送器是观测和研究盐渍土的发生、演变、改良以及水盐动态的重要工具。通过测量土壤的介电常数，能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量。可测量土壤水分的体积百分比，是符合目前国际标准的土壤水分测量方法。3、土壤PH传感器 土壤PH传感器器，用于测量土壤PH值该变送器精度高，响应快，输出稳定，适用于各种土质。可长期埋入土壤中，耐长期电解，耐腐蚀，抽真空灌封，完全防水。可广泛应用于土壤酸碱度的检测、精细农业、林业、地质勘探、植物培育、水利、环保等领域酸碱度的测量。4. 土壤参数速测仪 土壤参数速测仪可以实时精确检测显示土壤中多种成分，例如：土壤温湿度、土壤电导率以及土壤氮磷钾等成分，通过检测的数据来进行改善土壤，达到监控植物养料供给的目的，让农作物处于较佳的生存环境，从而提高产量。 5、多土层土壤参数监测仪 多土层土壤参数监测仪是一款能够测量多土层土壤参数的传感器。能够针对不同层次的土壤电导率、水分含量以及温度状态进行动态观测，此检测仪可检测3层土壤电导率温湿度状态，可检测5层土壤电导率温湿度状态。6、管式土壤墒情监测仪 管式土壤墒情监测仪是一款以介电常数原理为基础的传感器。能够针对不同层次的土壤水分含量以及温度状态进行动态观测，此检测仪可检测3层土壤温湿度状态，可检测5层土壤温湿度状态，可快速、全面的了解集土壤墒情信息。测量方法：土壤水分传感器、土壤温度水分电导率三合一传感器、土壤PH传感器的测量方法：（1）速测法：选定合适的测量地点，避开石块，确保钢针不会碰到坚硬的物体，按照所需测量深度抛开表层土，保持下面土壤原有的松紧程度，紧握传感器垂直插入土壤，插入时不可左右晃动，一个测点的小范围内建议多次测量求平均值。（2）埋地测量法：垂直挖直径20cm的坑，按照测量需要，在既定的深度将传感器钢针水平插入坑壁，将坑填埋严实，稳定一段时间后，即可进行连续数天，数月乃至更长时间的测量和记录。土壤参数速测仪测量方法：长按“开关键”，在需要测量的地方，将传感器合金探针垂直插入土壤，再按一下“开关键”即可开始测量。如下图所示：多土层土壤参数监测仪测量方式： 垂直挖直径20cm的坑，在既定的深度将传感器钢针水平插入坑壁，将坑填埋严实，稳定一段时间后，即可进行连续数天，数月乃至更长时间的测量和记录。式土壤墒情监测仪测量方法：管式土壤墒情监测仪采用分层设点的观测结构，地面配置一个温度观测点，地下土壤每隔10cm配置一个土壤温湿测点，观测相对应范围内的土壤温湿度。如图所示：

背景在恶劣环境中的设施将大大增加对气象海洋学参数信息的需求。处于这些环境中的操作员们希望能减少安装的传感器平台数量以提升效率。欧洲大型传感器平台的一家主要制造商选择与我们合作，结合利用 Aanderaa MOTUS 波浪传感器与 Aanderaa 多普勒流速剖面仪，以监控海浪和洋流。通过联合激光雷达与其他传感器，我们致力于为最终用户提供完整的解决方案以实现高质量的气象海洋学监控。MOTUS 波浪传感器MOTUS 波向传感器的产品经理 Stig B. Øen 为我们介绍了更多有关 MOTUS 传感器的最新动态：针对来自 MOTUS 传感器用户和 MOTUS 浮标用户的反馈，我们始终用心倾听并积极响应，为此我们专门对传感器进行了升级：添加了一些基于竖向时间序列位移的波浪参数，并新增了 NMEA AIS 模式。MOTUS 传感器中的新增参数包括：平均波周期 T1/3；有效波高 H1/10；平均波周期 T1/10波；高 H1/1；平均波周期 T1/1；参考东向和北向水平时间序列，可配置为 2Hz 或 4Hz 采样。有关 MOTUS 波浪传感器的参数，请查阅数据表。MOTUS 适用于不同尺寸的浮标为了测量海浪特征，在理想情况下，传感器平台应完美地跟随水面运动。如果未应用补偿，则 MOTUS 传感器会根据安装位置的竖向平台位移计算波高。波向则基于水平浮标位移的方向。为了在众多不同类型的浮标中脱颖而出，MOTUS 传感器提供以下补偿功能。偏心补偿：在不同形状的大型浮标的旋转原点处安装传感器通常难度较大。通过向传感器提供其安装位置相对于旋转原点的信息并激活传感器偏心补偿功能，可以补偿误差。浮标响应/传递函数：如果浮标无法满足在所有频率下均理想地跟随水面，则可以通过激活和修改浮标传递函数来补偿限制。Anderaa 开发了一款简单工具，以帮助您了解不同尺寸形状浮标的期望阻尼因子。磁性：如果传感器受到电磁干扰，则可以将外部罗盘直接连接到 MOTUS 传感器。MOTUS 适用于海上风力/海上设施结合使用 Aanderaa 提供的海浪和洋流传感器与其他传感器（例如环境传感器和激光雷达），可为您提供完整的预研究平台和全面投产的海上风电场。MOTUS 传感器可在其内部完成对波浪参数的所有处理，通过实时/近实时输出基于频率和时间的参数，提供风浪和涌浪的全波频谱。对于海上风电场的运营来说，监控该区域的海浪将有助于确定是否将船只或技术人员派往现场、缩短停运时间，以及对健康、安全和环境保持高度关注。

p & nbsp & nbsp & nbsp 日前，有证券公司专家指出，我国当下单身人口近2亿，其中男女比例严重失调，正面临第四次单身潮。而造成单身人口越来越多的主要原因有5个，包括： /p p & nbsp & nbsp & nbsp 1、出生人口性别比失调，“剩男”问题严重。根据国家统计局发布的数据，“80后”非婚人口男女比例为136:100，“70 后”非婚人口男女比例高达206:100； /p p & nbsp & nbsp & nbsp 2、女性受教育程度提高（2015年女性人数占研究生总数为 45.4%，相比2000年上升15.2个百分点）：高学历女性更难找到相应配偶； /p p & nbsp & nbsp & nbsp 3、经济收入要求水涨船高，超过２５％的单身女性要求男性月收入过万元(据统计，2016年深圳单身女性要求男性收入15920元／月，北京14900元／月，上海12065元／月，广州8975元／月)； /p p & nbsp & nbsp & nbsp 4、从年龄上看，80%的单身男性倾向找比自己年轻的伴侣，而女性中，超过 90%的单身女性表示未来另一半必须要比自己年龄大； /p p & nbsp & nbsp & nbsp 5、离婚率增长，女性再选择机会多。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp 但令人意想不到的是，“单身狗”队伍的不断壮大，不但使网络婚恋行业发展得如火如荼，而且一些传感、智能新技术也在这一行业得到越来越广泛的应用。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp 例如，越来越多的婚恋网站正在将互联网相亲与VR技术相结合，以节约相亲成本。VR是Virtual Reality的缩写，中文的意思就是虚拟现实，概念是在80年代初提出来的，其具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。相关资料显示，在VR信息收集系统中，传感器发挥着关键性的作用，而且需要用到的传感器种类繁多。据了解，目前，国内多家主打传感器的企业都已经重点布局到了VR产品上。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" untitled.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/abf0fb2b-cec8-4e8e-b5e7-ec5a7b49078e.jpg" / /p p & nbsp & nbsp & nbsp 另外，一些智能穿戴设备也被开发出来以帮助“孤男寡女们”快速找到意中人。例如：2014年问世的J-FIND ME沟沟手环+APP，就被许多用户惊呼为“相亲神器”。用户只需在手机端APP上填写出生年月日、血型、星座、爱好等个人信息，J-FIND ME沟沟手环利用你分享个人的运动量、轨迹、缘分圈等以及你所填写的个人信息，通过系统设置的科学数据计算，帮你与附近的人进行感应，寻找一位适合你的伙伴（编辑大胆推测，匹配值中估计也会考虑像“收入期望”等因素的权重）。据称，这种经过系统设置的科学计算得出的匹配值要比传统相亲手段靠谱得多。 br/ /p

船舶气象仪-一款有条不紊的微型气象传感器#2022已更新【品牌型号：天合环境TH-Y6】雷雨大风天气对船舶航行安全会带来很大影响，船舶在大风浪区域航行，将出现较剧烈的摇荡运动、降速、航向不稳定，以及由此引起的其他操纵方面的困难，甚至出现难以预料的危险，而且大雨、暴雨会引起能见度下降，影响航行安全。一、产品简介山东天合环境科技有限公司作为专业研发生产销售微型气象仪的企业，一直致力于微型气象仪和气象环境解决方案推广应用。具有完整的生产链、实力雄厚的技术团队和全面的营销团队，我们研发生产的超声波风速风向仪、五要素微气象仪、六要素微气象仪和小型自动气象站等气象产品，已广泛应用到气象监测、城市环境监测、风力发电、航海船舶、航空机场、桥梁隧道等领域，客户遍布全国各地，并取得了良好的社会效益和经济效益。TH-Y6型六要素微气象仪原理为发射连续变频超声波信号，通过测量相对相位来检测风速风向。与传统的超声波风速风向仪相比，我司产品克服了对高精度计时器的需求，避免了因传感器启动延时、解调电路延时、温度变化而造成的测量不准问题。TH-Y6型六要素微气象仪创新性地将气象标准六参数（环境温度、相对湿度、风速、风向、大气压力、压电雨量）通过一个高集成度结构来实现，可实现户外气象参数24小时连续在线监测，通过数字量通讯接口将六项参数一次性输出给用户。二、产品特点1、顶盖隐藏式超声波探头，避免雨雪堆积的干扰，避免自然风遮挡2、原理为发射连续变频超声波信号，通过测量相对相位来检测风速风向3、风速、风向、温度、湿度、大气压力、压电雨量六要素一体式4、采用先进的传感技术，实时测量，无启动风速☆5、抗干扰能力强，具有看门狗电路,自动复位功能,保证系统稳定运行6、高集成度，无移动部件，零磨损7、免维护，无需现场校准8、采用ASA工程塑料室外应用常年不变色9、产品设计输出信号标配为RS485通讯接口（MODBUS协议）；可选配232、USB、以太网接口，支持数据实时读取☆10、可选配无线传输模块，最小传输间隔1分钟11、探头为卡扣式设计，解决了运输、安装过程松动不准的问题☆三、技术参数1、风速：0～60m/s（±0.1m/s）；2、风向：0～360°（±2°）；3、空气温度：-40-60℃（±0.3℃）；4、空气湿度：0-100%RH（±3%RH）；5、大气压力：300-1100hpa（±0.25%）；6、压电雨量：0-4mm/min（±4%）7、功率:1.08W8、生产企业具有ISO质量管理体系、环境管理体系和职业健康管理体系认证☆9、生产企业具有知识产权管理体系认证证书和计算机软件注册证书☆四、产品尺寸图五、产品结构图六、注意事项1.传感器水平周围1米半径无遮挡，避免水滴飞溅影响2.传感器安装位置应避开强机械振动源3.传感器安装上方应为开阔区域，雨滴应直接滴落至传感器，应免二次滴落和连续水流冲击

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

科技日报讯 荷兰代尔夫特理工大学的科学家发现用石墨烯薄片制成的&ldquo 鼓面&rdquo ，能够在光的作用下发生振动，根据这一原理能够检测到非常微小的位置和力度的变化，未来有望据此用石墨烯制造出具备超高灵敏度的传感器设备和量子计算机内存芯片。相关论文发表在近日出版的《自然· 纳米技术》杂志上。 　　石墨烯以其独特的机械和电气性能闻名于世，而最近荷兰的科学家们发现，这种神奇材料还具有一种独特功能。由于单层石墨烯只有一个原子厚，质量极低，因此研究人员设想能否用其制造出一面能够感受到微小振动的&ldquo 鼓&rdquo 。这面鼓的鼓面由石墨烯制成，敲击它的鼓槌则是以微波频率发射的光。 　　领导这项研究的荷兰代尔夫特理工大学的维伯· 辛格博士和他的同事用石墨烯在一个光力学空腔中对这一设想进行了验证。他们发现，在光力学空腔中，他们能够通过观察光干涉现象产生的图案，检测出物体位置及其微小的变化，精度能够达到17飞米(原子直径的一万分之一)。 　　物理学家组织网近日报道称，实验中的光不仅有利于检测到鼓的位置，同时也能够向鼓面施加压力。来自光的推力非常非常小，但足以推动质量极小的用石墨烯制成的鼓面，让其发生位移。这意味着科学家们可以用光敲击石墨烯制成的鼓。根据这一原理有望制造出具备超高灵敏度的传感器设备。 　　此外，科学家也可以用它来制造内存，这些微波光子能够将光转化为机械振动，并将其存储长达10毫秒的时间。虽然对人类而言10毫秒极其短暂，但对目前的计算机芯片而言这已经不少了。辛格称，他们的一个远期目标是通过这种二维晶体鼓来研究量子运动。 　　辛格说，如果敲击一个普通的鼓，鼓面只会发生上下振动。而如果敲击的对象是一个量子鼓，将不仅能够通过敲击让鼓面发生振动，还能使其形成一种量子叠加状态：鼓面将同时既在上面也在下面。这种奇怪的量子运动不仅具有科学相关性，还能够在量子记忆芯片上获得应用。在一台量子计算机中，量子比特同时既可以是0也可以是1，因此其运算速度远远超过目前传统的计算机。石墨烯制成的量子鼓就具备这种能力，它能够在用与普通RAM芯片相同的方式来存储数据的同时，接收和存储量子计算机的量子计算结果。

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。

在最近发布在arXiv上的一篇预印本论文中[1]，法国国家科学研究中心的一个团队描述了一个量子加速度计，它使用激光和超冷铷原子；相较经典器件，可以以50倍的精度优越性测量三维运动。这项工作将量子加速计扩展到了第三维度，可以在没有GPS的情况下带来精确的导航。013D模式的原子干涉仪，测量物质的波状属性我们已经每天都在依赖加速度计。拿起一部手机，显示屏就会亮起来；把它转过来，正在阅读的页面就会转换方向。一个微小（基本上是一个连接在类似弹簧的机制上的质量）的机械加速度计与其他传感器，如陀螺仪一起使这些动作成为可能。每当手机在空间中移动时，它的加速计就会跟踪这一运动：甚至包括GPS掉线时的短暂时间，如在隧道或手机信号死角。尽管它们很有用，但机械加速度计往往会漂移失调。意思是，放置足够长的时间，它们就会积累成千米级的误差。这对与GPS短暂失联的手机来说并不重要，但当设备长期在GPS范围之外旅行时，这就成为了一个问题。对于工业和军事应用来说，精确的位置跟踪在潜艇上是非常有用的，因为潜艇在水下无法使用GPS；或者，在船舶失去GPS时作为备用导航。研究人员长期以来一直在开发量子加速度计，以提高位置跟踪的准确性：量子加速度计不是测量压缩弹簧的质量，而是测量物质的波状属性。这些设备使用激光来减缓和冷却原子云；在这种状态下，原子的行为就像光波一样，在它们移动时产生干扰模式。更多的激光器诱导并测量这些模式如何变化，以跟踪设备在空间中的位置。早期，这些被称为原子干涉仪的设备，是由遍布实验室长椅的电线和仪器组成的一团“乱麻”，只能测量一个维度。但随着激光和专业技术的进步，它们变得更小、更坚固：现在它们已经变成了3D模式。02首个3D量子加速度计：精度提升50倍由法国团队开发的新的三维量子加速度计，看起来像一个金属盒子，长度与一台笔记本电脑差不多。它使用激光沿着所有三个空间轴来操纵和测量被困在一个小玻璃盒中的铷原子云，并将其冷却到绝对零度。像早期的量子加速度计一样，这些激光器在原子云中引起涟漪，并通过解释由此产生的干扰模式来测量运动。这是首个量子加速度计三元组（Quantum Accelerometer Triad, QuAT），它沿三个互为正交的方向测量加速度。(a)量子加速度计三元组(QuAT)的设计概念和几何形状。加速度分量是沿垂直于波段kx、ky和kz的波段测量的。(b)安装在旋转平台上的传感器头的三维模型。为了提高稳定性和带宽，以适应在实验室外使用的要求，新设备在一个利用两种技术优势的反馈回路中结合了经典和量子加速度计的读数。由于该团队可以极其精确地控制原子，他们可以进行类似的精确测量。为了测试加速度计，他们将其连接到一个摇晃和旋转的桌子上，并发现该系统比经典的导航级传感器要精确50倍。在几个小时的时间里，由经典加速度计测量的设备的位置偏离了一公里；而量子加速度计将误差“钉”在了20米以内。量子和经典加速度计之间的混合方案。左边的开环方案描述了过滤后的经典加速度计如何用于修正量子加速度计的振动。静态时，量子加速度计提供了由于重力引起的投影g的离散测量。右边的闭环方案显示了经典加速度计是如何通过比较其输出和量子加速度计的输出而定期进行偏置校正的。这里，混合加速度计的输出是连续的，在静态和动态情况下都能发挥作用：提供重力和运动引起的加速度a的投影之和。033D传感器是工程化的进步尽管取得了重大成果，加速计仍然比较大、重，不会很快步入实用。但如果做得更小、更坚固，该团队说它可以被安装在船舶或潜艇上，用于精确导航；或者，它可以通过测量重力的细微变化，进入寻找矿藏的野外地质学家的手中。更多的量子传感器，如陀螺仪，可能会加入这个行列。尽管它们在离开实验室之前还需要进行几轮的收缩和加固。就目前而言，3D化是一个进步。澳大利亚国立大学的John Close对这一成果这样评价[2]：“三维测量是一件大事，是实现量子加速度计任何实际用途的一个必要和出色的工程步骤。”参考链接：[1] Tracking the Vector Acceleration with a Hybrid Quantum Accelerometer Triad[2] New 3D Quantum Accelerometer Is50 Times More Accurate Than Classical Sensors

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

一个由工程师、外科医生和医学研究人员组成的团队发布了来自人类和大鼠的数据，证明一种新的大脑传感器阵列可直接从人脑表面记录电信号，并实现破纪录的细节处理。该大脑传感器具有密集网格，由1024或2048个嵌入式皮质电图（ECoG）传感器组成。如果获准用于临床，传感器将直接从大脑皮层表面为外科医生提供大脑信号信息，且分辨率比目前可用的高100倍。该论文于19日发表在《科学转化医学》杂志上。　　人的大脑总是在运动，例如，随着每一次心跳，大脑会随着流过它脉动的血液而发生活动。从直接放置在大脑表面的传感器网格记录大脑活动，已经被外科医生普遍用作一种工具，用来切除脑肿瘤和治疗对药物或其他药物无反应的癫痫症。　　此次新研究提供了广泛的同行评审数据，证明具有1024或2048个传感器的网格可用于可靠地记录和处理直接来自人类和大鼠大脑表面的电信号。相比之下，当今手术中最常用的ECoG网格通常具有16到64个传感器。　　能够以如此高分辨率记录脑信号，可提高外科医生尽可能多地切除脑肿瘤的能力，同时最大限度地减少对健康脑组织的损害。对于癫痫，更高分辨率的脑信号记录能力可提高外科医生精确识别癫痫发作起源的大脑区域的能力，这样就可在不接触附近未参与癫痫发作的大脑区域的情况下移除这些区域。通过这种方式，这些高分辨率网格可以增强正常功能脑组织的保存。　　研究团队表示，此次能以更高的分辨率记录大脑信号，归因于他们能够将单个传感器放置得更靠近彼此，而不会在附近的传感器之间产生干扰。例如，该团队的3厘米×3厘米网格和1024个传感器直接记录了19名志愿者的脑组织信号。在这种网格配置中，传感器彼此相距一毫米。相比之下，已经批准用于临床的ECoG网格通常具有相距1厘米的传感器。这为新网格提供了每单位面积100个传感器，而临床使用的网格每单位面积1个传感器。　　该项目由加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院领导，团队其他成员来自马萨诸塞州总医院和俄勒冈健康与科学大学。该团队正在研究这些高分辨率ECoG网格的无线版本，可用于对顽固性癫痫患者进行长达30天的大脑监测。

近日，中国电科产业基础研究院美泰科技微机电系统（MEMS）传感器市场拓展再获突破，自主研发的MEMS惯性器件与系统累计实现百万级装车，并获得多家重点新能源车企50多款新能源车型定点，MEMS压力传感器与芯片获得两百万只订单，安全气囊加速度传感器完成量产定型，正在国内主流车厂开展应用验证。万物互联时代，只要需要感知的领域，都需要传感器。MEMS惯性传感器应用到汽车上，就化身成汽车“五官”，实时检测和测量加速度、倾斜、旋转和多自由度运动，精确完成“全天候”定位定向。以MEMS惯性传感器为核心打造的惯性导航系统，能在GPS、北斗、5G等信号不佳时“挺身而出”，利用感知的道路信息和对汽车航迹的推演，提供即时定位和导航功能。作为国内MEMS惯性器件的先行者，美泰科技抢抓MEMS惯性器件在汽车领域的发展机遇，不断加大研发投入、持续提升产能、加强供应链建设，实现MEMS惯性器件与系统在自动驾驶市场的全覆盖，加快MEMS传感器产业化的全速发展，成功入围第四批国家级“专精特新”小巨人企业，并连续多年荣获中国半导体MEMS十强企业。面向未来，美泰科技将聚焦核心竞争力，借助感知力量，打造极致产品，持续提高自动化、智能化和可靠性水平，不断推动中国MEMS技术高质量发展。

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