傳感新品

【西北工業(yè)大學(xué)：計(jì)算機(jī)輔助的超穩(wěn)健軟體機(jī)器人應(yīng)變傳感器】

柔性應(yīng)變傳感器對實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)感知和自主巡航至關(guān)重要。然而，軟體機(jī)器人在復(fù)雜動(dòng)態(tài)的工作環(huán)境中的連續(xù)變形對應(yīng)變傳感器的按需制造和長期穩(wěn)健性帶來了挑戰(zhàn)。這需要精確的傳感器建模以及傳感器力-電耦合結(jié)構(gòu)的可控制造。

該論文介紹了一種計(jì)算機(jī)輔助的傳感器設(shè)計(jì)。研究人員采用環(huán)境穩(wěn)定的單壁碳納米管（SWNT）來制備應(yīng)變傳感器。通過激光輔助方法，精確制造傳感器的微納結(jié)構(gòu)紋理，顯示出高度可控的微裂紋生長行為和靈活可調(diào)的傳感器特性。通過輸入包括裂紋密度和微納褶皺特征在內(nèi)的傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立相應(yīng)的有限元分析（FEA）模型，模擬力-電雙物理場演變，高精度地預(yù)測了不同傳感器的傳感曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于可控的裂紋生長和微納褶皺特征，實(shí)現(xiàn)了傳感器的良好穩(wěn)健性。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了軟體機(jī)器人的自主感知和巡航系統(tǒng)。

研究背景和主要成果

軟體機(jī)器人具有靈活的身體變形和出色的運(yùn)動(dòng)敏捷性，為其在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的動(dòng)態(tài)任務(wù)提供了靈活、安全的交互。為了使軟體機(jī)器人能夠智能地和環(huán)境交互，需要在機(jī)器人身體結(jié)構(gòu)中集成柔性應(yīng)變傳感器。它可以實(shí)時(shí)感知各種環(huán)境刺激，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)和周圍環(huán)境的靈敏感知，為機(jī)器人自主巡航奠定基礎(chǔ)。然而，機(jī)器人的高自由度連續(xù)體變形和多模態(tài)運(yùn)動(dòng)對應(yīng)變傳感器的設(shè)計(jì)提出了巨大的挑戰(zhàn)。一方面，為了滿足具有不同運(yùn)動(dòng)行為或身體尺寸的軟體機(jī)器人的差異化感知需求，亟需實(shí)現(xiàn)傳感器性能的按需設(shè)計(jì)（靈敏度和線性工作窗口）。而這通常需要探索不同的設(shè)計(jì)原理和多次試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，耗時(shí)耗力，效率低下。另一種方法是開發(fā)傳感器建模工具，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)或物理模擬，根據(jù)器件組成和形態(tài)對傳感器特性進(jìn)行模擬和優(yōu)化。然而，這種方法面臨著傳統(tǒng)柔性應(yīng)變傳感器無法準(zhǔn)確預(yù)測其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變的挑戰(zhàn)。

另一方面，在當(dāng)前軟體機(jī)器人技術(shù)發(fā)展中，傳感器的穩(wěn)健性問題日益受到重視。當(dāng)前的柔性應(yīng)變傳感器的穩(wěn)定性測試往往局限于單調(diào)和重復(fù)的條件，無法復(fù)現(xiàn)軟體機(jī)器人的真實(shí)復(fù)雜的工作環(huán)境。在實(shí)際應(yīng)用中，軟體機(jī)器人需要在多變且嘈雜的環(huán)境中運(yùn)作，常面臨著外力干擾和意外變形。這要求軟體機(jī)器人的傳感系統(tǒng)即使在間歇性工作和變頻操作下也能保持穩(wěn)定。然而，大部分傳感器在動(dòng)態(tài)監(jiān)測中易受到材料或結(jié)構(gòu)破壞的影響，進(jìn)而導(dǎo)致信號失真和反饋能力下降。因此，開發(fā)能在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中保持高度魯棒性的傳感器，是推進(jìn)軟體機(jī)器人技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的重要一環(huán)。

在此，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)楊海濤教授和新加坡國立大學(xué)Ho Ghim Wei教授團(tuán)隊(duì)解決了軟體機(jī)器人傳感器的建模和穩(wěn)定性難題。通過精準(zhǔn)的激光加工技術(shù)和定制化的微裂紋紋理，實(shí)現(xiàn)了傳感器特性的精確控制和建模。借助有限元分析模型，實(shí)現(xiàn)了傳感器在復(fù)雜力學(xué)負(fù)載下響應(yīng)曲線的模擬，確保了在極端條件下的長期穩(wěn)定性。特別的，這些傳感器在面對高達(dá)50%應(yīng)變、10萬次循環(huán)負(fù)載以及0-23 Hz的動(dòng)態(tài)頻率變化時(shí)，展現(xiàn)出了優(yōu)異的魯棒性。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，這種傳感系統(tǒng)被成功集成于軟體機(jī)器人中，實(shí)現(xiàn)了精確的軌跡追蹤（機(jī)器人軌跡預(yù)測誤差<4%）和環(huán)境感知（地形高度感知誤差<10%），顯著提升了機(jī)器人的自主巡航能力。此項(xiàng)成果標(biāo)志著軟體機(jī)器人技術(shù)在本體感知和自主決策領(lǐng)域邁出了重要一步。

研究要點(diǎn)

要點(diǎn)1：作者開發(fā)了一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的傳感器，建立了基于褶皺內(nèi)可編程裂紋陣列（PCAM）的傳感器力-電雙物理場模型。這一模型能夠在無需實(shí)驗(yàn)的情況下，通過輸入結(jié)構(gòu)參數(shù)ρ（裂紋密度）和φ（熱收縮率）來準(zhǔn)確預(yù)測傳感器在不同應(yīng)變下的電阻變化，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。研究還發(fā)現(xiàn)，φ值的變化對SWNT層的楊氏模量有影響，當(dāng)φ增大時(shí)，楊氏模量下降，這是由于微納褶皺結(jié)構(gòu)的變化所致。這些發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了有限元工具在傳感器性能預(yù)測中的有效性，還深入理解了傳感器的設(shè)計(jì)原理，并證明了通過調(diào)整ρ和φ值來優(yōu)化傳感器性能的可能性。

要點(diǎn)2：作者研究了PCAM傳感器在不間斷機(jī)械變形下的穩(wěn)健性，其中包括“拉伸→扭轉(zhuǎn)→拉伸→彎曲→拉伸”組成的動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷序列。研究發(fā)現(xiàn)，相較于無微納特征的平面?zhèn)鞲衅鞯拇蠓秶男盘柌▌?dòng)，PCAM傳感器在多次拉伸過程中保持穩(wěn)定，具有一致的感測信號。此外，在動(dòng)態(tài)工作頻率范圍內(nèi)，PCAM傳感器表現(xiàn)出穩(wěn)定的傳感響應(yīng)，使其可廣泛應(yīng)用于軟體機(jī)器人中。

要點(diǎn)3：作者將PCAM傳感器成功集成到不同類型的軟體機(jī)器人中，包括折紙機(jī)器人、氣動(dòng)機(jī)器人和微型機(jī)器人。這些傳感器能在機(jī)器人變形后保持功能完整，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、表面識(shí)別和障礙物檢測。通過探究傳感信號與機(jī)器人動(dòng)作狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)，研究者建立了一個(gè)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，并應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法精確預(yù)測了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，模型的相對誤差(RE)和絕對誤差(AE)分別低于4%和3cm。這種技術(shù)使得集成PCAM傳感器的機(jī)器人能夠通過對周圍環(huán)境的感知進(jìn)行自主導(dǎo)航。

總結(jié)：本研究成功研發(fā)出了一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)變傳感器，利用褶皺內(nèi)裂紋編程陣列，實(shí)現(xiàn)了傳感器的高度定制和超穩(wěn)定性。這種PCAM傳感器通過控制裂紋密度和收縮率等參數(shù)，精確調(diào)節(jié)其靈敏度和工作范圍，并利用有限元工具進(jìn)行高精度傳感建模。該傳感器在各種復(fù)雜條件下展現(xiàn)出卓越的魯棒性，適用于各規(guī)模的軟體機(jī)器人，增強(qiáng)了機(jī)器人的感知和智能巡航能力。此外，通過將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法集成到傳感器增強(qiáng)的折紙機(jī)器人中，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的高精度軌跡預(yù)測和環(huán)境感知，能夠有效執(zhí)行從密閉空間操作到遠(yuǎn)程控制等多樣化任務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅為軟體機(jī)器人在未知環(huán)境中的應(yīng)用開辟了新路徑，也為實(shí)現(xiàn)更高層次的機(jī)器人協(xié)同工作和群體智能提供了強(qiáng)有力的支持，展望未來，通過進(jìn)一步開發(fā)集成多傳感器的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，軟體機(jī)器人的能力和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼜V泛的拓展。

傳感動(dòng)態(tài)

【“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)將安裝人工智能傳感器套件】

據(jù)防務(wù)快報(bào)網(wǎng)3月26日報(bào)道，空中客車公司已同意與瑞典制造商薩博公司簽訂一份為期三年的合同，將其Arexis模塊化電子戰(zhàn)(EW)傳感器設(shè)備集成到德國歐洲戰(zhàn)斗機(jī)“臺(tái)風(fēng)”EK（電子戰(zhàn)）戰(zhàn)斗機(jī)上。

薩博首席執(zhí)行官M(fèi)icaelJohansson表示：“我們的Arexis傳感器套件將先進(jìn)的硬件和人工智能軟件相結(jié)合，將在未來幾十年內(nèi)通過面向未來的電子戰(zhàn)能力加強(qiáng)德國的防御?！?/p>

薩博表示，德國國防采購辦公室于2023年6月選擇Arexis擔(dān)任該角色，并“標(biāo)志著該計(jì)劃的第一階段”交付，之后發(fā)布了該訂單。

該制造商補(bǔ)充說，總共15架EurofighterEK噴氣式飛機(jī)將安裝傳感器套件以及其他電子戰(zhàn)“解決方案”。這些新飛機(jī)將在2030年退役時(shí)取代德國空軍龍卷風(fēng)ECR（電子作戰(zhàn)/偵察）平臺(tái)。

薩博還指出，Arxis將采用由歐洲人工智能防御初創(chuàng)公司合作伙伴Helsing提供的“人工智能平臺(tái)”。

2023年11月，空客表示，為歐洲戰(zhàn)斗機(jī)EK噴氣式飛機(jī)選擇的人工智能“解決方案”“使得分析機(jī)上雷達(dá)數(shù)據(jù)并快速確定精確的自我保護(hù)措施成為可能?！?/p>

Arexis最初是為集成在SaabGripenE/F戰(zhàn)斗機(jī)上而開發(fā)的，被宣傳為“隱形僚機(jī)”和一個(gè)“具有智能軟件和高科技模塊化組件的系統(tǒng)，在經(jīng)過驗(yàn)證和測試的架構(gòu)中占地面積小”。

德國歐洲戰(zhàn)斗機(jī)EK飛機(jī)也將配備諾斯羅普·格魯曼公司制造的AGM-88E2先進(jìn)反輻射制導(dǎo)導(dǎo)彈（AARGM）?？罩锌蛙嚬颈硎?，AARGM和Arexis的結(jié)合將使飛機(jī)能夠“探測、定位和禁用防空雷達(dá)”。

這種反輻射導(dǎo)彈是諾格為美國海軍開發(fā)的，并裝備在F/A-18C/D、FA-18E/F和EA-18G戰(zhàn)斗機(jī)上，不過該部隊(duì)此后優(yōu)先生產(chǎn)增程型導(dǎo)彈（AARGM-ER）基于武器制導(dǎo)和控制部分的修改以及新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的集成。根據(jù)海軍航空局的一份情況說明書，該導(dǎo)彈的主要任務(wù)是探測和打擊“可重新定位的綜合防空（IAD）目標(biāo)”。

【AMD 自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)助力索尼半導(dǎo)體解決方案激光雷達(dá)汽車參考設(shè)計(jì)】

AMD（超威）于2024 年 3 月 19 日宣布，其尖端自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)為索尼半導(dǎo)體解決方案（ SSS ）所選用，用于其最新汽車激光雷達(dá)（ LiDAR ）參考設(shè)計(jì)。SSS 作為圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，此次與 AMD 攜手帶來用于自動(dòng)駕駛汽車的強(qiáng)大且高效的激光雷達(dá)解決方案。采用 AMD 自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)顯著擴(kuò)展了 SSS 激光雷達(dá)系統(tǒng)功能 ，為下一代自動(dòng)駕駛解決方案提供了非凡的精度、更快的數(shù)據(jù)處理以及高可靠性。

在快速演進(jìn)的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對精確可靠的傳感器技術(shù)的需求從未如此強(qiáng)烈。激光雷達(dá)（光探測和測距）技術(shù)在為各行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度感知和環(huán)境測繪方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。激光雷達(dá)能提供圖像分類、分割以及目標(biāo)檢測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于由人工智能（ AI ）加強(qiáng)的 3D 視覺感知至關(guān)重要，因?yàn)槠錈o法僅依靠攝像頭提供，尤其是在弱光或惡劣天氣下。專用激光雷達(dá)參考設(shè)計(jì)通過標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)解決了自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)的復(fù)雜性問題，能以更高的安全性駕馭不同駕駛場景。

AMD 公司副總裁兼自適應(yīng)計(jì)算事業(yè)部總經(jīng)理 Yousef Khalilollahi 表示：“激光雷達(dá)技術(shù)及其 AI 增強(qiáng)感知功能正以非凡的速度發(fā)展，支持部署越來越多的應(yīng)用。我們與索尼半導(dǎo)體解決方案的合作將 AMD 自適應(yīng)計(jì)算集成到其激光雷達(dá)參考設(shè)計(jì)中，體現(xiàn)了我們致力于在關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域突破技術(shù)邊界并推動(dòng)創(chuàng)新的努力?！?/p>

索尼半導(dǎo)體解決方案公司汽車開發(fā)部總經(jīng)理 Takayoshi Ozone 表示：“此次與 AMD 的技術(shù)合作展現(xiàn)了我們在承諾為激光雷達(dá)應(yīng)用提供尖端解決方案方面的重大飛躍。通過將 AMD 自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)融入我們的激光雷達(dá)參考設(shè)計(jì)，我們已準(zhǔn)備好在性能、可靠性和靈活應(yīng)變能力方面樹立新標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

【車規(guī)級芯片研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)落戶湖北武漢，產(chǎn)品直供國內(nèi)頭部整車工廠】

3月26日，長江日報(bào)記者從有關(guān)渠道獲悉，英弗耐思電子科技有限公司（以下簡稱英弗耐思）已發(fā)生工商變更，注冊地從江蘇鎮(zhèn)江遷移到武漢經(jīng)開區(qū)，并增加注冊資本。至此，武漢經(jīng)開區(qū)迎來又一車規(guī)級芯片企業(yè)落戶。

英弗耐思成立于2021年，專注于提供車規(guī)級專用模擬芯片、高性能功率驅(qū)動(dòng)芯片及其應(yīng)用解決方案。團(tuán)隊(duì)深耕汽車、模擬芯片行業(yè)近20年，已自主研發(fā)多款車規(guī)級芯片，其開發(fā)的新能源汽車集成電源系統(tǒng)在功耗、效率、體積等指標(biāo)上行業(yè)領(lǐng)先。公司產(chǎn)品供貨于廣汽、東風(fēng)、長城、陜汽等國內(nèi)頭部整車制造廠，贏得車谷產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金等機(jī)構(gòu)的資本青睞。

搭載英弗耐思自研芯片的汽車座艙中央控制器。

英弗耐思創(chuàng)始人、董事長李威博士介紹，隨著公司的發(fā)展壯大，團(tuán)隊(duì)和業(yè)務(wù)大多集聚到了武漢，目前武漢研發(fā)人員超70人。公司應(yīng)用于電動(dòng)化、智能化領(lǐng)域的汽車專用芯片和電源模塊等產(chǎn)品，需要與客戶密切交流，“布局武漢就是選擇來到客戶身邊，方便就近配套”。

在李威博士看來，武漢經(jīng)開區(qū)是湖北省汽車產(chǎn)業(yè)主陣地、“武襄十隨”國家級汽車產(chǎn)業(yè)集群的核心承載區(qū)，正全力打造新能源汽車全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展示范區(qū)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢明顯，發(fā)展前景廣闊。他透露，眼下公司正在緊鑼密鼓考察選址，計(jì)劃在車谷布局車規(guī)級芯片研發(fā)及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化基地，主要用于芯片研發(fā)設(shè)計(jì)，以及新能源汽車電源模塊、大功率充電模塊產(chǎn)品研發(fā)與制造等。

近年來，武漢經(jīng)開區(qū)充分發(fā)揮國有資本的杠桿帶動(dòng)作用，以基金撬動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。2023年，武漢經(jīng)開產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限公司發(fā)起設(shè)立車谷產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，推出總規(guī)模為500億元的車谷產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，聚焦智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車、電子信息、智能制造、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療裝備等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，目前該產(chǎn)業(yè)基金已招引英弗耐思、沃德通、英特模等一批企業(yè)相繼落戶。

【監(jiān)測海洋污染物的傳感器分類與應(yīng)用】

海洋是地球上最大的水體，它對人類的生存和發(fā)展具有重要的作用。然而，海洋也面臨著各種來源和類型的污染物的威脅，如重金屬、有機(jī)物、營養(yǎng)鹽、微塑料等。這些污染物對海洋的生態(tài)系統(tǒng)和資源可能造成不可逆轉(zhuǎn)的損害和影響。因此，監(jiān)測和評估海洋污染物的含量和形態(tài)對于保護(hù)海洋環(huán)境和資源具有重要意義。

傳感器和生物傳感器是一種利用特定的識(shí)別元件與目標(biāo)分子發(fā)生相互作用，并將其轉(zhuǎn)化為可檢測的信號的裝置，它可以實(shí)現(xiàn)對海洋污染物的快速、靈敏、選擇性的檢測。傳感器和生物傳感器在監(jiān)測海洋污染物方面有廣泛的應(yīng)用，如測定海水中的重金屬、有機(jī)物、營養(yǎng)鹽、微塑料等。傳感器和生物傳感器主要包括以下幾種類型：

01電化學(xué)傳感器和生物傳感器

電化學(xué)傳感器和電化學(xué)生物傳感器差別就在于“生物”兩個(gè)字，其最主要的區(qū)別就是兩者所使用的識(shí)別元件不同。它們的不同點(diǎn)是，電化學(xué)生物傳感器的識(shí)別元件以生物中的活性單元為主，例如抗原、抗體、酶、適配體、微生物或者整個(gè)細(xì)胞等。相同點(diǎn)在于，它們都是一類以電極作為體系中的信號轉(zhuǎn)換器，不管使用任何識(shí)別元件來識(shí)別待測物，并以電流、電導(dǎo)（阻抗）或電勢等變化作為特征檢測信號，利用化學(xué)反應(yīng)原理，把有機(jī)物質(zhì)或者無機(jī)物質(zhì)所含的濃度、組成成分等，轉(zhuǎn)換為電信號。

相關(guān)的傳感器主要包括：

⑴電化學(xué)蛋白質(zhì)傳感器

電化學(xué)蛋白質(zhì)傳感器是以蛋白質(zhì)作為敏感元件，并把目標(biāo)物與蛋白質(zhì)的反應(yīng)和電化學(xué)分析功能相結(jié)合，從而輸出電信號的檢測器。作為敏感識(shí)別元件的蛋白質(zhì)主要包括了凝血酶，金屬蛋白酶(MMP)，辣根過氧化酶以及幾種常見的血紅素蛋白如血紅蛋白(Hb)、肌紅蛋白和細(xì)胞色素等。

⑵電化學(xué)免疫傳感器

基于抗原抗體結(jié)合的生物傳感器被稱為免疫傳感器，其識(shí)別元件是具有特異性結(jié)合能力的生物受體。其特點(diǎn)是易于操作，靈敏度高，成本低，易于集成和體積小?？贵w是目前應(yīng)用最廣泛的分子之一，因其高度的特異性和親和力，被應(yīng)用于色譜分析、診斷、免疫分析和生物傳感器等各個(gè)方面。

⑶電化學(xué)核酸適配體傳感器

核酸適配體(Apt)是通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(SELEX)由DNA或RNA的隨機(jī)序列文庫提取的一種短鏈核酸。其特征在于對于特定靶標(biāo)具有識(shí)別和結(jié)合的功能，且性質(zhì)穩(wěn)定，容易修飾和合成，能夠與毒素、抗生素和病毒等多種目標(biāo)分子結(jié)合。電化學(xué)核酸適配體傳感器是指，以核酸適配體為識(shí)別元件，通過與靶標(biāo)發(fā)生特異性反應(yīng)而產(chǎn)生的信號，從而達(dá)到對靶標(biāo)的定性和定量檢測。

⑷電化學(xué)微生物傳感器

電化學(xué)微生物傳感器通常以電極生物膜作為傳感元件，并通過細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移(EET)與電極進(jìn)行通信。電極生物膜通常是自組裝的，電活性微生物可以作為生物膜附著在電極上，因?yàn)殡姌O可以作為微生物呼吸過程的固體電子供體或受體。

02光學(xué)傳感器和生物傳感器

光學(xué)傳感器是一種利用光學(xué)原理進(jìn)行檢測和測量的生物傳感器，是一種利用光纖或光學(xué)材料作為識(shí)別元件，并將目標(biāo)分子與光纖或光學(xué)材料之間的光學(xué)性質(zhì)變化轉(zhuǎn)化為光信號的裝置，它具有選擇性高、干擾小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。常用的光學(xué)傳感器和生物傳感器有吸收法、熒光法、發(fā)光法、表面等離子體共振法等。它可以通過測量光的吸收、散射、發(fā)射等特性來獲得目標(biāo)物質(zhì)的信息，光學(xué)傳感器具有高靈敏度、快速響應(yīng)和非破壞性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領(lǐng)域。

光學(xué)傳感器的制備方法主要包括吸附法、光纖傳感法和表面增強(qiáng)拉曼散射法等。吸附法通過將目標(biāo)物質(zhì)吸附在傳感器表面，利用吸附物質(zhì)與光的相互作用來實(shí)現(xiàn)檢測；光纖傳感法利用光纖的傳輸特性，將光信號傳輸?shù)絺鞲衅髦羞M(jìn)行檢測；表面增強(qiáng)拉曼散射法通過表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)來增強(qiáng)光信號，提高傳感器的靈敏度。

光學(xué)傳感器的性能評價(jià)主要包括靈敏度、選擇性、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性等指標(biāo)。靈敏度是指傳感器對目標(biāo)物質(zhì)的檢測能力，選擇性是指傳感器對目標(biāo)物質(zhì)與其他物質(zhì)的區(qū)分能力，響應(yīng)時(shí)間是指傳感器從檢測到目標(biāo)物質(zhì)的響應(yīng)所需的時(shí)間，穩(wěn)定性是指傳感器在長時(shí)間使用過程中的性能變化情況。

生物傳感器在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物傳感器可以用于疾病診斷、藥物篩選和治療監(jiān)測等。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，生物傳感器可以用于水質(zhì)監(jiān)測、大氣污染監(jiān)測和土壤污染監(jiān)測等。在食品安全領(lǐng)域，生物傳感器可以用于食品質(zhì)量檢測、食品添加劑檢測和食品中毒物質(zhì)檢測等。

03納米傳感器和生物傳感器

是一種利用納米材料或納米結(jié)構(gòu)作為識(shí)別元件，并將目標(biāo)分子與納米材料或納米結(jié)構(gòu)之間的特殊性質(zhì)變化轉(zhuǎn)化為信號的裝置，它具有靈敏度高、響應(yīng)快、功能多樣等優(yōu)點(diǎn)。常用的納米傳感器和生物傳感器有金屬納米粒子、碳納米管、石墨烯、量子點(diǎn)等。主要組成部分是納米材料，如納米電子、納米氣相沉積、納米顆粒等，這些納米材料可以與水中的各種元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測。

利用納米技術(shù)制作的傳感器，尺寸減小、精度提高、性能大大改善，納米傳感器是站在原子尺度上，從而極大地豐富了傳感器的理論，推動(dòng)了傳感器的制作水平，拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。納米技術(shù)傳感器主要包括納米化學(xué)和生物傳感器、納米氣敏傳感器和其他類型的納米傳感器（壓力、溫度和流量等），現(xiàn)已在生物、海洋環(huán)境、化學(xué)、機(jī)械、航空、軍事等領(lǐng)域獲得廣泛的發(fā)展。

納米傳感器已經(jīng)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測中，可以檢測水中的氧氣、二氧化碳、pH值、氨氮、硝酸鹽、有機(jī)物等參數(shù)。例如，納米傳感器可以檢測水中的氧氣濃度，并將其轉(zhuǎn)化為電信號輸出，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。納米傳感器還可以檢測水中的二氧化碳濃度，并將其轉(zhuǎn)化為光信號輸出，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的可視化監(jiān)測。

綜上所述，傳感器技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中起著至關(guān)重要的作用，其創(chuàng)新與應(yīng)用將對未來水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。傳感器和生物傳感器在監(jiān)測海洋污染物方面還有很多潛力和應(yīng)用前景，例如：利用電化學(xué)傳感器和生物傳感器測定海水中的重金屬和有機(jī)物，如鉛、鎘、汞、苯、酚等；利用光學(xué)傳感器和生物傳感器測定海水中的營養(yǎng)鹽和微塑料，如氮、磷、硅、聚乙烯、聚丙烯等；利用納米傳感器和生物傳感器測定海水中的生物標(biāo)志物和病原體，如藻類色素、蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)菌、病毒等。

審核編輯 黃宇