红外人体感应传感器

乘务员小姐姐竟然 “偷拍”我！人民日报、中国铁路最新官方回应来了“坐高铁，乘务员小姐姐竟然‘偷拍’我，难道是因为我帅？”近日，高铁乘客发现乘务员小姐姐“偷拍”，引网友各种脑补猜想。暗恋、抓逃犯、为吃泡面罚款留证据、拍宣传照… … 画风清奇可爱。 人民日报、中国铁路最新回应来了 那么，乘务员小姐姐真的是在给乘客拍照吗？人民日报、中国铁路官方最新回应来了：她们并不是在拍照，而是在对乘客进行体温检测。乘务员手持的并不是普通手机，而是带有红外测温功能的手持终端机。（人民日报报道原文：《高铁乘务员“偷拍”乘客？哈哈哈，不好意思… … 》，中国铁路公众号原文：列车员为什么要给我拍照？） 真相大白，网友惊呼：yyds，手机也可以是测温仪，黑科技！细心的网友还发现，从测温界面来看，这款黑科技测温产品来自高德红外。 ▲乘务员正使用高德红外cb360对乘客进行体温检测 没错，乘务员小姐姐手持的正是高德红外cb360手机测温宝。自带安卓/ios接口，可轻松连接手机，让一台普通手机秒变红外热成像测温仪，有了cb360的帮忙，体温检测更高效、更安全、更便携，高科技满满。 cb360手机测温宝，为解决安全测温而生 “为了更好地做好疫情防控工作，中国铁路北京局集团有限公司，为乘务员手持终端机配备了红外测温模块，可实现远距离测温，既减少了近距离接触带来的交叉感染风险，又可以在不打扰旅客的情况下，实行快速测温。”中国铁路北京局集团在回应里提到使用cb360的缘由。 诚如是，cb360是一款专为手机终端设计的安全、方便的快速体温筛查工具，搭载高德红外二十余年积累的核心红外探测器技术，性能优越，能够解决传统测温工具的诸多弊端。 cb360手机测温宝更安全，1.2米安全测温距离cb360可在1.2米的安全测温距离内实现非接触式精确测温，避免传统点温枪需近距离接触测温，带来交叉感染的安全风险。更人性化，无需旅客配合cb360无需打扰旅客，即可测量其体温，尽显人性化的科技之美。而点温枪则需要旅客积极配合检测，测温效率低。更智能，超温自动报警提示ai算法+大数据加持，测温更精准，测温精度0.5℃。被测旅客体温超标时，测温软件自动报警提示，抓拍超温人员红外+可见光图像，拥有点温枪无法比拟的优势。更便携，体积小巧，随身携带小巧机身，51x18x15.6mm，可随身携带，搭配app，即插即用，普通手机秒变热像仪。 高德红外人体测温产品，为大众出行保驾护航 事实上，高德红外人体测温产品除了在高铁车厢内协助乘务员对旅客进行体温检测外，在火车站、飞机场、城市轨道交通枢纽均有应用，守护大众安全出行。 在北京西站、广州南站、深圳北站、武汉站、汉口站、武昌站、成都东站、北京首都国际机场、北京大兴国际机场、天河国际机场、嘉峪关机场、泉州晋江机场、长沙黄花机场，以及全国多地超300个地铁站，高德红外的产品正积极配合防疫人员对乘客进行无接触式体温检测，为大众提供更为安全的乘车出行环境。 不同的应用场景，对防疫测温产品的需求有所不同。从搭配手机即可便捷使用的cb360手机测温宝，到24h坚守在大人流量场所的ir236及qt人体测温产品，高德红外拥有覆盖全防疫场景的完善产品体系。 ir236、qt、m120、t120h、cb360等人体测温产品，正搭建起一道出行防疫测温守护之门，为大众出行保驾护航，助力常态化疫情防控。 国家卫生健康委疾控局一级巡视员贺青华称，从目前情况来看，疫情总体形势可控。但是，由于本轮疫情波及范围大，人群面广，加之多个不同来源的输入病例导致的本土疫情叠加，增加了整个疫情防控工作的艰巨性和复杂性。但只要各地严格落实好各项防控措施，疫情在两到三个潜伏期内能够基本得到控制。 专家的回复，让我们信心倍增。当前，全国正一同战“疫”，防控工作仍不可松懈，高德红外售后服务人员从上周就已经开始进行全国售后巡检工作，以保证测温设备稳定运行，精准测温，助力重点公众场所严格落实测温疫控措施。 接种疫苗，戴口罩，勤洗手，少聚集，我们慎终如始做好个人防护，相信胜利终将到来！ *本文图片来源于人民日报、中国铁路公众号

“只要被测目标在红外镜头探测范围内经过，仪器就能立即检获人体热图像和实际体温，操作人员同时获得准确数据 且一旦捕捉到发热病人，仪器立即自动报警。”近日，华中科技大学产业集团武汉华中数控股份有限公司工作人员正加紧向各地发运由该公司研发的HY-2005B系列红外人体表面温度快速筛检仪。 　　据介绍，新的甲型H1N1流感患者主要表现为发烧和四肢疼痛等症状。HY-2005B主要功能就是可从人群中快速筛检出可疑发热病人。目前，已有200余台HY-2005B系列红外人体表面温度快速筛检仪在我国各地的海关、机场和口岸安装并投入使用。 　　在全国第二大口岸——珠海拱北口岸，12台该系列的红外体温监测仪已安装在出入境门厅，监测仪显示屏上正不断快速显示着每位过往旅客的体温。据了解，该口岸每天有25万人次的出入境旅客，12台监测仪不仅覆盖了进入监测范围内所有人群，而且将测温精度控制在0.5℃以内。 　　“现在，我们已经不用要求过往旅客暂停下来，由工作人员手持点温枪对其进行一对一监测了。”珠海市出入境检验检疫局九洲办事处负责人告诉记者，使用该监测仪，既克服了传统手持式点温枪监测效率低的弊端，也减少了工作人员被传染的可能性。 　　除了提高监测效率，该仪器还可有效避免外界因素干扰。据介绍，监测仪的温度范围统一设定在37.5℃～42℃之间，低于或者超过这个范围的温度值都不会引起警报。如果恰巧有旅客身上的物品温度在这个区间内，显示器上会精确地显示出高温物的具体位置，操作人员就能判断出引起报警的温度来自人体体表还是携带物。 　　据了解，早在2003年非典期间，HY-2005B系列仪器就已开始投入使用。近年来，武汉华中数控股份有限公司不断加大研发力度，使该系列仪器技术和功能日趋成熟，如新增加了人脸识别功能，具有误报率更低、精确度更高等特点。2008年，公司还成为国家检验检疫局唯一指定的协议供应商。截至5月2日，公司向疫情严重地区加拿大空运了13台该仪器，与新加坡、中国香港和澳门地方卫生部门展开了合作。

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

还记得盗贼电影里出现的红外线吗？这简直是所有盗贼片的经典片段。仿佛电影中没有穿过红外线的盗贼，就不是好电影， 那么一直有个疑问，红外线传感器能否区分检测环境下的人和动物？红外传感器原理：所有温度高于0k的物体都无时无刻不在向周围发射红外能量。由于各种物体吸收与含有的热能量不同，向外辐射的热红外能量自然不同。利用红外探测器，能将被测目标的红外辐射能转换成电信号，经过放大、转换等一系列处理，最终准确测定出物体的温度。人体有恒定的体温，会发出特定波长在10μm左右的红外线，红外探测器正是利用红外线反射的原理。探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。这种探测器是以探测人体辐射为目标的。这样的称之为被动红外探测器， 动物也有热量会发射红外线，所以常规的吸顶式人体红外探测器是没办法区分人和动物的。技术的不断突破，也推动着红外传感器的市场应用进一步扩大。现在市面上也有一些防小宠物的红外报警器，被动红外探测器发展到今天，在技术上已经比较成熟，防小宠物是被动红外探测器的复一种重要的功能，每个生产厂家对抗小宠物干扰的处理方式是不一样的，但不外乎有两种方式:一种是物理方式，即通过菲涅尔透镜的分割方式的改变来降低由于小宠物引起误报的概率，这种方式是表面的，效果也是有限的。第二种方式是采用对探测信号处理分析方式主要是对探测的信号进行数据采集，然后分析其中的信号周期，幅度，极性 .这些因素具体反应出移动物体的速制度、热释红外能量的大小，以及单位时间内的位移。探测器中的微处理器将采集的数据进行分析比较，由此判断移动物体可能是人还是小动物 。由此看来，我们要注意的是被动红外探测器的防小宠物百的功能是相对的。这种相对性包括两个方面，一个是防宠物是相对的，相对于没有防宠物功能的探测器其误报率是大大降低了，它对小宠物的数量和大小有一定限度的。第二方面是安装位置是要有一定要求度的，并不是随意的安装就可以达到防小宠物功能。随着技术的不断研发，目前，红外探测传感器正朝着探测率更高，响应波长更大，响应时间更短，抗干扰性能更高，生产成本更低的方向发展。建大仁科RS-HW-N01型吸顶式人体红外传感器小巧玲珑，内部配置人体双元热释红外传感器和少量外接元器件，采用吸顶式安装，安装高度在2.5~6m之间，安装高度在3.6m时，能都形成直径6m的探测范围，将其用在机房环境监测系统中能够对机房环境实现360度的全方位探测，是一款稳定性较高的被动红外传感器。吸顶式人体红外传感器设备内部使用8-bit 低功耗CMOS处理器，采用先进的信号分析处理技术，配备较高性能的传感信号处理集成电路，具有超高的探测和防误报性能；具有抗RFI干扰（20~1000MHZ，如移动通信）的功能；设备具有自动温度补偿功能，在温度-10℃~50℃之间，相对湿度≤95%的环境内工作，不会出现凝露现象。使用者将人体红外探测器安装在机房出入口处，当有人非法闯入红外探测区域时，探测器会自动对他进行探测，若发现他在区域内活动，会立刻启动安全报警功能：设备上的LED指示灯变亮，并把告警信息通过环境监控主机上传至机房环境监测系统，系统也会在给管理人员发送有人非法入侵告警信息。吸顶式人体红外传感器的测量范围如下图：人体红外传感器起到智能安防的作用。为方便用户使用，还具有报警延时和延时报警的功能，在具体使用中用户可根据情况，将报警持续时间调整为30s、10s或5s；延时报警则通过管理软件进行设置修改。安装人体红外传感器不仅仅是为了防贼，更重要的是保障人身安全。侵入者的非法反侦测技术手段的提高，普通的门禁不能完全阻止他们，而吸顶式红外探测器性能稳定，具有超高的探测和防误报性能，安装后也不易被人发现，被广泛应用于楼盘别墅、厂房、仓库、商场、写字楼等场所，进行安全防范。

新型感应器有望解决人体内重金属水平的快速检测 　　由于人类处在食物链的高端，人体内的重金属含量积累相对其他动物较高。对此，美国辛辛那提大学(University of Cincinnati)的研究人员们研发了第一款可以快速检测人体内重金属锰含量的实验室芯片(lab-on-a-chip)感应器。 　　首个实验室芯片感应器，能够提供人体内重金属水平的快速检测，将在明年进行首次实地试验。来源：美国辛辛那提大学 　　这款感应芯片能够对人体内出现的重金属——尤其是锰——以及其含量做出迅速反馈，该芯片造价低廉，属于一次性弃用的环境友好型产品。研究人员们计划在2012年对该仪器展开首次测试，旨在研究重金属对于健康的潜在影响，他们期望这款产品能够大规模运用于临床测试和研究中，例如针对儿童的营养测试等。 　　这款感应器使用的技术称为阳极溶出伏安法(anodic stripping voltammetry)，它将工作电极、参比电极和辅助电极合并为一体。研究人员们开发出一款铋制作的薄膜取代传统水银电极或者碳电极，避免了水解作用给感应器捕获负电金属造成的限制。 　　开发人员之一、辛辛那提大学的电子计算工程副教授伊恩帕博斯基(Ian Papautsky)介绍说，传统的血液重金属锰含量的测试需要5毫升的血样，而这款芯片只需1、2滴就足够，对儿童检验来说是个优势。另外，芯片的电极采用铋取代了传统的水银，降低了环境危害性。最重要的是，传统的重金属测试的结果往往需要等上48小时，而在某些偏远的高危地区，想要迅速检测人体内的重金属含量相当不易，这款轻便的检测芯片则便利的多——不仅便携、随处可用，测试过程只需10分钟，相当快捷。 　　因此，研究人员们十分看好这款芯片在即时医疗(point-of-care)方面的应用潜力。随着进一步的研发，这款芯片甚至有望转化用作自检机制。例如帮助糖尿病人进行血糖监控等。

据最新一期《化学科学》杂志报道，加拿大研究人员开发出一种可更准确测量pH值的微型传感器，或有助更好地理解和诊断包括癌症在内的一系列疾病。 多伦多大学士嘉堡分校化学系助理教授张晓安称，在活生物系统中实时检测pH值，对于探测和理解pH值失衡导致的相关疾病至关重要。如低pH值与囊性纤维化、局部缺血以及癌症的病理状况密切相关。pH值信号可用于诊断疾病及监测治疗效果，了解人体组织内的pH值在何时何地发生显著变化是非常重要的。因此，迫切需要找到一种可进行深入、精确的探查，同时又确保不入侵组织的新方法。 张晓安团队使用核磁共振光谱技术开发的微型传感器，可以非侵入方式在原子水平对分子进行非常详细的观察。研究人员将大肠杆菌细胞作为实验对象，完成了对卵母细胞（鱼卵细胞）的传感器测试。 pH值是对质子（附着于其他分子的微小带电粒子）活性的测定。质子活性很难在组织中测量，因为质子移动迅速，难以用常规核磁共振的时间尺度来捕获分子位置。利用核磁共振测量pH值的主要挑战在于，在不同的质子化状态（附着或不附着）对分子进行精细成像。既有核磁共振技术无法对不同质子态的实时测量提供足够的精度。 张晓安团队研发的传感器，则通过一种缓慢的质子交换机制，提供了独特的解决方案。该探测器可减缓质子运动，并观察不同状态下的质子，从而使测量变得更为灵敏和精确。该传感器虽为医疗成像设计，但亦可扩展到环境科学、生物学乃至食品生产和质量控制等其他应用领域。

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

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。

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

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

p style=" text-indent: 2em " 目前，传感器产业已被国内外公认为具有发展前途的高技术产业，它以技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。我们国家工业现代化进程和电子信息产业20%以上速度高速增长，带动传感器市场快速上升。 /p p style=" text-indent: 2em " 企查查数据显示，目前我国共有传感器相关企业4.9万家，广东省以超过9700家的企业数量排名首位，江苏、浙江分列二三名。2019年，相关企业新注册超过7600家，同比增长17.22%，今年上半年新增企业数量为2369家。此外，全行业68%的企业注册资本低于500万。 /p p style=" text-indent: 2em " 接近传感器(也称为检测器)是电子设备，用于通过非接触方式检测附近物体的存在。因此，它们可以被用于多个行业，包括机器人技术，制造，半导体等。据工作原理，接近传感器可以分为：电感式接近传感器、电容式接近传感器、磁感应传感器等。 /p p style=" text-indent: 2em " br/ & nbsp & nbsp & nbsp 其实在智能化场景中常用的两种接近传感器是电感式接近传感器和电容式接近传感器。电感式接近传感器只能检测金属目标。这是因为传感器利用电磁场，当金属靶进入电磁场时，金属的电感特性改变了场的特性，从而警告接近传感器存在金属靶，根据金属的感应方式，可以在更大或更短的距离处检测目标。 br/ & nbsp br/ 　　电感式接近传感器也叫涡流式传感器，由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。电感式接近传感器是核心是振荡器和放大器，用于检测金属材质的物体。但是不同的金属的衰减，标准的检测物体是铁，但是不锈钢、铝合金、铝、铜等等都会有不同的衰减程度。由此可见，这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。 br/ & nbsp br/ 　　电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测转物理量或机械量换成为电容量变化的一种转换装置，实际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器结构简单，易于制造和保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力，高冲击，过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。 br/ & nbsp br/ 　　由于电容式传感器带电极板间的静电引力很小，所需输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力高，能感应0.01μm甚至更小的位移。 br/ & nbsp br/ 　　据统计数据显示，2019年中国传感器市场规模达2188.8亿元，预计到2021年市场规模将达到2951.8亿元，行业将保持17.6%的快速增长速度。值得注意的是，随着物联网技术的发展，对传统传感技术又提出了新的要求，产品正逐渐向微机电系统(MEMS)技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。 br/ & nbsp br/ 　　传感器作为智能制造的重要设备，电子产品的发展已经进入到数字化时代，传感器的需求越来越广泛。如何在传感器领域实现突破？业内人士纷纷表示，原材料、技术、工艺等方面均存在“突破口”。 br/ & nbsp br/ 　　接下来，国内传感器企业需要从自身出发，加大科技创新投入力度，继续优化技术和工艺细节，实现这些领域与进口产品对比的突破。与此同时，发挥在国内市场应用、服务、渠道、价格、产业生态系统等领域的固有优势，实现整体实力提升，积极推进市场化应用。 br/ & nbsp br/ 　　在政策鼓励、资金扶持、技术进步等多种利好因素的作用下，相信国内传感器产业发展将取得更多成果，并造福于产业升级和社会民生。 br/ br/ /p

使用超声波探头为人体植入电子设备无线充电的示意图图片来源：韩国科学技术研究院　　科技日报北京4月19日电 （记者张梦然）随着人口老龄化和医疗技术的进步，使用人工心脏起搏器和除颤器等植入式电子设备的患者数量在全球范围内不断增加。韩国科学技术研究院（KIST）宣布，由电子材料研究中心宋宪哲博士领导的研究团队开发了一种可应用于人体植入物的超声波无线能量传输充电技术，该技术也可为监测海底电缆状况的传感器等水下仪器的电池充电。相关研究近日发表在《能源和环境科学》杂志上。　　电磁感应和磁共振可用于无线能量传输。电磁感应目前用于智能手机和无线耳机。但其使用的限制是电磁波不能穿过水或金属，导致充电距离短。此外，由于充电过程中产生的热量是有害的，因此这种方法不能轻易地用于为植入式医疗装置充电。磁共振法要求磁场发生器和发射装置的共振频率完全相同，存在干扰其他无线通信频率（如Wi-Fi和蓝牙）的风险。　　KIST团队采用超声波而不是电磁波或磁场作为能量传输介质。使用超声波的声呐通常用于水下环境，在器官或胎儿状况诊断等各种医疗应用中，超声波在人体中的安全性已得到验证。然而，现有的声能传输方法由于声能传输效率低，不易实现商业化。　　研究小组开发了一种模型，该模型使用摩擦电原理接收超声波并将其转换为电能，该原理可有效地将微小的机械振动转换为电能。通过在摩擦发电机中添加铁电材料，超声波能量传递效率从不到1%显著提高到4%以上。其可在6厘米的距离处充电超过8毫瓦的功率，这足以同时操作200个LED或在水下传输蓝牙传感器数据。新开发的装置具有较高的能量转换效率并产生少量热量。　　宋博士说：“这项研究表明，电子设备可通过超声波以无线充电方式来驱动。如果未来设备的稳定性和效率进一步提高，这项技术可应用于为植入式传感器或深海传感器无线供电。”

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

中国微米纳米技术学会第二十五届学术年会暨第十四届国际会议（简称CSMNT2023），于2023年10月21-23日在深圳市圆满收官。重庆摩方精密科技股份有限公司（以下简称：摩方精密）携多款样件及终端应用参展，重点展示了在生物医疗、精密电子、科研及创新领域应用的超高精密打印技术，为精密制造行业带来系列定制化解决方案。在本次大会中，摩方精密产品应用工程师卢敏分享了《PμSL 微尺度3D打印技术及其在传感应用的进展》，其中详细介绍了两项极具创新性的传感应用研究。电化学生物传感芯片（检测肌氨酸）来自哈工大、华大基因、华东理工大学、斯威本科技大学等团队共研的《集成微柱阵列电极和声微流技术的新型微流控生物传感平台的研究》，阐述了一种创新型微流体电化学生物传感平台的构建。该平台通过在微柱阵列电极（μAE）上涂覆3D双金属 Pt-Pd 纳米树，实现了电化学传感灵敏度的提升。同时，该装置采用了基于气泡的声微流技术，增加了分析物分子与电极表面的接触，进一步优化了电化学性能。图1：PμSL打印微柱阵列模具+PDMS二次翻模制备微柱阵列电极、PμSL打印截断圆锥阵列模具+PDMS翻模制备截断圆锥空腔阵列微柱阵列电极的制造过程主要依赖于面投影微立体光刻（PμSL）技术和PDMS翻模技术，该团队利用摩方精密nanoArch® P140将光敏树脂打印在载玻片上，这样就形成了微柱阵列的阳模，然后以PDMS 翻模的阴模作为模板，采用二次翻模制造出 PDMS 微柱阵列，选用镀金微柱阵列作为电极层的工作电极，其中微柱阵列最小特征尺寸可达50μm。图2：微柱阵列面投影微立体光刻（PμSL）技术结合PDMS翻模技术可制备微流控电化学生物传感芯片，所制得的传感芯片线性范围宽， 灵敏度高，可广泛用于蛋白质分析及病毒检测中。图3：过氧化氢检测图4：肌氨酸检测原文：Biosensors and Bioelectronics. 223, 114703 (2023)仿生自供电传感器（易便携）来自湖南大学、阿卜杜拉国王科技大学的团队协作研发了一种便携式3D打印仿生传感装置，其光电响应能力得到了显著增强，可实现双酚 A (BPA) 的灵敏检测。该装置利用高反应性的双电极系统，在光辐射的作用下产生电输出，提供传感信号，解决了依赖外部电源的问题。图5：蕨类植物N/Ov/BiVO4光阳极的原位合成步骤图6：N/Ov/BiVO4光阳极表面修饰的bpa特异性适配体示意图这种独特的蕨类仿生结构提升了传感系统的传质效率，并为传感器提供了丰富的适体结合位点，实现了信号的放大。该团队将检测系统集成到了基于微纳 3D 打印技术的微模型中，利用摩方精密microArch® S240打印出微流道模型（宽约2.5mm），其内含多个孔道 ，可与电极集成生成小型易便携的传感器。图7：拟设计的三维传感装置的模型图面投影微立体光刻（PμSL）技术可高精度定制微流道模型 ，有助于制备自供电传感器 ，实现对双酚A（致癌致畸） 的特异性检测。图8：传感器性能表征—双酚A检测原文：Biosens Bioelectron. 220, 114817(2023)展会现场，摩方精密展出了系列自主研发的多领域应用样件，吸引众多来自生物医疗、学术科研、创新领域等业界专家学者前来参观，其中包括深圳市微米纳米技术学会会长、北京大学教授金玉丰，香港大学教授陆洋和武汉大学工业科学研究院执行院长刘胜等。摩方精密会继续秉持着深入钻研的精神，持续在微纳 3D 打印技术领域深耕，以技术和终端应用为突破口，为客户带来更多创新性的产品和解决方案，引领行业的新篇章。

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

汗液中包含了很多人体健康信息，利用可穿戴式汗液传感器可以从中收集各种生理数据用于监测人体健康。金属有机框架(MOFs)作为传感器一种新型的电子活性材料，将MOFs直接集成到柔性电子装置中用于可穿戴汗液传感仍然具有挑战性。 　　近期，中国科学院福建物质结构研究所联合南洋理工大学的科研团队实现了将MOFs直接集成到柔性电子装置中用于可穿戴汗液传感的研究。研究成果发表在《Advanced Materials》期刊，论文的标题为“Wet-adhesive On-skin Sensors Based on Metal-Organic Frameworks for Wireless Monitoring Metabolite in Sweat”。 　　该研究通过将cMOF Ni3HHTP2-层状薄膜电极集成到柔韧透气的纳米纤维素基底上，提出一种湿粘式表皮汗液传感器。该传感器可以自适应地粘附在人体皮肤上，利用固有的导电性、高度多孔的结构和活跃的催化特性，选择性地准确检测汗液中的维生素C和尿酸等代谢物。该研究证明，Ni3HHTP2传感器的检测结果与高效液相色谱法(HPLC)的检测结果相同，在实际应用中具有可靠性。同时，该研究提出了一种无线表皮营养跟踪系统，用于监测日常活动过程中汗液中维生素C的动态变化，对于常规监测人体营养状况，避免营养不良的不良反应具有重要意义。 　　这项研究为将多功能MOFs集成到柔性电子器件中，实现高性能无创生物传感应用提供了新思路，有助于基于多功能MOFs的柔性电子装置在个性化医疗监测方面的发展。

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。

p 　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作，成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器，实现对重金属离子的超灵敏检测。 br/ /p p 　　倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件，大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层，在特定的波长形成一系列离散的谐振峰，光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此，倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料，具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点，以及从可见到红外广阔的光谱响应范围，在光学检测方面展现出巨大的应用前景。 br/ 　　该研究中，研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合，揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用，借助于倾斜光栅这种独特的光学结构，构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术，将黑磷纳米片高效地附着在光纤器件表面，不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性，该黑磷光纤传感器能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子，具有超高的灵敏度、超低的检测限，以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发，将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台，从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。 br/ 　　相关研究成果发表于Sensors and Actuators B: Chemical。该研究得到了国家自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/4ba34206-8377-4380-a6fe-692cf085a316.jpg" title=" 1.jpg" style=" width: 600px height: 326px " width=" 600" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 326" border=" 0" / /p p strong 图.a)：黑磷倾斜光纤光栅器件及其光学调制示意图，b)：重金属离子检测的实验步骤，c)：不同重金属离子浓度下TM模式共振的光谱图，d)：不同重金属离子浓度下光谱的共振强度图。 /strong /p

在农业领域，随着全球气候变化的加剧，温室气体的控制与管理已成为实现绿色农业、促进可持续发展的重要一环。其中，二氧化碳作为温室效应的主要气体之一，其浓度的准确测量与控制对于提高农作物产量、优化农业生态环境具有重要意义。英国Alphasense公司研发的红外二氧化碳传感器，凭借其高准确度、高灵敏度的特点，在农业温室气体控制中扮演着不可或缺的角色。一、准确测量，科学指导在农业温室中，二氧化碳是植物光合作用的重要原料。其浓度的适宜与否直接关系到农作物的生长速度和产量。英国Alphasense红外二氧化碳传感器能够实时、准确地监测温室内的二氧化碳浓度，为农民提供科学的数据支持。通过传感器的数据反馈，农民可以及时了解温室内的环境状况，并根据作物的生长需求进行准确调控，如适时补充二氧化碳、调整通风系统等，从而优化农作物的生长环境，提高产量和品质。二、智能控制，节能减排除了准确测量外，英国Alphasense红外二氧化碳传感器还能与智能控制系统相结合，实现温室环境的自动化管理。通过设定合理的二氧化碳浓度阈值，传感器可以自动触发相应的控制指令，如开启通风设备、启动二氧化碳补充装置等，以维持温室内的最佳生长环境。这种智能化的管理方式不仅提高了农业生产的效率，还实现了节能减排的目标，减少了温室气体的排放，促进了农业的绿色可持续发展。三、数据驱动，优化决策随着大数据和物联网技术的发展，英国Alphasense红外二氧化碳传感器所采集的数据还可以被整合到农业大数据平台中，进行深度分析和挖掘。通过对历史数据的比对和分析，农民可以更加准确地预测农作物的生长趋势和产量变化，从而制定出更加科学合理的种植计划和管理策略。同时，这些数据还可以为农业科研提供有力支持，推动农业技术的不断创新和发展。四、绿色先行，带领未来在绿色农业的发展道路上，英国Alphasense红外二氧化碳传感器以其准确测量、智能控制的优势，为农业温室气体的控制与管理提供了有力保障。它的广泛应用不仅提高了农业生产的效率和品质，还促进了农业生态环境的改善和可持续发展。未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，相信英国Alphasense红外二氧化碳传感器将在农业领域发挥更加重要的作用，带领绿色农业走向更加美好的未来。

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

产品名称：微流红外气体传感器产品型号：Gasboard-2105采用自主知识产权及国际PCT专利(PCT/CN2018100767)微 流红外隔半气室传感器技术测量CO、NO、SO2、CO2 、CH4， 气室由被测气室和参考气室组成；传感器对被测气体具有较 好的选择性，可进行高精度、高稳定性气体浓度测量，适用 于非常恶劣的工业环境。 　　 配备水分补偿调节装置，消除水汽干扰 自动温度、压力补偿 传感器模块化设计，结构紧凑 适用于长时间在线监测，寿命长 气室采用恒温加热技术，降低温度对测量精度的影响基本参数量程CO: 0~500~1000~2000~5000ppmCO2: 0~500~5000ppmSO2: 0~200~5000ppmNO: 0~200~5000ppmCH4: 0~500~5000ppm注: 量程可定制线性误差±2%FS重复性±2%FS零点/量程漂移＜2.5%FS/7d低浓度烟气排放监测、船舶废气排放监测、机动车尾气排放检测、燃烧装置锅炉气体浓度测量、生物沼气发酵气体监测、工业过程气体监测、气体分析仪/系统集创新点：1、同时测量CO、CO2、NO、SO2、CH4 2、配备水分补偿调节装置，消除水汽干扰 3、自动温度、压力补偿« 4、传感器模块化设计，结构紧凑 5、适用于长时间在线监测，寿命长 6、气室采用恒温加热技术，降低温度对测量精度的影响 锐意自控微流红外气体传感器Gasboard-2105

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

汗液中包含了很多人体健康信息，利用可穿戴式汗液传感器可以从中收集各种生理数据用于监测人体健康。金属有机框架(MOFs)作为传感器一种新型的电子活性材料，将MOFs直接集成到柔性电子装置中用于可穿戴汗液传感仍然具有挑战性。近期，中国科学院福建物质结构研究所联合南洋理工大学的科研团队实现了将MOFs直接集成到柔性电子装置中用于可穿戴汗液传感的研究。研究成果发表在《Advanced Materials》期刊，论文的标题为“Wet-adhesive On-skin Sensors Based on Metal-Organic Frameworks for Wireless Monitoring Metabolite in Sweat”。该研究通过将cMOF Ni3HHTP2-层状薄膜电极集成到柔韧透气的纳米纤维素基底上，提出一种湿粘式表皮汗液传感器。该传感器可以自适应地粘附在人体皮肤上，利用固有的导电性、高度多孔的结构和活跃的催化特性，选择性地准确检测汗液中的维生素C和尿酸等代谢物。该研究证明，Ni3HHTP2传感器的检测结果与高效液相色谱法(HPLC)的检测结果相同，在实际应用中具有可靠性。同时，该研究提出了一种无线表皮营养跟踪系统，用于监测日常活动过程中汗液中维生素C的动态变化，对于常规监测人体营养状况，避免营养不良的不良反应具有重要意义。这项研究为将多功能MOFs集成到柔性电子器件中，实现高性能无创生物传感应用提供了新思路，有助于基于多功能MOFs的柔性电子装置在个性化医疗监测方面的发展。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202201768注：此研究成果摘自《Advanced Materials》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

随着人们生活品质的不断提高，大家都开始关心自己的健康问题，于是便有越来越多的人热衷于健身及运动。为了让自己运动得更“专业”，除了高价聘用私教之外，功能各异的高科技智能服饰也逐渐获得人们青睐。无可否认，这是一个“拼技术”的年代，科技的日新月异能够令智能产品的功能变得更完善及专业。此外，高科技除了会改变人们原有的生活和运动模式之外，是否存在一定“弊端”，也是人们所顾及的方面之一。　　智能服饰　　让运动事半功倍　　现有许多可穿戴设备都能做到在运动时收集相关数据，此外还能不断地根据你锻炼的类型和强度，调整对肌肉的刺激力度，模拟大脑给出的信号以锻炼肌肉。为了用更短的时间达到更好的健身效果，研究者们脑洞大开，纷纷依据各种不同科学原理设计出“高智商”的运动服饰。　　比如最近由德国研制的“高效”智能运动服，特别之处在于内置电极，据称可以通过刺激肌肉以增强锻炼效果——只要穿上这款运动服，20分钟的锻炼效果就可媲美穿平常的运动服锻炼3小时。缩短运动时间却能达到更好的健身效果，对于懒虫而言无疑是福音。除了能够“刺激肌肉”，智能运动服还能“追踪肌肉”。由加拿大所研制的智能运动服，内置EMG运动传感器，能够感应和追踪到肌肉纤维内部的活动，并通过应用程序告诉用户各个部分肌肉的运动状态。另一方面，可提供教练般的反馈，是智能服饰存在的意义之一。近日印度研制的一款智能运动服，由压缩上衣和裤子组成。研究人员将119轴加速度计、心率传感器和温度传感器全部连接至一个动力组件，并嵌入至运动服内。贴心的是，应用程序会为用户提供专业的及时反馈，这意味着如果运动者的生物动力学、形式或姿势不正确，它会在第一时间发出通知，这点非常适合瑜伽爱好者的需求。除此之外，这款智能运动服还能在训练过程中帮助你保持最佳的心脏速率，或者在身体处于过热危险时提醒你停下来休息，十足“教练”般认真负责。　　无论是可以检测各种体能数据的智能T恤衫、能够精确测算步数的智能袜子，还是能够检测到潜在危及生命情形（比如缺氧）的智能头部装备，不难发现，大多智能服饰都配置了可以捕捉身体动作的传感器——能够及时提供反馈，告诉你如何才能运动得更加专业。智能服饰设计者的目标，就是为了让你不需要进入虚拟世界，也可以像你最爱的运动员那样运动。　　健康咨询：　　不盲目膜拜 “适度使用”是关键　　科技发展对于人类而言，好处是显而易见的，然而存在的健康隐患却不容易被发现。比如说，高科技的智能穿戴设备，大多会利用传感器技术在运动时收集相关数据，因此会涉及数据的传送和接收。科技在为人类服务的同时，是否发过来也存在一定“危害”？　　中山大学孙逸仙纪念医院神经科主任医师刘军教授告诉记者，脑电图主要利用仪器检测脑部自发的生物电位，一般容易受到被检查者情绪、睡眠觉醒状态、外界磁场等干扰。如果超过一定限度的外界信号，会给人体甚至大脑产生一定影响，然而轻微的干扰（如正常使用手机等电子产品）不超过人体的承受范围，人体通过精密的自我调节应该不会受到不良影响。“自世界上第一部商业化手机于1973年面世以来，不过数十年时间，普及的时间则更短，对于人体健康的影响如何，仍需更长时间的观察、随访研究。”他认为，科技的发展是一把双刃剑，既带来福利也带来弊端。而随着科技的发展，人们会努力让福利更大化，弊端最小化。对于如今的手机、WiFi等新技术带来的便利很多，我们既不能顶礼膜拜，也不能谈虎色变、杯弓蛇影，更理智的做法是适度使用，趋利避害。　　如今高科技产品日新月异，许多以前只出现在电影中的智能服装也成为现实。“人体是目前世界上最精密的‘仪器’，任何人工产品都无法与之媲美，通过传感器、智能服装自动调节人体的生物学功能，还为时尚早。”在黄翰教授看来，日常生活中已经充斥着手机、电脑、平板等电子产品，运动时如果能够返璞归真、亲近自然，才能充分感受机体的美妙，尽情享受运动的乐趣。　　专家声音　　技术剖析：　　智能穿戴科技：　　由航天领域逐步渗入民用　　智能服装属于一种身体内外部信息的采集和反馈系统，同时具有感知和反应双重功能的服装。它不仅能感知身体外部环境或内部状态的变化，而且通过反馈机制，能实时地对这种变化作出反应，从而使服装变得有了智能的“感觉”。　　华南理工大学软件学院智能算法与智能软件实验室主任黄翰教授告诉记者，最初，“智能服饰”主要应用在航空、航天及国防军工等特殊领域，随着传感器、无线通讯网络和微型芯片等技术的进步，智能穿戴技术渗入民用，逐步演变为目前的“智能服饰”。就黄翰教授认为，智能服饰的目的在于为人们日常生活提供便利。“这些服装可以简化我们与数字世界的联接，又不影响正常的人际交流，智能服装可以让人更多地与外界沟通，而不是盯着手机屏幕。”他说。　　黄翰教授告诉记者，未来智能服饰的发展方向将由功能单一向多功能转换。随着电子技术的迅猛发展，智能服装逐渐趋于多功能化。“例如，同时具备生理数据采集、环境数据采集、卫星定位及交友娱乐等功能，并使用多样化的传感器和运行器件集成，提高精确度和稳定性，在不影响穿衣舒适度的前提下使其与服装融为一体。”他说，“其次要确保对人体无害，且具有抗辐射和防雷防电的功能。”而传感器和电子元件应的柔软性，以及面料本身的可水洗性，同样也成为智能服饰能否能够“飞入寻常百姓家”的关键。　　“传感器技术”还有待提升　　关于智能服饰，大家最熟悉的莫过于功能性相对比较成熟的“传感器技术”。面前市面上的可穿戴设备，大部分都不支持添置传感器。但模块化设计可穿戴设备是其发展的趋势。　　“运动装备是目前可穿戴设备产品比较集中的领域，智能手环通过加速度传感器估算用户走的步数，智能跑鞋中通常采用压力传感器采集用户双脚落地的压力数据，由此分析用户的跑步数据。”黄翰表示，“相对于传统传感器的工业应用，智能服饰更需要新型符合服饰舒适美观要求的传感器。”　　就目前而言，传感网络仍面临着通信能力有限、电源能量有限、计算能力有限等诸多挑战，传感器网络具有很强的动态性，因此必须具有可重构和自调整性。“因其感知数据采集环境复杂，数据实时性强、数据量大，我们需要研究稳定高效的数据流采集、管理、查询、分析和挖掘方法。”　　据介绍，传感器在智能穿戴设备中仅仅担任数据采集的角色，最终设备是否能准确输出我们关心的信息，这中间还涉及复杂的信号处理过程，由于可穿戴设备有限的计算能力，限制了许多前沿的人工智能技术应用，因此其准确性还有待提升。“例如，运动手环很可能将手的摆动误认为一定是走路或者跑步。”黄翰这样说道。

英国南安普顿大学和日本先进科学技术研究所的科学家研发了一种以石墨烯为原材料的传感器，能检测出室内空气污染且精度极高。这一研究近日发表在《科学进展》期刊上。新研发的传感器可以感应到来自建筑、家具用品的二氧化碳分子以及挥发性有机化合物(VOC)气体分子。近年来，由个人居住环境中的空气污染引起的健康问题与日俱增。　　这些有害化学气体的浓度水平一般在几十亿分之一(ppb)，用现有的环境传感技术难以检测到，因为这些传感器只能检测到浓度为百万分之一(ppb)的此类气体。　　该研究团队研发出的石墨烯传感器在通电后，可使单个的二氧化碳分子一个一个吸附到石墨烯材料上，并在分子水平上检测其浓度。其原理是：装置中的石墨烯材料采用单原子悬浮束式层状结构，石墨烯材料周边有弱电场分布。当单个二氧化碳分子或挥发性有机气体分子接触或离开石墨烯材料时，石墨烯的电阻率受影响发生改变，传感器能够检测到这种变化，由于能够检测到分子级的浓度变化，因此这种传感器拥有相当惊人的精度。在试验中，原型传感器可检测到一分钟内30ppb的二氧化碳浓度变化。而且传感器非常紧凑小巧，科学家相信其有望应用于制成便携廉价的空气污染监测装置。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 疫情期间红外传感器大放异彩，使得多家上市公司业绩成长超预期。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 日前，多家以红外传感器为主营业务的上市公司发布上半年业绩预告，受益于疫情期间下游需求大增业绩均实现大幅增长。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 森霸传感7月20日晚间披露业绩预告称，2020年上半年净利润预计为7,805.59万元至8,531.69万元，比上年同期增长115%至135%；7月14日，高德红外半年度业绩修正预告显示，预计净利润为4.78亿元-5.38亿元，同比增长220%-260%；6月15日晚，汉威科技发布半年度业绩预告，预计净利润1.13亿元-1.30亿元，同比增长30%-50%。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 当前热电堆红外传感器在公共卫生、安防监控、消费电子等领域的应用广泛，市场空间十分广阔。在此基础上，新型冠状病毒肺炎疫情的爆发为测温仪带来大量需求。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " “该需求并不是短暂脉冲式的，预计会延续到2021年。”东兴证券分析师刘奕司指出：“由于我国人口和城市众多，因此后续国内对于各类测温仪，特别是自动大型设备的需求会贯穿全年，甚至会到明年。另一方面，我国红外测温设备企业产品价格低廉，性能优越，在满足国内需求的同时，海外对于其产品的需求也不容忽视。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 中商产业研究院编制的《中国红外传感器行业市场前景及投资研究报告》显示，手持红外测温仪市场需求超常释放，2020年产量预计达65万台。与此同时，全自动红外测温仪将在2020年达到6万台。 /p p style=" margin: 0px auto text-rendering: optimizelegibility padding: 0px max-width: 655px color: rgb(83, 83, 83) font-family: " microsoft=" " white-space:=" " background-color:=" " text-align:=" " text-indent:=" " line-height:=" " strong 激增的民用市场 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 全球传感器市场快速发展，热电堆红外传感器的市场需求迫切。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 从需求端来看，随着适用场景和应用范围的不断扩大，红外热像仪在民用市场的消费额保持着很快的增长速度。根据Maxtech international以及北京欧立信咨询中心数据预测，2020年全球传感器市场规模有望达到2580亿美元，其中民用红外市场规模达56.01亿美元，同比增长11.11%。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 同时，受疫情的影响，下游应用市场对热电堆红外传感器的需求十分迫切。据预测，到2023年全球民用红外市场规模将达74.65亿美元。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 从供给端来看，虽然民用红外热像仪的厂商众多，但是市场份额相对集中。根据 Yole 的统计，2019年中国内部仍然以森霸传感、高德红外等少数几个公司为主导，市占率超过全国总消费额的70%。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 根据西部证券分析师邢开允的测算，在假设手持式红外体温枪渗透率分别为30%、50%、70%的情况下，分别对应手持红外设备需求为2.6、4.3、6.0亿台。假设热电堆型传感器价格为每颗10元，对应市场空间分别为25.7、42.8、60.0 亿元。市场空间总体较大。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 值得注意的是，相比疫情暴发前的行业正常需求，疫情的暴发致使额温枪及耳温仪客户端的订单需求暴涨，带动红外温度传感器供应紧张。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 彼时，2月中下旬，额温枪曾一枪难求，从100元/支的价格炒到了500~600元/支。武汉某红外仪公司一位职员告诉21世纪经济报道记者：“订单数量曾涨到红外传感器厂商从未预期过的数量。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 以杭州晶华微电子有限公司为例，其在疫情期间红外测温传感器订单量就翻了十几倍。晶华微总经理罗伟绍博士介绍道：“目前红外测温芯片市场需求巨大，晶华微收到的客户订单数量日益攀升，年初开始发货给客户，不到两个月就已完成去年全年的销售任务。” /p p style=" margin: 0px auto text-rendering: optimizelegibility padding: 0px max-width: 655px color: rgb(83, 83, 83) font-family: " microsoft=" " white-space:=" " background-color:=" " text-align:=" " text-indent:=" " line-height:=" " strong 新产品竞逐 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 随着下游物联网产业的快速发展，我国传感器技术取得了长足进步，与发达国家的差距正在缩小。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 据高德红外7月21日发布的公告，全资子公司武汉高德微机电与传感工业技术研究院有限公司将投资设立孙公司武汉卓芯科技有限公司，旨在依托现有的红外核心芯片等相关方面的技术创新构建面向人工智能、自动驾驶、智慧安全支付等领域的微机电系统应用制造平台，实现微机电系统产业集群。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 对此，武汉高德智感科技有限公司副总经理王鹏公开表示：“国内的需求逐步转向常规化，都不是那种紧急的需求了，所以说就把以前放了两个月的常规的产品线，都转入了正式开发阶段。同时也加快了新产品的研究，主要从核心底层芯片的开发，以及算法、图像处理、电器的可靠性等方面来做，都有了很大的提升。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 而汉威科技在疫情后则以传感器为核心，形成了“传感器+监测终端+数据采集+空间信息技术+云应用”的物联网解决方案，公司也表示红外热电堆传感器正在积极向消费电子类产品进行研发布局。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 汉威科技董秘办表示：“目前热电堆产品市场价格相较高峰期有所回落，但仍然保持了一定的订单量水平，由于疫情未来还存在一定不确定性，目前预测公司全年销量订单方面言之尚早。公司的其他业务板块，如智慧城市、工业安防、智慧环保等业务随着国内复工复产的推进，也都在持续加快项目落地和市场拓展，现已恢复原有经营水平，订单情况保持良好，对下半年的经营充满信心。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 但传感器行业本身技术壁垒高、投资大、周期长、产业链复杂。这也就是说，生产一颗传感器需要从研发、设计、制造、封装、测试、软件、芯片到最后的系统应用，每一道工艺都彰显了高科技，也意味着高难度。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 在未来5年，随着红外仪市场需求的快速增长，可以预期包括森霸传感、高德红外在内的红外传感器供应商将不断增加产能。但总体而言，由于红外仪的研制与生产的技术难度较大，新产品的研制周期较长，其它行业的资本难以进入该行业。因此，红外仪市场的供给不可能在短期内再次急速扩张，市场竞争更多的是体现在各个公司间新产品开发方面的竞争上。 /p p br/ /p

5月17日上午，武汉市科技局和武汉市财政局在我司会议室组织召开了武汉市科技型中小企业技术创新基金项目&ldquo 电调制非分光红外气体传感器&rdquo 验收会。 与会专家审阅了相关材料，听取了公司项目负责人所作的工作报告与技术报告，并进行了实地察看。经质询和讨论，与会专家一致认为该项目已按时完成项目合同的技术和经济指标，通过验收。 本项目产品是公司红外气体分析仪器的核心关键部件，在烟气、煤气、尾气、沼气分析领域得到广泛应用，相关产品获国家制造计量器具许可证9项、通过CE认证1项、防爆认证3项、煤安认证1项。项目实施期内累计实现销售收入7300余万元，并出口到45个国家。

氟利昂是一种化学物质，全称为氟氯碳化烃，化学式为CFC，也被称为Freon，它是一种无色、无味、无毒的气体。氟利昂具有稳定性高、不易燃、绝缘性好等特点，因此在制冷领域有着广泛的应用，主要是作为制冷剂。氟利昂制冷剂如发生泄漏，常温常压下均为气体，略有芳香味。但制冷机房相对环境密闭，而氟利昂特性，比空气质量重，会下沉到地面累积，氟利昂本身是无毒的，但当它与空气混合到一定浓度时，就会发生事故，造成窒息、死亡或严重伤害。人体吸入过多之后，会出现缺氧的状态，因此需要在制冷机房安装氟利昂传感器，检测氟利昂气体浓度。舒茨氟利昂传感器舒茨氟利昂传感器作为德国原装进口产品，以其卓越特点脱颖而出。具有准确度高、灵敏度高、可靠性高、易于使用等优点，它能够准确测量氟利昂浓度，适用于极低浓度的探测，且具有长时间的稳定运行能力。 主要特点 采用双波长技术的非色散红外(NDIR)气体传感器专为壁挂式检测器和室内空气监测设备的小浓度范围(2000 ppm范围)制冷泄漏检测而设计。其灵敏度和高精度也适用于食品储存设施、空调系统和科学研究领域。&bull 低漂移&bull 通过扩散进入气体&bull 3-6伏直流电源电压&bull LED状态指示&bull 可检测多种制冷剂应用场景舒茨氟利昂传感器可用于不同场景。制冷与空调系统监测：氟利昂传感器可以用于检测和监测制冷与空调设备中的氟利昂泄漏情况，确保系统的安全运行，减少对环境的损害。工业制造和化学工艺控制：一些工业及化学生产过程中需要使用氟利昂化合物。氟利昂传感器可以用于监测氟利昂的浓度，确保其在安全的范围内，并及时采取措施以防止泄漏。环境监测：氟利昂传感器可以应用于监测室内和室外环境中氟利昂的浓度，帮助评估环境污染程度和采取相应措施进行治理。温室气体排放控制：氟利昂是一种温室气体，对全球变暖有重要影响。氟利昂传感器可以应用于监测和测量氟利昂的排放量，帮助发现潜在的排放问题，并采取措施减少温室气体排放。 具体参数 测量原理非色散红外（NDIR），双波长测量范围0...1000 ppm全刻度响应时间约30秒数字分辨率1ppm重复性≤±20ppm线性误差（直线偏差)≤±30ppm长期稳定性（零）12个月内≤±50ppm长期稳定性（跨度）12个月内≤±60ppm工作温度－20...＋40℃舒茨氟利昂传感器为德国原装进口产品，采用非色散红外原理原理，实现对氟利昂气体浓度的检测。此外，配备特定的传感器芯片，如集成化芯片和微控制器等，以提供高灵敏度、高选择性、快速响应和低功耗等优点。这种结构优势使氟利昂传感器能够有效监测氟利昂气体，实现快速、准确的气体浓度测量，并适用于各种应用场景，为环境保护和可持续发展做出贡献。

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

近日，来自中国科学院安徽光学精密机械研究所、先进激光技术安徽省实验室、中国科学技术大学、法国滨海大学大气物理化学实验室联合研究团队发表了《基于钕铁硼环形磁体阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》论文。Recently, the joint research team from Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences, Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, University of Science and Technology of China, Laboratoire de Physicochimie de l′ Atmosph`ere, Universit´ e du Littoral C&circ ote d′ Opale, published an academic papers Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array.氮氧化物（NOx，包括二氧化氮（NO2）和一氧化氮（NO））是对流层臭氧的重要前体，同时也影响羟基和过氧基自由基的浓度。大多数气态化合物在被氧化和从空气中去除或转化成其他化学物质时，都会直接或间接接触到NOx。在典型的羟基自由基水平下，NOx的寿命取决于季节和光化学反应速率，通常为几小时。根据IPCC第六次评估报告，NOx的排放导致净正向变暖，因为它既形成短期臭氧（变暖），又破坏环境甲烷（冷却）。此外，NOx还导致酸沉降以及化学烟雾和气溶胶的形成。NO和NO2在大气光化学反应中起着核心作用，针对它们的检测有助于理解这两种气体的来源和去向，以及研究陆地生态系统与大气之间的NOx交换通量。Nitrogen oxides (NOx, the sum of nitrogen dioxide (NO2) and nitric oxide (NO)) are important precursors of tropospheric ozone, and they also influence the concentration of hydroxyl and peroxyl radicals. Most ofthe compounds that are oxidized and removed from the air or converted to other chemical species are in direct or indirect contact with NOx. At typical hydroxyl radical levels, the life time of NOx depends on the season and the photochemical reaction rate, which is typically a few hours. According to the IPCC sixth assessment report, the emissions of NOx result in net-positive warming from the formation of short-term ozone (warming) and the destruction of ambient methane (cooling). Additionally, NOx contributes to acid deposition and the formation of chemical smog and aerosols. Since NO and NO2 play a central role in atmospheric photochemical reactions, their simultaneous detection helps to understand the sources and sinks of these two gases, in addition to studying the NOx exchange fluxes between terrestrial ecosystems and the atmosphere.化学发光检测（NO + O3 → NO2 + O2 + hν）是测量NOx的传统方法。在通过化学发光反应（Mo + 3NO2 → MoO3 + 3NO）测量之前，NO2首先需要在高温（~325°C）下转化为NO。虽然这种方法被广泛使用，但其他氧化氮化合物，如过乙酰亚硝酸酯（PAN）和硝酸（HNO3），可能会在测量NOx浓度时引起交叉干扰。同时，这种方法不能区分NO和NO2。红外吸收法也可用于测量NO和NO2。在这种方法中，通常需要通过转化器将NO2还原为NO。由于NO和NO2是顺磁分子，法拉第旋转光谱（FRS）可以用作实现其高度敏感和选择性检测的潜在方法。FRS通过检测气态介质在纵向磁场中引起的光偏振状态的变化，实现对物种浓度的高灵敏度检测。该方法通过测量光学色散实现气体浓度的检测，因此其动态测量范围比基于比尔-兰伯定律的吸收光谱（动态范围上限≤10%）更大。FRS的另一个重要优势是它对于抗磁性分子（如水和二氧化碳）具有较强的抗干扰能力，从而使其具有高样品特异性。Chemiluminescence detection (NO+O3→NO2+O2+hν) is the conventional method for measuring NOx. NO2 first needs to be converted to NO at high temperature (~325 ◦ C) before it can be measured by chemiluminescence reaction (Mo+3NO2→MoO3+3NO). Although this method is more widely used, other oxidized nitrogen compounds, such as peroxyacetyl nitrate (PAN) and nitric acid (HNO3), can cause cross-interference in the measurement of NOx concentrations. Simultaneously, this method is non-selective in discriminating between NO and NO2. The infrared absorption method can also be used for NO and NO2 measurements. In this method, NO2 usually needs to be reduced to NO by the converter. As NO and NO2 are paramagnetic molecules, Faraday rotation spectroscopy (FRS) can be used as a potential method to achieve their highly sensitive and selective detection. FRS enables highly sensitive detection of species concentrations by detecting changes in the polarization state of light induced by a gaseous medium immersed in a longitudinal magnetic field. This method realizes the detection of gas concentration by measuring optical dispersion, so it has a higher dynamic measurement range than absorption spectroscopy (dynamic range upper limit ≤10%) based on Beer-Lambert law. Another significant advantage of FRS is that it is reasonably immune to diamagnetic species (e.g., water and carbon dioxide), which allows it to exhibit high sample specificity. 大多数这些报道的FRS传感器使用螺线管提供外部纵向磁场，从而导致能耗高和产生过多焦耳热。同时产生目标磁场所需的高电流交流电路会产生不受控制的电磁干扰（EMI），通常会降低FRS传感器的长期稳定性。此外，当前报道的FRS传感器只能在吸收池中进行单组分测量，不能满足复杂环境中同时进行多组分测量的需求。Most of these reported FRS sensors use solenoid coils to provide an external longitudinal magnetic field, which makes them suffer from high power consumption and excessive Joule heat generation. The high-current alternating current circuit required to generate the target magnetic field produces uncontrolled electromagnetic interference (EMI), which usually deteriorates the long-term stability of the FRS sensors. In addition, the currently reported FRS sensors are only capable of single-component measurements in the absorption cell and cannot meet the demand for simultaneous multi-component measurements in complex environments.在本研究中，提出了一种新型的低能耗FRS传感器，基于钕铁硼（NdFeB）环形磁体阵列，实现在单个吸收池中同时检测NO和NO2。分析了同轴双波长赫里奥特池（DWHC）的环形磁体阵列的磁场分布特性。使用两台室温连续波中红外量子级联激光器（QCL），波长分别为5.33 µ m（1875.81 cm&minus 1）和6.2 µ m（1613.25 cm&minus 1），同时探测DWHC内的磁光效应。通过对激光波长进行高频调制，有效抑制了1/f噪声。优化了双波长FRS NOx传感器的性能，包括调制幅度、调制频率、样品气压和分析器偏置角。本研究提出的FRS传感器为现场可部署的微量气体检测设备提供了理想解决方案。宁波海尔欣光电科技有限公司为此研究提供了HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞（MCT）光电探测器，用以分别检测2个激光束。In the present work, a novel low-power FRS sensor based on a neodymium-iron-boron (NdFeB) ring magnet array was proposed to achieve simultaneous detection of NO and NO2 in a single absorption cell. The magnetic field distribution characteristics of a ring magnet array coaxial to a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) were analyzed. Two room-temperature continuous wave mid-infrared quantum cascade lasers (QCL) with wavelengths of 5.33 µ m (1875.81 cm&minus 1) and 6.2 µ m (1613.25 cm&minus 1), respectively, were used simultaneously to probe magneto-optical effects within the DWHC. The 1/f noise was effectively suppressed by high-frequency modulation of the laser wavelength. The performance of the dual-wavelength FRS NOx sensor was optimized with respect to modulation amplitude, modulation frequency, sample gas pressure, and analyzer offset angle. The FRS sensor proposed in this work provides a preferable solution for field deployable trace gas detection equipment. The laser detected by two TEC-cooled mid-infrared thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K).(a) Schematic diagram of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor based on a NdFeB ring magnet array (b) Optical layout of the FRS NOx sensor.thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K),结论本研究开发了一种基于NdFeB环形磁铁阵列的双中红外波长FRS传感器，用于同时检测NO2和NO。在光学路径长度为23.7米，积分时间为100秒的条件下，NO2和NO的检测限分别为0.58 ppb和0.95 ppb。高频激光波长调制与外部静态磁场相结合，最大程度地减小了低频噪声对FRS信号的影响。基于有限元方法分析了使用的永磁体阵列的磁场分布特性，帮助确定与其耦合的吸收池长度。采用双波长赫里奥特池放大两种不同偏振光波长与氮氧化物分子之间的相互作用，从而实现了在单个吸收池内对两种顺磁分子的高灵敏度检测。本文提出的FRS NOx传感器在大气环境监测或生态系统NOx通量观测等领域，具有进一步发展成为便携式、可在实地使用的仪器的巨大潜力。Conclusion In this work, a dual mid-infrared wavelength FRS sensor based on a NdFeB ring magnet array was developed for the simultaneous detection of NO2 and NO. The detection limits for NO2 and NOwere 0.58 ppb and 0.95 ppb, respectively, at an optical path length of 23.7 m and an integration time of 100 s. High frequency laser wavelength modulation was combined with an external static magnetic field to minimize the effect of low frequency noise on the FRS signal. The magnetic field distribution characteristics of the used permanent magnet array were analyzed based on the finite element method, which helped to determine the length of the absorption cell coupled to it. A dual-wavelength Herriott cell was used to amplify the interaction between two different wavelengths of linearly polarized light and nitrogen oxide molecules, thus achieving highly sensitive detection of two paramagnetic molecules within a single absorption cell. The FRS NOx sensor presented in this work shows great potential for further development into a portable, field-deployable instrument with applications in atmospheric environmental monitoring or ecosystem NOx flux observation. (a) Schematic diagram of a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) with a NdFeB ring magnet array (b) Characteristics of the magnetic inductance line distribution around a NdFeB ring magnet array (c) Ray tracing results in a DWHC (d) Spot distribution on a concave mirror.Optimization of laser modulation frequency for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Optimization of laser modulation amplitude for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.(a), (b) Measured FRS NOx signal as a function of analyzer angle (c), (d) Calculated FRS NOx noise as a function of analyzer angle (e), (f) Calculated SNR as a function of analyzer angle.