应变扭矩传感器

基于手势识别技术的可穿戴柔性电子设备在医疗健康、机器人技术、人机交互和人工智能等领域颇具应用前景。研制性能优异的柔性应变传感器是实现高性能可穿戴设备应用的重要基础。感器的灵敏度决定可穿戴设备的感知精度，而在过载、瞬时冲击、多次循环弯曲/扭折等条件下的机械鲁棒性将影响可穿戴设备实际应用环境条件下的长期可靠服役。截至目前，采用简单方法制备兼具高灵敏度和机械鲁棒性的柔性应变传感材料颇具挑战性。如何将基础研究所获得的高性能柔性应变传感器推广应用到人机交互系统等实际应用场景中，将会为此类器件的研发提供全新思路。 　　近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心薄膜与微尺度材料及力学性能研究团队，在前期柔性基体金属薄膜力学行为研究的基础上，基于柔性器件传感的力学原理，提出将裂纹类传感器的传感机制引入高机械鲁棒性蛇形曲流结构中，通过对传感层进行巧妙的高/低电阻区调控实现高灵敏度传感的学术思想，研制出灵敏度与裂纹类传感器相当(GF 1000)且机械鲁棒性优异的柔性应变传感器。该传感器在过载、冲击、水下浸泡、高/低温等严苛环境条件的作用下表现出优异的循环稳定性，稳定响应周次达10000周。同时，该传感器具有响应和回复时间快(图2.柔性应变传感器的传感性能。a、高/低电阻区调控前的响应曲线；b、高/低电阻区调控后的响应曲线；c、在不同峰值应变下的循环响应曲线，极限检测应变；d、响应和回复时间。图3.柔性应变传感器的机械鲁棒性。a、循环稳定性；b、最大可承受应变；c-e：对严苛环境的耐受力。图4.可穿戴手语翻译系统。a、应用场景示意图；b、系统框架；c、手语手套；d、无线电路板；e、用户界面。图5.手语识别验证。a、6种由复合手势组成的手语；b、手语翻译系统对6种手语的识别准确率；e、手语翻译系统的各项性能汇总。

在快速发展的饮品行业中，瓶盖扭矩的精准控制对于保障产品质量和消费者体验至关重要。传统的手动扭矩测试方法不仅效率低下，而且难以保证测试结果的准确性和一致性。因此，全自动饮料瓶防盗瓶盖扭矩测试仪的出现，无疑为行业带来了一场跨越性的升级。相较于传统的手动扭矩测试方法，全自动饮料瓶防盗瓶盖扭矩测试仪具有以下显著优势：提高效率：自动化测试仪可以连续不断地进行测试，无需等待手动操作的间隔时间，显著提高了测试效率。准确性：全自动测试仪通过精密的传感器和控制系统来施加和测量扭矩，减少了人为操作的误差，确保了测试结果的准确性和可重复性。数据记录与分析：全自动测试仪通常配备有数据记录功能，能够自动记录每次测试的结果，便于后续的数据分析和质量控制。减少人力成本：自动化设备减少了对操作人员的依赖，降低了人力成本，特别是在大规模生产和测试中，这一优势尤为明显。标准化测试：全自动测试仪按照预设的程序和标准进行测试，保证了测试过程的一致性，避免了手动测试中可能出现的主观判断和操作差异。提高安全性：自动化设备减少了操作人员与测试样品的直接接触，降低了工伤的风险。易于操作：全自动测试仪通常配备有用户友好的操作界面，简化了操作流程，使得即使是非专业人员也能轻松进行测试。扩展功能：一些全自动测试仪还具备扩展功能，如与计算机连接进行更复杂的数据分析，或者与其他生产线自动化设备集成，实现更高效的生产流程。环境适应性：自动化设备通常设计得更加坚固耐用，能够适应不同的生产环境和条件。维护简便：虽然全自动测试仪的初始投资可能较高，但长期来看，由于减少了人为操作和提高了测试效率，维护成本相对较低。综上所述，全自动饮料瓶防盗瓶盖扭矩测试仪通过其自动化、高精度、易于操作和数据分析等优势，为饮料瓶盖扭矩测试提供了一种高效、可靠的解决方案，有助于提高产品质量和生产效率。

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。

秋高气爽，凉风习习，万测集团与北京长城计量测试技术研究所隆重签署合作协议，开展强强合作，共同研发国内首台50000Nm高精度标准扭矩机。50000Nm标准扭矩机主要用于检定和校准扭矩传感器，而扭矩传感器广泛应用于航空、航天、造船等领域中的发动机的监控和管理，双方合作研发的50000Nm标准扭矩机，将达到0.05%的准确度，将对我国在发动机领域赶上国外先进水平做出突出的贡献。

C612M全自动瓶盖扭矩测量仪 智能瓶盖扭力计瓶装包装产品、吸嘴包装产品、软管包装产品的瓶盖锁紧、开启扭矩值大小，是生产单位离线或在线重点控制的工艺参数之一。瓶盖的扭矩值是否合适，对产品的中间运输以及最终的消费都具有很大的影响。C612M全自动瓶盖扭矩测量仪—— Labthink全新一代“机械手”式全自动扭矩仪，专业测量瓶装产品瓶盖的锁紧、开启扭矩值大小，其测量精度高，稳定性好，是生产过程中不可或缺的试验设备。产品特点：1、双重模式，创新机械手全自动测试：提供开启力和锁紧力双重试验模式创新的机械手全自动夹紧、开启、锁紧专利技术，避免人工操作误差，利于结果的精准度与重复性瓶盖夹持力、锁紧力，瓶盖旋转速度可自由设定调节机械手自动锁紧，锁紧值可自由设定，锁紧偏差＜0.01 Nm，远优于人工锁紧过载保护、自动清零、故障提示等智能设计，保障操作安全手动测试、自动测试可自由选择2、超高测试精度，超低测试下限：准确且可重复性的测试0.005 Nm 以下超小扭矩值试样，分辨率高达0.0001 Nm 峰值自动保持，保证测试结果被准确记录峰值自动判断等多种模式，满足任意试样检测需求配件均采用世界知名品牌进口元器件，性能稳定可靠原装进口气动控制系统，具有超低故障率和超长使用寿命，保障测试精度3、全新• 专利• 智能，全触控操作系统：工业级触屏、一键式操作、直观的操作界面，可远程升级与维护中英双语操作界面，满足不同语言要求试验曲线实时显示，数据智能统计，方便快速查看检测结果具有数据自动存储、掉电自动记忆功能，防止数据丢失历史数据可进行快速查看、打印内置数据存储可达1200条，满足大数据量存储的需求全球通用的八种试验单位可自由切换多级用户权限管理，密码登录微型打印机和USB通用数据接口，方便数据输出和传递（可选）符合中国GMP对数据可追溯性的要求，满足医药行业需要（可选）兰光独有的DataShieldTM数据盾系统，方便数据集中管理和对接信息系统（可选）参照标准：GB/T 17876、ASTM D2063、ASTM D3198、ASTM D3474、BB/T 0025、BB/T 0034测试应用：基础应用：瓶装容器——适用于瓶装包装食品、药品（螺纹连接）的瓶盖锁紧、开启的扭矩值测试，如饮料瓶、药瓶等软管包装产品——适用于软管包装食品、药品、化妆品（螺纹连接）的瓶盖锁紧、开启的扭矩值测试，如眼药水瓶、护手霜、鞋油等扩展应用：螺纹锁紧、开启的扭矩值——适用于螺母与螺栓锁紧、开启的扭矩值测试（需特殊定制）保温瓶、保温杯产品——适用于保温瓶、保温杯（螺纹连接）的瓶盖锁紧、开启的扭矩值测试技术参数：传感器规格：5Nm（标配）；20Nm、40Nm (可选)扭矩精度：示值±0.5%（传感器规格的10%-100%）；±0.05%FS（传感器规格的0%-10%）扭矩分辨率：0.0001 Nm瓶身夹持范围：Φ5 mm～Φ170 mm 瓶盖夹持范围：Φ10 mm～Φ80 mm 瓶身高度：20mm～400mm试样夹持旋转：气动自动最大开启/锁紧扭矩：2 Nm（其他可定制）气源：空气（气源用户自备）气源压力：0.7 MPa（101.5psi）统计数量：0～999件（可任意设定）外形尺寸：550mm(L) x 365mm(W) x 1150mm(H)电源：220VAC±10% 50Hz / 120VAC±10% 60Hz二选一净重：39 kg产品配置：标准配置：主机、夹紧杆（4个）、夹紧块（1对）、标定组件（不含校验砝码）、Ф4mm聚氨酯管（2m）选购：微型打印机、专业软件、空压机GMP计算机系统要求、DataShieldTM数据盾备注：本机气源接口系Ф4mm聚氨酯管；气源用户自备创新点：C612M全自动瓶盖扭矩测量仪——Labthink全新一代“机械手”式全自动扭矩仪，专业测量瓶装产品瓶盖的锁紧、开启扭矩值大小，其测量精度高，稳定性好，是生产过程中不可或缺的试验设备。 （1）双重模式，创新机械手全自动测试——提供开启力和锁紧力双重试验模式；创新的机械手全自动夹紧、开启、锁紧专利技术，避免人工操作误差，利于结果的精准度与重复性； （2）超高测试精度，超低测试下限——准确且可重复性的测试0.005 Nm 以下超小扭矩值试样，分辨率高达0.0001 Nm； （3）全新的全触控操作系统——工业级触屏、一键式操作、直观的操作界面，可远程升级与维护；中英双语操作界面，满足不同语言要求； C612M全自动瓶盖扭矩测量仪 智能瓶盖扭力计

一、产品概述NJY-02H全自动瓶盖扭矩仪是山东泉科瑞达仪器设备有限公司生产的一款专业设备，主要用于测量瓶装产品锁紧、开启扭矩值的大小。该设备广泛应用于瓶装包装产品、吸嘴包装产品、软管包装产品的瓶盖锁紧与开启扭矩值的测定，是生产单位离线或在线重点控制的工艺参数之一。二、旋转速度参数最小旋转速度： NJY-02H全自动瓶盖扭矩仪支持的最小旋转速度为10r/min。这一速度设置确保了测量的精确性和稳定性，同时满足了不同产品的测试需求。三、其他关键技术参数测试量程：设备提供多种量程选择，标配为5N.m，同时可选20N.m和40N.m量程，以满足不同产品的测试需求。精度等级：达到0.5级，确保了测试结果的准确性和可靠性。扭矩分辨率：高达0.001N.m，提供了精细的扭矩值测量能力。瓶身与瓶盖夹持范围：瓶身夹持范围从Ф5mm至Ф170mm（直径），瓶盖夹持范围从Φ10mm至Φ80mm（直径），覆盖了广泛的包装产品。驱动方式：采用双电机+气缸驱动，一只电机上下移动找瓶盖位置，气缸负责夹紧瓶盖，另一只电机负责开启与旋紧，提高了操作的自动化程度。四、产品特征双重试验模式：提供开启力和锁紧力双重试验模式，满足不同的测试需求。高精度与稳定性：采用国际品牌力矩传感器和进口高速采样芯片，确保了测试结果的准确性和重复性。自动化操作：机械手自动锁紧瓶盖，锁紧值可自由设定，且锁紧偏差小于0.01Nm，远优于人工锁紧。智能识别与夹持：仪器配有瓶盖识别传感器，能够自动识别并夹持瓶盖，提高了测试效率。便捷操作：配备5寸触摸屏操作界面，独立菜单设计，操作便捷直观。安全保护：传感器自保护功能，保护力矩可人工设置，确保用户仪器操作安全。五、附加功能数据记录与打印：标配微型打印机，具有数据查询、统计、打印功能，方便用户记录和分析测试结果。专业软件支持：可选配专业GMP计算机软件，提供数据溯源、多级权限管理、审计追踪、电子签名等功能，满足更高层次的数据管理需求。综上所述，泉科瑞达NJY-02H全自动瓶盖扭矩仪以其精准、高效、自动化的特点，在包装产品瓶盖扭矩值测量领域具有显著优势。其支持的最小旋转速度为10r/min，确保了测试的精确性和稳定性。

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

天津大学精密仪器与光电子技术学院教授李恩邦研究发现一种新技术构成的光纤应变传感器，具有灵敏度高且对温度变化不敏感等特点。 　　光纤应变传感器是世界上应用广泛的传感器类型，具有许多电传感器不可比拟的优点，对于保障大型设施安全、防止恶性和灾难性事故发生具有非常重要的意义。 　　李恩邦的研究成果已发表在《应用物理快报》上，英国物理学会官方网站optics.org和美国《激光世界》杂志也对此进行了报道。

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

在选择可乐瓶盖开启扭矩仪时，用户可能会面临手动和自动扭矩测试仪之间的选择。每种类型的测试仪都有其特定的应用场景和优势，精度也因设备的设计和制造质量而异。手动扭矩测试仪优点：成本效益：通常价格较低，适合预算有限的用户。便携性：手持式设计，便于携带和现场测试。操作简单：易于使用，不需要复杂的设置或编程。缺点：一致性：依赖于操作者的技巧和力量控制，可能导致测试结果的一致性较低。疲劳因素：长时间操作可能导致操作者疲劳，影响测试精度。数据记录：需要手动记录数据，可能存在记录错误的风险。精度考量：手动扭矩测试仪的精度受限于操作者的稳定性和重复性，因此精度可能较低。自动扭矩测试仪优点：重复性：自动设备提供更高的测试一致性和重复性。精度：精密的机械设计和电子测量系统可提供更高的测试精度。自动化：自动完成测试过程，减少人为误差。数据管理：自动记录和分析数据，提高效率并减少错误。缺点：成本：价格通常高于手动测试仪。维护：可能需要专业的维护和校准。精度考量：自动扭矩测试仪通常具有更高的精度，因为它们通过精密的机械和电子系统来控制测试过程。精度比较在选择扭矩测试仪时，精度是关键考虑因素。虽然手动扭矩测试仪具有成本优势和便携性，但自动扭矩测试仪在精度、重复性和数据管理方面具有明显优势。自动设备通过减少人为干预，提供更一致的测试结果，这对于质量控制和产品一致性至关重要。结论如果预算允许，并且需要高精度和自动化程度高的测试结果，自动扭矩测试仪是更好的选择。对于需要频繁进行大量测试的生产环境，自动扭矩测试仪可以提供更高的效率和更可靠的数据。然而，如果测试需求较少，或者预算有限，手动扭矩测试仪也可以满足基本的测试需求。在选择时，应考虑具体的测试需求、预算限制和长期投资回报，以确定最适合的扭矩测试仪类型。

2月28日，国家重大科学仪器设备开发专项&mdash &mdash &ldquo 高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用&rdquo 项目启动会，在中国计量科学研究院(以下简称&ldquo 中国计量院&rdquo )召开。会议由国家质检总局科技司主持，科技部条财司副司长吴学梯、国家质检总局科技司副司长王越薇、中国计量院副院长宋淑英等领导及项目监理组、总体组、技术专家委员会、用户委员会和管理办公室等近百人参加了本次启动会。 　　图1：科技部条财司副司长吴学梯在启动会上讲话 　　启动会上，科技部条财司副司长吴学梯介绍了国家重大科学仪器设备开发专项的设立背景和目标定位，要求&ldquo 高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用&rdquo 项目组瞄准产品开发目标，积极推进产业化 更加关注产品的知识产权 按照项目管理办法，落实好法人负责制的各项要求 严格进行项目经费管理，并希望相关项目参与单位加强协作，潜心开发，实现科学仪器设备自主创新。同时他对该项目利用信息化系统的创新管理方式表示肯定，并希望其能够得到进一步推广运用。 　　图2：项目总体组组长、中国计量院副院长宋淑英讲话 　　项目总体组组长、中国计量院副院长宋淑英对与会领导、专家对中国计量院科技事业发展的关心支持和帮助表示感谢。她指出，&ldquo 高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用&rdquo 项目是近年来中国计量院在重大仪器方面获得的第3个国家支持项目。作为项目牵头单位，中国计量院将继续做好支持和服务工作，与各项目参与单位团结协作，确保项目顺利实施，为我国摆脱高端测量仪器完全依赖进口的局面作出应有贡献。 　　图3：项目负责人、中国计量院力学与声学研究所所长张跃汇报项目总体情况 　　项目负责人、中国计量院力学与声学研究所所长张跃研究员就项目背景、总体目标、任务分解、预期成果及进度和经费安排等相关情况进行了汇报。项目办公室汇报了项目实施管理办法 各任务负责人分别汇报了任务的研究内容、考核指标、实施方案、进度及经费安排等。 　　与会专家在认真听取汇报的基础上，展开热烈讨论，对项目进行点评，并提出实施意见建议。 　　高端动力装备在装备制造业中占有举足轻重的地位，是各种重大成套技术装备的核心组成部分，例如，风力发电机组、大型舰船推进系统、高速列车动力系统及转向架、航空发动机、高档数控机床等。高端动力装备对国民经济的发展起着突出的作用，同时也代表了我国先进制造业，特别是装备制造业的能力和水平。 　　而目前，我国大量的扭矩和速度参数测量系统，包括功率、最大扭矩、最高车速、加速度等，尤其是高端测量仪器依赖进口，并无法在国内溯源，严重制约了我国自主动力扭矩和速度测量仪器的可靠计量、研发与应用，从而制约了我国高技术含量、高国际竞争力的核心工业产品的自主研制和生产，开展具有自主知识产权的高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研制需求迫切。 　　该项目总体目标为：开展高端动力装置机械功率关键参数扭矩和速度精密测量技术的研究，攻克扭矩标准装置中高精密空气轴承支撑部件的核心技术及双天线雷达测速收发模块的关键技术。研究建立具有自主知识产权的高端动力装置的扭矩测量仪器(20kNm扭矩标准机)、高端动力装置速度测量仪器(双天线雷达测速仪器)和加速度计动态特性校准装置，填补国内空白，达到高端动力装置扭矩测量和速度测量的国际先进水平。 　　据介绍，项目研制成果将有望为我国高端动力装备扭矩与速度等功率测量建立可靠的计量溯源体系，并将在仪器开发、产业化示范、节能减排等方面起到重要的推动作用。 　　图4：启动会现场 　　该项目的组织实施单位为国家质检总局，由中国计量科学研究院牵头，并负责其中4个任务，任务承担单位还包括清华大学、中国船舶重工集团第七〇四研究所、浙江省计量科学研究院、北京化工大学、辽宁省计量科学研究院、湖南省计量科学研究院、苏州苏试试验仪器股份有限公司与长沙普德利生科技有限公司等8家单位。项目起止时间为2012年10月至于2016年9月。主要包括12个任务：20kNm高准确度扭矩标准装置的研发、高准确度大质量参数测量装置的研制、高精度宽量程多普勒雷达测速技术的研究及其测量装置的研制、加速度计动态特性计量技术的研究与校准装置的建立、空气轴承支撑技术的研发、无扰动质量参数自动测量技术的研发、加速度计动态模型及参数辨识的研究、测速测距雷达测速仪在交通领域的应用研究、空气轴承支撑技术在高准确度扭矩标准机及船舶装配质量控制中的应用、安全气囊加速度计校准装置在汽车行业的应用以及双天线雷达测速仪在高铁行业的应用研究等。

在现代工业生产和科研实验中，扭矩测试是不可或缺的一环。无论是瓶盖扭紧度的检测，还是其他机械部件的扭矩测试，精确的扭矩仪都是确保产品质量和性能稳定的关键。近年来，全自动扭矩仪以其高效、精确的特点逐渐取代传统的手动扭矩仪，成为行业的新宠。那么，全自动扭矩仪相比手动扭矩仪，在试验效率和检验精确度方面究竟有哪些提升呢？1. 试验效率的提升：全自动扭矩仪：通过自动化操作，可以连续、快速地进行大量瓶盖的扭矩测试，大大提高了测试效率。它适合于生产线上的在线检测，能够实时监控瓶盖扭矩，确保产品质量的一致性。手动扭矩仪：操作依赖于人工，每次测试都需要手动设置和调整，速度相对较慢，更适合小批量或实验室环境下的测试。2. 检验精确度的提高：全自动扭矩仪：由于其自动化程度高，减少了人为操作误差的可能性，因此通常能够提供更高的测试精确度。它能够精确控制扭矩的大小和测试速度，确保每次测试的一致性。手动扭矩仪：虽然也能提供准确的测试结果，但其精确度受到操作者技能和经验的影响。重复性测试可能会因操作者的不同而有所差异。3. 数据记录和分析：全自动扭矩仪：通常配备有数据记录系统，能够自动记录每次测试的扭矩值，并生成详细的报告。这有助于后续的数据分析和质量控制。手动扭矩仪：可能需要手动记录测试数据，这增加了数据记录的复杂性和出错的可能性。4. 应用场景的适应性：全自动扭矩仪：更适合大规模生产环境，能够与生产线无缝集成，实现连续生产。手动扭矩仪：更适合小规模生产或研发实验室，用于对特定样本进行精确测试。综上所述，瓶盖全自动扭矩仪较手动扭矩仪在试验效率和检验精确度方面有显著优势。它能够快速、连续地进行大量测试，并提供精确的测试结果。然而，选择哪种类型的扭矩仪取决于具体的应用场景和需求。对于需要高效率和精确度的生产环境，全自动扭矩仪是更合适的选择。而对于小规模生产或研发实验室，手动扭矩仪可能更为适用。

【科学背景】应变传感器是一种关键技术，用于在多种应用中实现高灵敏度的机械感知，如人形机器人的指尖控制和皮肤贴合健康监测设备。然而，现有的应变传感器普遍依赖于裂纹生成机制，这限制了它们在灵敏度、应变范围、稳定性和时间空间分辨率上的综合性能。传统裂纹导电材料在小传感面积与高性能之间存在固有的权衡，其裂纹易于扩展并难以控制，导致传感器在应对大应变和长期稳定性方面的表现有限。为解决这些挑战，天津科技大学生物基纤维材料国家重点实验室刘阳教授、国家重点实验室主任程博闻教授、南开大学Jiajie Liang课题组联合提出了一种分子级裂纹调制策略，采用逐层组装技术在MXene和银纳米线复合薄膜中引入了强、动态和可逆的硫-银（S-Ag）配位键。这种创新策略不仅在传感器中实现了极小的感测面积（仅0.25 mm² ），同时提供了超宽的工作应变范围（0.001-37%）、极高的灵敏度（在0.001%时的增益因子超过500，在35%时超过150,000）、快速的响应时间、低滞后和优异的长期稳定性。此外，基于这种高性能传感元件，研究团队成功实现了每平方厘米100个传感器的可拉伸传感器阵列，展示了高时间空间分辨率的实际应用，如多通道脉冲信号监测系统。【科学亮点】（1）本研究首次采用分子级裂纹调制策略，在MXene和银纳米线复合导电薄膜中引入强、动态和可逆的硫-银（S-Ag）配位键。这一策略通过逐层组装技术，实现了裂纹生成和传播的精确控制。（2）实验结果表明，所制备的基于裂纹的可拉伸应变传感器（S-M/A）具有多重优异的性能特征：传感面积极小（仅0.25 mm² ），但具备超宽的工作应变范围（0.001-37%），高灵敏度（在0.001%应变下的增益因子超过500，35%应变时超过150,000），快速的响应时间（约5毫秒），低滞后和长期稳定性。此外，通过S-Ag配位键的动态调控，传感薄膜能有效地能量耗散，防止裂纹间隙的扩展，从而保持了纳米级别的裂纹结构和传感性能的稳定性。（3）这一研究突破了传统裂纹调制策略的限制，克服了传感面积和性能之间的固有权衡，为高密度、高分辨率的可拉伸应变传感器阵列的实现提供了新的思路和方法。通过高效的组装工艺，作者实现了每平方厘米100个传感器的集成，展示了该传感器阵列在多通道脉冲感测系统中的实际应用，具备优异的时间空间分辨率和监测精度。【科学图文】图1：引入S-Ag配位键到S-M/A感测薄膜中。图2：S-MXene和S-M/A薄膜的表征。图3：S-M/A传感器的应变感测性能。图4：应变感测性能比较。图5：S-M/A感测薄膜的裂纹调制行为。图6：S-M/A传感器阵列在脉冲信号测量中的应用。【科学结论】本文开发了一种基于分子级裂纹调制策略的新型应变传感器，通过引入强、动态和可逆的S-Ag配位键，有效地解决了传统裂纹型传感器中传感面积与性能之间的权衡问题。此技术不仅在传感面积极小的情况下实现了超高灵敏度和广泛的应变范围，还通过动态调控裂纹形态和能量耗散机制，提高了传感器的稳定性和可靠性。通过分子级的设计和制备过程，将有机和无机材料有效地结合在一起，为高性能应变传感器的设计提供了新的思路和方法。此外，本文展示了简便且可扩展的制造工艺，为实现高密度、高分辨率的传感器阵列奠定了基础。这种基于分子级裂纹调制的策略不仅有助于推动应变传感器技术的进步，还为未来在可穿戴设备、健康监测和智能机器人等领域中需求高精度、高稳定性传感器的开发提供了新的理论和实践基础。原文详情：Liu, Y., Xu, Z., Ji, X. et al. Ag–thiolate interactions to enable an ultrasensitive and stretchable MXene strain sensor with high temporospatial resolution. Nat Commun 15, 5354 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49787-9

2月28日，国家重大科学仪器设备开发专项——“高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用”项目启动会，在中国计量科学研究院(以下简称“中国计量院”)召开。会议由国家质检总局科技司主持，科技部条财司副司长吴学梯、国家质检总局科技司副司长王越薇、中国计量院副院长宋淑英等领导及项目监理组、总体组、技术专家委员会、用户委员会和管理办公室等近百人参加了本次启动会。 科技部条财司副司长吴学梯在启动会上讲话 　　启动会上，科技部条财司副司长吴学梯介绍了国家重大科学仪器设备开发专项的设立背景和目标定位，要求“高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用”项目组瞄准产品开发目标，积极推进产业化 更加关注产品的知识产权 按照项目管理办法，落实好法人负责制的各项要求 严格进行项目经费管理，并希望相关项目参与单位加强协作，潜心开发，实现科学仪器设备自主创新。同时他对该项目利用信息化系统的创新管理方式表示肯定，并希望其能够得到进一步推广运用。 　　项目总体组组长、中国计量院副院长宋淑英对与会领导、专家对中国计量院科技事业发展的关心支持和帮助表示感谢。她指出，“高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用”项目是近年来中国计量院在重大仪器方面获得的第3个国家支持项目。作为项目牵头单位，中国计量院将继续做好支持和服务工作，与各项目参与单位团结协作，确保项目顺利实施，为我国摆脱高端测量仪器完全依赖进口的局面作出应有贡献。 　　项目负责人、中国计量院力学与声学研究所所长张跃研究员就项目背景、总体目标、任务分解、预期成果及进度和经费安排等相关情况进行了汇报。项目办公室汇报了项目实施管理办法 各任务负责人分别汇报了任务的研究内容、考核指标、实施方案、进度及经费安排等。 　　与会专家在认真听取汇报的基础上，展开热烈讨论，对项目进行点评，并提出实施意见建议。 　　高端动力装备在装备制造业中占有举足轻重的地位，是各种重大成套技术装备的核心组成部分，例如，风力发电机组、大型舰船推进系统、高速列车动力系统及转向架、航空发动机、高档数控机床等。高端动力装备对国民经济的发展起着突出的作用，同时也代表了我国先进制造业，特别是装备制造业的能力和水平。 　　而目前，我国大量的扭矩和速度参数测量系统，包括功率、最大扭矩、最高车速、加速度等，尤其是高端测量仪器依赖进口，并无法在国内溯源，严重制约了我国自主动力扭矩和速度测量仪器的可靠计量、研发与应用，从而制约了我国高技术含量、高国际竞争力的核心工业产品的自主研制和生产，开展具有自主知识产权的高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研制需求迫切。 　　国家重大科学仪器设备开发专项“高端动力装置扭矩和速度测量仪器设备的研发与应用”项目总体目标为：开展高端动力装置机械功率关键参数扭矩和速度精密测量技术的研究，攻克扭矩标准装置中高精密空气轴承支撑部件的核心技术及双天线雷达测速收发模块的关键技术。研究建立具有自主知识产权的高端动力装置的扭矩测量仪器(20kNm扭矩标准机)、高端动力装置速度测量仪器(双天线雷达测速仪器)和加速度计动态特性校准装置，填补国内空白，达到高端动力装置扭矩测量和速度测量的国际先进水平。 　　据介绍，项目研制成果将有望为我国高端动力装备扭矩与速度等功率测量建立可靠的计量溯源体系，并将在仪器开发、产业化示范、节能减排等方面起到重要的推动作用。 　　该项目的组织实施单位为国家质检总局，由中国计量科学研究院牵头，并负责其中4个任务，任务承担单位还包括清华大学、中国船舶重工集团第七〇四研究所、浙江省计量科学研究院、北京化工大学、辽宁省计量科学研究院、湖南省计量科学研究院、苏州苏试试验仪器股份有限公司与长沙普德利生科技有限公司等8家单位。项目起止时间为2012年10月至于2016年9月。主要包括12个任务：20kNm高准确度扭矩标准装置的研发、高准确度大质量参数测量装置的研制、高精度宽量程多普勒雷达测速技术的研究及其测量装置的研制、加速度计动态特性计量技术的研究与校准装置的建立、空气轴承支撑技术的研发、无扰动质量参数自动测量技术的研发、加速度计动态模型及参数辨识的研究、测速测距雷达测速仪在交通领域的应用研究、空气轴承支撑技术在高准确度扭矩标准机及船舶装配质量控制中的应用、安全气囊加速度计校准装置在汽车行业的应用以及双天线雷达测速仪在高铁行业的应用研究等。

引言在繁华的酒类市场中，二锅头以其独特的口感和亲民的价格赢得了众多消费者的喜爱。其瓶盖的开启力不仅关系到消费者的使用便捷性，还涉及到产品的密封性和防伪特性。扭矩的物理意义扭矩是力与力臂（力的作用点到旋转中心的距离）的乘积，它描述了使物体绕轴旋转的能力。在瓶盖开启力的上下文中，扭矩越大，开启所需的力越大。瓶盖扭矩的考量因素消费者的使用体验：开启力应适中，既不能太紧导致难以开启，也不能太松影响密封性。密封性要求：瓶盖需要提供足够的密封力以保证酒质，防止挥发和污染。防伪特性：适度的开启力可以增加非法开启的难度，起到一定的防伪作用。安全性：过高的扭矩可能导致瓶盖突然弹开，造成意外伤害或酒液浪费。3-5Nm扭矩的合理性分析便利性：3-5Nm的扭矩范围适中，大多数成年消费者可以轻松开启，同时避免了儿童轻易打开的风险。密封性：此扭矩范围内的密封力足以保证二锅头在储存和运输过程中的密封性，减少酒液的挥发。防伪性：适度的扭矩可以增加非法开启的难度，但不会对正常消费者造成困扰。安全性：3-5Nm的扭矩不会导致瓶盖突然弹开，降低了使用过程中的安全隐患。结论综合考虑消费者的使用体验、产品的密封性和防伪需求，以及安全性，二锅头瓶盖开启力设定为3-5Nm的扭矩是合理的。这一扭矩范围既满足了便利性和安全性的要求，又确保了产品的密封性和防伪特性，是平衡多方面因素后的一个理想选择。

油封旋转性能试验机采用西门子可编程控制系统.适用于各种回转式油封进行密封性能的试验和研究工作，油封安装在验机上，主轴以一定的速度回转，经过一定时间的运行，观察油封是否渗漏，每次可试验2件油封，测试轴可正、反转。本机结构合理，设计新颖，起动性能好，调速范围广，起动力矩大，噪声低，操作方便。技术参数:1. 主轴转速：10000r/min2. 主轴跳动误差：小于±0.03mm3. 轴心偏置调整量：0～5mm4. 可测试油封轴孔范围（单唇口油封）：Φ7～Φ200mm5. 电机功率：2.2kW×2(根据具体油封尺寸加大功率)6. 压力范围：0～0.03MPa7. 温度范围：室温～120℃8. 电 源：AC380V三相五线制(必须有零线和地线)±10% 50Hz 9. 外形尺寸：1300mm×1000mm×1500mm10. 重 量：420㎏注：关键零部件均由日本小巨人LGMazak加工中心加工。创新点：区别于市场无扭矩油封旋转试验台,此款为带扭矩油封旋转试验台 可在常温和高低温环境内进行试验 带扭矩10000转油封旋转试验机台

在现代制造业中，产品质量与安全性的保障至关重要，特别是在食品、药品和化妆品这些直接关系到消费者健康的行业中，每一个生产环节都需经过严格的质量控制。全自动瓶盖扭矩仪作为一种先进的检测设备，正逐步成为这些行业不可或缺的重要工具。本文将详细探讨全自动瓶盖扭矩仪在食品、药品、化妆品行业中的具体应用及其重要性。一、食品行业：守护每一份美味与安全1.1 确保包装密封性，防止食品变质在食品行业中，包装的密封性直接关系到产品的保质期和安全性。全自动瓶盖扭矩仪通过精确测量瓶盖的扭矩值，确保瓶盖与瓶身之间的密封性达到标准，有效防止食品在运输和储存过程中因漏气而氧化变质。无论是矿泉水、果汁还是酱料罐头，全自动瓶盖扭矩仪都能提供准确的测量数据，为食品企业的质量控制提供有力支持。1.2 提高生产效率，降低人力成本传统的手动拧紧瓶盖方式不仅效率低下，而且容易出现误差，影响产品质量。全自动瓶盖扭矩仪的引入，实现了瓶盖拧紧的自动化操作，大大提高了生产效率，降低了人力成本。同时，其高精度测量能力确保了每个瓶盖扭矩的一致性，提升了产品的整体品质。1.3 建立质量追溯体系，保障消费者权益全自动瓶盖扭矩仪能够记录每个瓶盖的扭矩数据，为食品企业建立起完善的质量追溯体系。一旦产品出现质量问题，企业可以迅速通过扭矩数据追溯到具体的生产批次和生产环节，及时采取措施进行整改，有效保障消费者的权益。二、药品行业：守护生命健康的每一道防线2.1 确保药品包装密封性，防止污染药品作为特殊商品，其包装密封性要求极高。全自动瓶盖扭矩仪能够精确测量药品包装瓶盖的扭矩值，确保瓶盖紧密贴合瓶身，防止药品在运输和储存过程中受到污染或受潮。这对于保证药品的有效性和安全性具有重要意义。2.2 提高生产效率，保障药品供应在药品生产过程中，高效率的包装环节是保障药品供应的关键。全自动瓶盖扭矩仪的自动化操作不仅提高了包装效率，还减少了人为错误，确保了药品包装的准确性和一致性。这对于药品生产企业来说，是提升产能、保障市场供应的重要手段。2.3 满足严格监管要求，提升企业形象药品行业受到严格的监管，企业需要严格遵守相关法律法规，确保产品质量和安全。全自动瓶盖扭矩仪的应用，使得药品包装的质量控制更加科学和规范，有助于企业满足监管要求，提升企业形象和信誉。三、化妆品行业：守护美丽与安全的双重承诺3.1 保障化妆品密封性，延长保质期化妆品的密封性直接关系到产品的保质期和效果。全自动瓶盖扭矩仪通过精确测量化妆品瓶盖的扭矩值，确保瓶盖紧密贴合瓶身，防止化妆品在储存过程中挥发或变质。这对于维护化妆品的品质和延长保质期具有重要意义。3.2 提升用户体验，增强品牌忠诚度良好的瓶盖开启体验是提升用户满意度的关键。全自动瓶盖扭矩仪的应用，使得化妆品瓶盖的开启力度适中、顺畅，提升了用户的使用体验。这有助于增强消费者对品牌的信任和忠诚度，为企业赢得更多市场份额。3.3 满足多样化需求，推动产品创新随着消费者对化妆品需求的日益多样化，化妆品包装也需不断创新以满足市场需求。全自动瓶盖扭矩仪具备适应性强、测量范围广的特点，能够满足不同规格和类型化妆品瓶盖的扭矩测量需求。这为企业开发新产品、拓展市场提供了有力支持。结语全自动瓶盖扭矩仪在食品、药品、化妆品行业中的广泛应用，不仅提升了产品的质量和安全性，还提高了生产效率和市场竞争力。随着技术的不断进步和完善，相信全自动瓶盖扭矩仪将在更多领域发挥重要作用，为制造业的转型升级和高质量发展贡献更多力量。在未来的发展中，我们期待看到更多创新技术的应用和推广，共同守护消费者的健康和权益。

2011年9月19-22日，第10届亚太测量(质量、力和扭矩)论坛在西安召开。来自中国、日本、韩国、澳大利亚、印度、泰国、中国香港和台湾等国家和地区近60位计量测试研究领域的专家、学者参加会议。与会代表就近两年来在各自国家进行的有关质量、力值和扭矩方面的量值传递和测量技术的研究成果进行了广泛的讨论和交流。 亚太测量(质量、力和扭矩)论坛由中国计量科学研究院和日本大阪技术研究所于1992年联合创立，每两年一届，在各国轮流举办。除学术报告外，每届论坛都设立&ldquo 优秀青年论文奖&rdquo ，以鼓励专业领域青年人的科技创新。 梅特勒托利多作为全球计量领域最具影响力的设备制造商，在质量测量和研究方面与各国计量检测和校准机构建立了长期良好的合作。梅特勒托利多中国公司赞助了本届论坛，林桂兴总裁出席会议并致辞。

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

p style=" line-height: 1.75em " 　 & nbsp 国内科研人员成功研发基于石墨稀材料的大量程、高精度的流量、温度传感器，有望在热力系统进行规模应用。 /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/3e7bf569-3c52-4b91-b4b2-dd53a82c552f.jpg" title=" 20160407151516449.jpg" / 　　 /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " 清华大学 朱宏伟 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　近日，清华大学朱宏伟教授团队和北京华大智宝电子系统有限公司合作开发出石墨烯温度流量一体化传感器件。他们针对热力系统检测用流量、温度传感器的应用需求，通过对石墨烯传感的作用与规律研究，突破石墨烯材料在热量表流量计应用的关键技术，开发热力系统检测用石墨烯流量、温度传感器件，解决了现有传感器表面结垢、功耗高等问题，形成了批量制备能力，有望在热力系统进行规模应用。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　该团队完成了石墨烯晶片形状、尺寸、表/界面状态对传感性能调制研究，通过基于石墨稀材料的传感工艺结构设计，开发了大量程、高精度的流量、温度传感器。流量传感器元件测量范围达到0.01~6m3/h，测量精度达到0.005m3/h 温度传感器元件测量范围达到0~100℃，测量精度达到0.02℃。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　在石墨烯流量、温度传感材料基础上，同时开展了两项拓展研究：1)提出了一种实现高灵敏柔性应变传感的新思路，通过石墨烯与超弹超薄高分子材料复合构建了一类基于柔性传感器原型器件，开发了面向可穿戴装备的传感器的制造方法和工艺，在应变、压阻、扭转、挥发性有机物、声波等几个典型传感应用上进行了探索，并可探测脉搏、语音等微弱生理信号，有望应用于移动医疗、可穿戴式设备等领域 2)研究了水在石墨烯层片孔中的扩散特性，开发了一种同位素标记法，揭示了水分子在石墨烯中的扩散系数比微孔滤膜中微米尺寸通道的扩散系数高4~5个数量级，证明了水分子可超快速传输，为基于石墨烯的传质特性研究奠定了基础，并在快速过滤与分离领域展现出广阔的应用前景。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　相关研发成果已发表SCI收录论文15篇，申请国家发明专利5项，获授权实用新型专利1项。所制备的六种传感器发表在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、Small、NanoRes.、Appl.Phys.Lett.、Chem.Commun.等期刊上，并被学术媒体Nanowerk、Graphene-Info和MaterialsViewsWiley做为研究亮点报道，被评价为“…全新的传感机制、石墨烯的高性能应用…”，“石墨烯的机电效应结合其它特性…促进了在高灵敏传感中的应用，…这些传感器的潜在用途包括柔性显示、智能服装、电子皮肤、体外诊断等，在可穿戴健康检测类设备上有较大的应用空间”。 /p p br/ /p

各有关单位：按照《青岛市质量协会团体标准管理办法》（试行）的规定，青岛市质量协会团体标准《轮胎滚动阻力试验机（测力法和扭矩法）校准规范》（T/QAQ 007—2023）已经完成相关工作程序，现予以发布。青岛市质量协会2023年9月20日　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　关于发布《轮胎滚动阻力试验机（测力法和扭矩法）》团体标准的公告.pdf

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。

p style=" text-indent: 2em " 在英国《自然· 电子学》杂志14日在线发表的一篇动物研究论文中，美国科学家介绍了一种可移植、可伸展的应变及压力传感器，可以在有效使用期结束后自然降解。该装置将用于实时监测受损软组织所受的微弱应力和压力变化，有助于为患者设计个性化的康复方案。 /p p style=" text-indent: 2em " 传感器技术早已“轻松”应用于多种不同的环境，它们能集成到小型化的发射器或接收器系统中，也能与人体直接接触服务于医疗应用。这其中，可降解传感器是一种新兴技术，它们在预定的使用期限结束后会自然降解，因此不需要通过二次手术取出来。 /p p style=" text-indent: 2em " 但是，生物相容性微传感器的生产目前还是一个非常耗时和昂贵的过程，现有的这类传感器的感应性能十分有限，或是其生物相容性还未经证明。 /p p style=" text-indent: 2em " 此次，美国退伍军人事务部研究人员佩吉· 福克斯、斯坦福大学鲍哲南及他们的同事，报告了一种由完全生物可相容材料构成的、可伸展、可生物降解的应变及压力传感器。这一可移植传感器具有高灵敏度，能够区分小到0.4%的应变和12Pa的压力（一粒盐产生的压力）变化。 /p p style=" text-indent: 2em " 为了测试该传感器的生物相容性，研究团队将其移植进一只大鼠的背部。在移植手术8周后，未观察到负面炎症反应（除了第1周出现初期炎症反应）。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员表示，他们能够控制传感器的降解，使其寿命与组织愈合所需的时长一致。此外，经过一定的设计，在降解过程中，该传感器的灵敏度也不会有明显下降。 /p p style=" text-indent: 2em " 针管有一次性的，医疗电子仪器也可以有一次性的。可降解的生物传感器一旦进入实用，我们就可以将很多临床定性描述转为量化指标，病人的恢复快慢可显示在屏幕上，痛觉程度也不再模糊。医生的工作将因此大大便利。 /p

【研究背景】生物力学监测技术是指通过各种设备实时测量和分析生物组织的力学特性，因其在医学诊断、治疗监测和生物材料研究等领域的重要应用而备受关注。与传统的生物传感器材料相比，基于超薄单晶硅纳米带（Si-NR）的设备具有高灵敏度、良好的生物相容性和适应性等优点，能够在动态环境中进行精确的生物力学测量。然而，这类设备在可穿戴性、耐用性及与生物组织的接触适应性等方面仍存在一定挑战。为了克服上述问题，复旦大学纳米与薄膜实验室宋恩名、大连理工大学李锐，北京大学Mengdi Han，复旦大学材料科学系梅永丰课题组携手在软组织生物力学监测领域取得了新进展。该团队设计了一种新型的基于超薄Si-NR的全方向应变传感器（OSG设备），能够在复杂的生物环境中实现高精度的应变分布监测。通过对设备材料的优化与结构设计，研究人员利用该设备显著提高了应变传感器的性能，成功获取了心脏、皮肤等组织在不同生理状态下的动态生物力学数据。该设备的核心优势在于其超薄设计和生物降解特性，使其能够在体内环境中稳定工作，并与软组织紧密接触。研究表明，这种新型传感器在监测生物体的机械生理状态（如心律失常和心肌梗死）时，展现出了优越的响应能力和高灵敏度。这一研究成果为未来的临床应用提供了新的技术路径，尤其在患者术后监测及病理诊断方面，具有广阔的应用前景。【表征解读】本文通过电化学工作站（CHI660e）和有限元分析（FEA）等仪器和表征手段，发现了基于超薄单晶硅纳米棒（Si-NR）的光学应变传感器（OSG）在动态应变检测中表现出的优异性能，从而揭示了其在生物相容性机械生理监测中的应用潜力。具体而言，本文针对应变灵敏度与方向特异性响应的现象，通过微观机理表征，得到了应变传感器在不同方向和强度下的响应特性，进而挖掘了其在实时监测机械生理信号（如脉搏和眼内压波动）中的重要性。在此基础上，通过电阻变化测量和数字信号处理技术，研究人员不仅确定了OSG设备在施加应变（εappl.）下的灵敏度，还揭示了该传感器的最小应变检测灵敏度为0.1%。这些发现为OSG设备在生物医用传感器领域的应用提供了新的视角，并强调了其在监测心脏异常方面的有效性。此外，采用荧光显微镜和细胞毒性评估等表征手段，研究团队深入分析了OSG设备的生物相容性，证实了该设备在与L929细胞共同培养过程中表现出的良好细胞活力。这一结果为OSG设备的实际应用提供了重要的生物安全性数据，进一步增强了其作为植入式传感器的可行性。总之，经过多重表征手段的综合分析，本文深入探讨了Si-NR基OSG设备在动态应变检测中的各项性能指标，并成功制备了一种新型的生物相容性机械生理监测平台。这些研究结果不仅推动了传感器技术在医学领域的进步，而且为未来可穿戴设备和植入式传感器的开发提供了新的技术基础。【图文速递】图 1. 基于超薄 Si-NR 的 OSG 设备用于软组织生物力学监测。图 2. Si-NR 基 OSG 设备的传感特性。图 3. 生物降解、可拉伸且生物相容的 Si-NR 基 OSG 设备。图 4. 人体和动物模型的机械生理监测可穿戴应用。图 5. 体内心脏机械生理监测。【科学启迪】本文的研究不仅揭示了超薄单晶硅纳米棒（Si-NR）作为光学应变传感器的优越性能，还为未来的生物医学传感器设计提供了重要启示。首先，通过电化学工作站和有限元分析等多种表征手段，深入理解了Si-NR在不同应变条件下的响应特性，这为优化传感器性能提供了理论基础。其次，研究结果表明，合理设计和微观结构调控能够显著提高材料的灵敏度和响应速度，这为新型传感器材料的开发指明了方向。此外，本文强调了跨学科方法的重要性，结合材料科学、电子工程和生物医学等领域的知识，可以更好地应对复杂的传感需求。最后，本研究为未来的临床监测和健康管理提供了新的技术路径，展现了纳米材料在生物传感器中的广阔应用前景。通过本研究的启示，科研人员可以在纳米材料的制备和应用中，探索更多的创新思路，为生物医学领域的进步贡献力量。原文详情：Bofan Hu et al. ,Ultrathin crystalline silicon–based omnidirectional strain gauges for implantable/wearable characterization of soft tissue biomechanics.Sci. Adv.10,eadp8804(2024).DOI:10.1126/sciadv.adp8804

近年来，传感器朝着灵敏、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 尽缘、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)，起到人的线人作用，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。 　　基本工作原理及应用领域 　　光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送进调制器，使待测参数与进进调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送进光探测器，经解调后，获得被测参数。 　　光纤传感器的应用于对磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的丈量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了很多行业多年来一直存在的技术困难，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用： 　　1、市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松驰、施工应力和动荷载应力，从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。 　　2、电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受电磁场的干扰，无法在这类场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时丈量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普遍光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布传感能力，利用这种特点我们可以连续实时丈量光纤沿线几公里内各点温度，定位精度可达米的量级，丈量精度可达1度的水平，非常适用大范围交点测温的应用场合。 　　在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。 　　光纤传感器助力物联网发展市场容量将近万亿 　　自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。 　　我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于&ldquo 布里渊效应连续分布式光纤传感技术&rdquo 通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。 　　传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。 　　光纤传感技术在物联网中的应用 　　通过上述分析得知，物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。以下是对光纤传感技术在物联网中的应用进行详细的探讨。 　　目前应用最广的光纤传感器有四种，分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。其中，光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型，干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段，谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代，布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器 光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器，这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测，把水中的声音信号转换成光信号，再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号，这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型 在光纤光栅传感器的产品中包括应变传感器、温度传感器和压力传感器，其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点，它们大部分属于光强型和干涉型，并且各有利弊。自今年来电力的发展是突飞猛进的，这种情况下，面对着强大电流的测量问题，光纤电流传感器可以很好的避免一些由于电力过强而引发的事故。

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。

为适应国家工业发展需要，特别是能源、化工、交通、航空航天等特殊领域针对传感器的需求，从上世纪50年代起，国家先后组织一批国家级研究机构、专业生产企业及部分重点高校共同针对工业传感器进行攻关和生产。在经历了几代人、近半个多世纪的努力后，至今为止基本建成了具有中国特色的覆盖全工业领域的工业传感器体系。很多传感器从无到有，相当程度满足了国家工业发展的需求。传感器行业进入快速发展阶段“十二五”以来，密集的传感器相关政策推动了我国传感器行业飞跃发展。“十三五”期间，政府支持力度进一步加大，2017年工信部出台《智能传感器产业三年（2017—2019）行动指南》及《促进新一代人工智能产业发展三年（2018——2020）行动计划》，从而直接催生了重大科学仪器及设备开发、制造基础技术与关键部件研究两大专项。2020年8月国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，针对我国集成电路产业发展从财税政策、投融资政策、研究开发政策、进出口政策、人才政策、知识产权政策、市场应用政策、国际合作政策等全方位多方面提出部署，直接将当前新时期新阶段的集成电路产业和软件产业发展推进到一个全新的发展阶段，为其他相关基础产业发展起到了引领示范作用。在一系列政策持续出台的背景下，我国传感器行业进入快速发展阶段，形成了基本全覆盖的产业布局，工业需求传感器从自主到引进全产业链覆盖。中低档产品在满足自给自足的前提下实现出口，设计、研发、应用一条龙配套建设和水平普遍提升。在快速发展的中国工业市场，针对传感器的需求已经从原始的配套变成刚性需求，巨大的中国制造转型升级带来的市场吸引力不仅对国内企业，对国外工业传感器龙头企业也是巨大的吸引，美国艾默生、德国E+H、日本横河等工业传感器巨头在中国市场的份额已经成为其公司业务重要组成部分。在政府支持和行业需求的双层推动下，我国工业传感器已形成由材料、器件、系统、网络等全方面构成的产业链模式，产业链规模、质量也不断得到完善和提高。据统计，国内具有一定规模的应用于工业制造业的各类传感器生产厂家约2000余家，产品基本覆盖工业制造各领域。生产的各类工业用传感器品种、规格约1.6万种。已经显现出有区域特点的传感器产业集群，重点集中在长三角，并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为辐射的区域布局。这些集群各有侧重优势，形成了我国较为完备的传感器产业链。诸多瓶颈亟待突破尽管取得不俗成绩，但我国工业基础传感器仍存在许多问题需要破解，主要表现在：一是顶层设计仍缺乏统筹设计，规范引导。工业传感器在仪表行业是小行业，在中国制造中更是小小行业，但工业传感器在制造强国战略中却有举足轻重的地位。由于传感器具有的专业分散和行业分属的特点，长期以来传感器行业始终缺乏统一的行业认知。虽然国家投资逐年加大、政策力度逐年增强，但传感器产业需要长期不断地培育养成的特点在地方政府、企业急于求成的作用下，想取得传感器产业化的标志性成果，往往事与愿违。二是产业规模小，盈利能力低，核心技术缺乏。以压力传感器行业为例，国内具有一定规模的生产厂商大约有千余家，其中民企数量约占企业总数的90%，已经成为了中国工业压力传感器、变送器行业的与国外厂商争夺国内工业用压力传感器、变送器市场的主力军。但这些企业年销售额大于2000万元的企业不足三成，七成以上的传感器生产厂商为中小微企业，产业规模很小，自身盈利能力也不强。因此企业核心技术、企业研发能力、企业核心竞争力严重不足或缺乏。统计国内主要传感器厂商的产品分析也可以发现，目前国内厂商生产的压力传感器，70%以上是常规应变式、溅射薄膜式等传感器产品，30%左右为陶瓷材料为主的低端产品，产品结构相对单一。三是共性化问题多，产业化问题多。共性关键技术，如可靠性技术研究尚待突破。国外典型流程工业高端典型传感器在上世纪末已实现五年免调校，但国内相关产品免调校功能还在推广验证中。工业传感器共性技术如材料、设备、方法、可靠性验证分析等基础理论的研究与发展同国外发达国家的差距仍然巨大。四是工业传感器核心敏感技术产业化缺“芯”严重。尽管传统的工业传感器如应变、电感、电容、光栅、称重、位移量、位置量、金属弹性器件等年产量居世界领先地位，有些甚至已经实现出口。但是对于高端工业传感器，尤其是高端制造的重点领域、重点行业、重大工程用配套工业传感器基本上100%依靠进口。即使国内生产，也仅仅停留在研究、样机、小批量中试阶段，相关传感器核心技术（器件）的产业化仍然“路漫漫”，严重制约我国工业的快速发展及工业制造的“自主可控”。如：国内硅基MEMS压力传感器全产业基本处于封装代工阶段，从普通硅基压力传感器、OEM硅基压力传感器到流程工业高端设备控制用变送器，核心硅基敏感芯片基本上全部进口，国内自主配套不足1%；高端智能制造、CNC数控机床、大型工程机械等配套需求的位置、压力、图像、惯性器件等传感器以欧美日或欧美日在国内的合资企业垄断；国内工业基础气体传感器主要集中在中低端的催化燃烧式、电化学式、红外式，以及MOS气体传感器阶段，仅有少量高端的激光红外气体传感器及光离子化PID气体传感器在工业制造领域使用。新产品、新技术的工业气体传感器产业化落后国际先进水平至少五年左右。MEMS硅基压力传感器核心敏感元器件、高端气体传感器敏感芯片等虽然完成技术攻关，但产业化配套基本为零，国内产业化生产敏感核心器件及传感器高端市场基本上全部依赖进口。国内工业传感器主要集中在中低端制造业市场。高端应用的产业化发展空“芯”化问题已经成为制约中国制造由大到强的关键阻碍。努力完善工业基础传感器生态第一，以德国X-Fab的精、专、特标准化核心器件产业基地为对标，建成力、热、磁、气核心器件专业定点产线，实现国内工业基础传感器基础核心器件成果产业化转移，配套快速发展的中国制造业对传感器的需求特别是核心器件的需求。工业基础传感器是制造工业的基础，首先解决当前产业急需的核心器件产业化问题，完善从材料、制造、销售、使用的一条龙产业生态，彻底解决国内工业基础传感器有“器”无“芯”的尴尬局面，真正实现工业基础传感器对国家工业基础的基石和支撑作用，形成分工明确、配套清晰的产业化发展链条。建成中国的X-Fab专业产线。标准化定点专业产线不仅要求有良好洁净的工作环境，更需要清晰的产品（不可唯利是图）、清晰的工艺管控、素质技能稳定的管理管控团队。做到环境、产品、工艺、管控四“净”。第二，集中开展传感器跨学科培养，在人才评价、人才团队建设中树立领军人物，培养高端扛旗帜的企业；在标准、可靠性、专利等多方面加大奖励制度，推动人才队伍快速成长。第三，从材料、制造、销售龙头抓起，建成工业传感器“一条龙”生态。健全分工清晰明确的工业传感器生态链，实现传感器工业“基石”的支撑作用。加大流程工业用力、热、磁、流量、环境气体安全检测传感器和离散传感器产业基地建设，形成流程工业、离散工业传感器精、专、特、新的产业布局，培养一批各自产业领域的隐形冠军。针对隐形冠军培养在市场、技术、团队方面从不同角度给予政策支持，设立专项资金对技术创新型企业进行扶持，在功能工业传感器生态链上培养领军企业。第四，加大对传感器中、小微企业知识成果及科研成果保护，鼓励企业技术创新，积极开展共性关键技术、基础工艺技术的研究，降低企业科研成果转化风险，开展新型一体化智能工业传感器研究，提倡建设工业传感器小微企业的技术隐形冠军。加大国家对于传感器产业化的投入，鼓励建设产业集聚园区和公共创新平台，加速新设计、新工艺导入。加强对共性关键技术、基础工艺技术研究的投入，在政策、制度、资金等方面给予倾斜，缩短技术向产品转化的周期。强化市场应用对产业的需求牵引作用，鼓励应用厂商通过商业合作、投资入股等方式参与智能传感器的研发与制造，整合产业链上下游。支持科研院所和高等院校开展智能传感器关键技术和基础理论研究、关键芯片开发，提升产品的集成化、智能化水平，加强知识产权保护，鼓励科研成果转化。鼓励开展新型工业传感器一体化及技术及应用研究，在感知、控制、通信、算法、智能化、网络化应用方面开展工作，满足新一代工业传感器需求。第五，以市场需求为引领，产品质量为准入门槛，企业对自身产品的质量责任保障为前提，从政策面给予工业传感器在国家重点行业、重点领域、重大工程中的配套使用力度，给予国货配套更优惠条件，在工业传感器应用领域落实并加大力度实施国家“政府采购法”和“国货优先”政策。保障工业传感器在中国制造的发展过程中同步快速成长。

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

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

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