傳感新品

【上海交大：研究基于微金字塔結(jié)構(gòu)和內(nèi)嵌銀納米線的柔性PDMS壓力傳感器及其在尿流量測(cè)量中的應(yīng)用】

1.柔性壓力傳感器的工作原理

本研究在柔性PDMS表面引入了微型椎體結(jié)構(gòu)，并在這些微錐體內(nèi)部均勻地嵌入了銀納米線。微型椎體結(jié)構(gòu)的引入增強(qiáng)了傳感器對(duì)微小壓力信號(hào)的敏感響應(yīng)；同時(shí)，作為導(dǎo)電成分的銀納米線不僅實(shí)現(xiàn)了壓力-電阻信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，而且由于其金屬材料的固有剛性，有效降低了PDMS這種彈性材料固有的遲滯現(xiàn)象。無(wú)負(fù)載條件下，由于微錐體與電極之間的接觸面積較小，傳感器的電阻值相對(duì)較大。當(dāng)施加壓力時(shí)，PDMS的壓縮變形導(dǎo)致嵌入在微錐體表面的銀納米線之間形成了更多的導(dǎo)電連接，同時(shí)微錐體與電極之間的接觸面積也相應(yīng)增加。因此，施加的壓力與傳感器的電阻之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過(guò)向傳感器施加恒定電壓，將會(huì)獲得與壓力信號(hào)呈正相關(guān)的電流響應(yīng)。因此，測(cè)量電流能夠比直接測(cè)量傳感器的電阻獲得更直觀的壓力變化指示。

圖1.柔性壓力傳感器的工作原理

2.傳感器對(duì)壓力信號(hào)的測(cè)量結(jié)果

測(cè)量結(jié)果顯示，該傳感器能夠在至少3000 Pa的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)的精確分辨。同時(shí)，在500 Pa的階躍壓力信號(hào)作用下，其響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)20 ms，展現(xiàn)了出色的快速響應(yīng)特性。此外，該傳感器還具備極低的壓力檢測(cè)限（低至50 mg）。由于人體動(dòng)脈壓信號(hào)中包含豐富的生理信息，測(cè)量波形的保真度直接反映了傳感器的靈敏度、低滯后性和響應(yīng)速度等核心性能參數(shù)。而該傳感器能夠精確地捕捉到人體橈動(dòng)脈、頸動(dòng)脈脈搏中的波峰、波谷和反射波等細(xì)微信息，這凸顯了其捕捉微弱生理信號(hào)的能力。此外，在至少250 s的連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)，面對(duì)每秒7次的快速循環(huán)載荷，該傳感器依然保持出色的響應(yīng)速度和良好的可重復(fù)性。因此，所設(shè)計(jì)的柔性壓力傳感器具備高靈敏度、快速響應(yīng)、低滯后性和高穩(wěn)定性。

圖2.壓力信號(hào)的測(cè)量結(jié)果

3.尿流量測(cè)量的原理

柔性壓力傳感器被嵌入尿流量計(jì)的底部水平管道中，微型轉(zhuǎn)子則固定于管道出口。光電傳感器安裝在轉(zhuǎn)子兩側(cè)，用以檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)情況。尿液流入水平管道時(shí)，其流量Q通過(guò)尿流截面積S與流速V的乘積計(jì)算（Q=S×V）。截面積S通過(guò)柔性傳感器的電流響應(yīng)間接測(cè)得，因?yàn)榱黧w在水平管道底部的流速趨于0，靜水壓力在水平管道底部占主導(dǎo)，因此，尿流截面積S與柔性傳感器在管道底部檢測(cè)到的壓力P呈正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)測(cè)量傳感器的電流響應(yīng)I，可獲得尿液的截面積S。而尿液流速V則由微型轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度r反映，當(dāng)尿液流經(jīng)管道并從底部出口流出時(shí)，會(huì)沖擊微型轉(zhuǎn)子，使其旋轉(zhuǎn)。光電傳感器記錄單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子對(duì)光的遮擋次數(shù)以表征流速V。最終，通過(guò)公式Q=S×V，即可準(zhǔn)確得出尿流率Q。

圖3.尿流量計(jì)的工作原理

4. 尿流量計(jì)的標(biāo)定首先，通過(guò)逐步增加水流的截面積S，并記錄柔性壓力傳感器的電流響應(yīng)I，從而建立了S–I關(guān)系。結(jié)果表明，截面積S與電流響應(yīng)I之間存在正相關(guān)關(guān)系，且這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)多項(xiàng)式函數(shù)曲線進(jìn)行擬合。接下來(lái)，為了確定轉(zhuǎn)速r與流速V之間的關(guān)系，逐步增加水流流速V，并監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明r與V之間存在線性關(guān)系，這一關(guān)系可以通過(guò)一次函數(shù)進(jìn)行擬合。綜上，所得到兩條擬合線提供了傳感器電流響應(yīng)I與截面積S、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r與水流流速V之間的關(guān)系，二者可以作為將測(cè)量信號(hào)（電流響應(yīng)I和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r）轉(zhuǎn)換為流速Q(mào)的基礎(chǔ)。

圖4.尿流量計(jì)的標(biāo)定結(jié)果

5.尿流量的測(cè)量過(guò)程

使用輸出流量可控的蠕動(dòng)泵將水按照預(yù)設(shè)的流量排入尿液流量計(jì)來(lái)模擬人類排尿過(guò)程。此時(shí)傳感器的電流響應(yīng)I可以通過(guò)標(biāo)定獲得的多項(xiàng)式擬合曲線轉(zhuǎn)換為水截面積S。同時(shí)，轉(zhuǎn)子的速度r可以通過(guò)標(biāo)定獲得的一次擬合函數(shù)轉(zhuǎn)換為水的速度V。因此，根據(jù)Q=S×V，尿路流量計(jì)測(cè)量的尿流量曲線可以通過(guò)轉(zhuǎn)換得到的截面積S和速度V相乘來(lái)獲得。

6.測(cè)量結(jié)果展示

選擇了正常尿流、間斷尿流、波動(dòng)尿流以及低緩尿流四種典型的人體排尿模式來(lái)測(cè)試尿液流量計(jì)的實(shí)用性。隨后，對(duì)尿流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果與原設(shè)定的排尿曲線之間的相似性進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，尿流量計(jì)成功地記錄了泵輸出流量曲線的所有關(guān)鍵形狀特征。然而，由于測(cè)得曲線中存在高頻噪聲信號(hào)的干擾，與預(yù)設(shè)定的排尿曲線相比，測(cè)量的波動(dòng)和低緩尿流曲線顯示出了更高的最大尿流率值，這可能會(huì)誤導(dǎo)臨床診斷。為此，選擇了截止頻率為5 Hz的低通濾波器對(duì)測(cè)得曲線進(jìn)行濾波處理。濾波后的尿液流速曲線更為平滑，且高頻分量顯著減少。濾波后的尿流量曲線與預(yù)設(shè)的排尿曲線之間的相似性得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。

圖6.尿流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果

傳感動(dòng)態(tài)

【寧波江北深入布局傳感器產(chǎn)業(yè)，高質(zhì)量推進(jìn)新型工業(yè)化進(jìn)程】

傳感器是將信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)等要求的檢測(cè)裝置。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，其微型化、數(shù)字化、智能化的特點(diǎn)也成為了推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要抓手。江北區(qū)多年來(lái)深入布局傳感器產(chǎn)業(yè)，打造以龍頭企業(yè)為引領(lǐng)、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展的良好格局，高質(zhì)量推進(jìn)新型工業(yè)化進(jìn)程。

江北深入布局傳感器產(chǎn)業(yè)

高質(zhì)量推進(jìn)新型工業(yè)化進(jìn)程

在寧波柯力傳感科技股份有限公司的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，一臺(tái)臺(tái)不同種類的傳感器正在自動(dòng)化設(shè)備上進(jìn)行組裝，隨后發(fā)往全國(guó)各地。隨著新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展，柯力的傳感器也在不斷求新求變。公司副總經(jīng)理葉方之表示，目前，柯力正在研發(fā)和升級(jí)可用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的傳感器，未來(lái)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景廣泛并且會(huì)用到不同種類的傳感器，發(fā)展空間巨大。

柯力成立于 1995 年，是我市研制和生產(chǎn)各類型物理量傳感器，為不同工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及場(chǎng)景應(yīng)用提供解決方案的企業(yè)。公司成立初期以力學(xué)傳感器發(fā)家，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，成了細(xì)分領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，其自主研發(fā)生產(chǎn)的應(yīng)變式稱重傳感器也讓柯力成為了國(guó)家級(jí)制造業(yè)單項(xiàng)冠軍。

葉方之告訴記者：“成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率第一大概是在 2010 年左右，也就是經(jīng)過(guò)了 15 年的發(fā)展。那時(shí)候差不多柯力一年能做兩個(gè)億左右的營(yíng)收，五六千萬(wàn)的凈利潤(rùn)。從 2010年 到現(xiàn)在 14 年了，柯力都是國(guó)內(nèi)這個(gè)領(lǐng)域的單項(xiàng)冠軍?！?/p>

葉方之表示，傳感器領(lǐng)域的企業(yè)往往呈現(xiàn)多而散的局面，因此要想讓企業(yè)更上一個(gè)臺(tái)階，必須在向下游拓寬市場(chǎng)的同時(shí)在更多物理量傳感器上所有突破。因此，這幾年柯力不斷吸引多方面的人才和技術(shù)團(tuán)隊(duì)，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

【國(guó)際電工委員會(huì)發(fā)布我國(guó)牽頭完成的首個(gè)智能傳感技術(shù)白皮書(shū)】

今天從在南京召開(kāi)的2024國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化大會(huì)上獲悉，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）發(fā)布了首個(gè)關(guān)于智能傳感技術(shù)的白皮書(shū)《未來(lái)電網(wǎng)智能傳感技術(shù)》，深入探討了數(shù)字電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)路線，涵蓋了發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、碳排放等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，為微型智能傳感技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)布局，并構(gòu)建了未來(lái)數(shù)字電網(wǎng)傳感技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)框架。

《未來(lái)電網(wǎng)智能傳感技術(shù)》是由我國(guó)專家作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，牽頭組織中、德、美、加等國(guó)專家共同制定的。這是我國(guó)在關(guān)鍵和戰(zhàn)略性新興技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研究的最新成果，體現(xiàn)了中國(guó)落實(shí)“雙碳”目標(biāo)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，在技術(shù)研究、成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面走在世界前列。

基于此項(xiàng)成果，我國(guó)將發(fā)起成立新技術(shù)機(jī)構(gòu)，預(yù)計(jì)在未來(lái)3到5年內(nèi)，在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等多領(lǐng)域布局10余項(xiàng)微型智能傳感技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

【消息稱蘋(píng)果將在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)設(shè)立數(shù)據(jù)中心】

6 月 25 日消息，據(jù)臺(tái)媒《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》消息，業(yè)界傳出，蘋(píng)果將在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)設(shè)立資料中心，并開(kāi)始與合作廠洽談相關(guān)計(jì)劃，成為繼谷歌、亞馬遜 AWS、微軟、英偉達(dá)之后，又一落地的重量級(jí)國(guó)際大廠。

報(bào)道提到，鴻海（富士康）長(zhǎng)期與蘋(píng)果合作，又是全球最大 AI 服務(wù)器代工廠，一旦蘋(píng)果數(shù)據(jù)中心落地，業(yè)界看好鴻海以“最佳盟友”的身份受益最多，此外廣達(dá)、緯創(chuàng)、英業(yè)達(dá)等廠也有望參與合作。

另一方面，近期英偉達(dá)因數(shù)據(jù)中心電力需求，主動(dòng)找上云豹能源、泓德能源等綠電承銷商洽談合作，甚至傳出“掃貨綠電”的消息。如果蘋(píng)果加入競(jìng)爭(zhēng)，也將引爆更大的綠電需求。

對(duì)于這一蘋(píng)果公司相關(guān)傳聞，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)“數(shù)發(fā)部”昨（24）日僅表示“無(wú)法證實(shí)”。

【OndoSense推出用于防撞和定位的新型雷達(dá)傳感器 可以檢測(cè)到0.1米的物體】

據(jù)外媒報(bào)道，為數(shù)字化行業(yè)提供創(chuàng)新雷達(dá)傳感器的OndoSense宣布擴(kuò)大其傳感器產(chǎn)品組合：高精度、高性能雷達(dá)技術(shù)專家開(kāi)發(fā)出緊湊型雷達(dá)傳感器，用于防撞、車(chē)輛檢測(cè)和物體定位。OndoSense reach WA（廣角）具有廣泛的檢測(cè)范圍，特別適合檢測(cè)車(chē)輛、人員或物體等障礙物以及定位機(jī)器人和機(jī)器。它甚至可以在0.1米的近距離內(nèi)檢測(cè)靜態(tài)和移動(dòng)物體，并且得益于其小巧設(shè)計(jì)，即使在狹窄的空間中也可以輕松集成。

圖片來(lái)源：OndoSense

OndoSense reach WA具有多達(dá)4個(gè)可調(diào)節(jié)的傳感器區(qū)域，非常適合靈活監(jiān)控安全區(qū)域或避免移動(dòng)機(jī)器人或其他車(chē)輛的碰撞。得益于創(chuàng)新的雷達(dá)技術(shù)，該雷達(dá)傳感器始終能夠可靠地檢測(cè)任何性質(zhì)的物體，即使在室外或灰塵、煙霧、蒸汽、雨水或光線不足的惡劣環(huán)境中也是如此。由于其200 Hz的高測(cè)量率，它還能夠可靠地檢測(cè)快速移動(dòng)的障礙物。OndoSense reach WA適用于運(yùn)輸和物流、采礦、航運(yùn)、機(jī)械和工廠工程以及農(nóng)業(yè)中的防撞、車(chē)輛檢測(cè)、物體定位和限位控制。

【常見(jiàn)的位置傳感器類型有哪些？】

位置傳感器是一種能夠感知物體位置并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如汽車(chē)、機(jī)器人、航空航天等。根據(jù)工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，位置傳感器可以分為多種類型。今天帶大家簡(jiǎn)單了解一下幾種常見(jiàn)的位置傳感器類型及特點(diǎn)。

1.接觸式傳感器

接觸式傳感器通過(guò)物體與傳感器直接接觸來(lái)測(cè)量位置。例如行程開(kāi)關(guān)和二維矩陣位置傳感器。當(dāng)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸點(diǎn)就會(huì)動(dòng)作，完成控制。二維矩陣位置傳感器安裝在機(jī)械手手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與物體的接觸位置。

接觸式位置傳感器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適用于對(duì)位置要求較高的場(chǎng)景。但由于需要物體與傳感器直接接觸，容易受到物體表面磨損和污染的影響，因此在一些特殊環(huán)境下不適用。

2.非接觸式傳感器

非接觸式傳感器則不需要與物體直接接觸就能測(cè)量位置。例如，光電式位置傳感器利用光的原理來(lái)測(cè)量物體的位置。光電式位置傳感器通常包括光源和接收器，光源發(fā)出光束，接收器接收反射的光，通過(guò)測(cè)量收到的光的強(qiáng)度或時(shí)間來(lái)確定物體的位置。

非接觸式位置傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不受物體表面磨損和污染的影響，適用于一些特殊環(huán)境下的位置測(cè)量。但由于其工作原理的限制，測(cè)量精度相對(duì)較低，適用范圍也有一定的局限性。

3.慣性傳感器

慣性位置傳感器利用慣性原理測(cè)量物體位置。它通常由加速度計(jì)和陀螺儀等慣性傳感器組成。加速度計(jì)用于測(cè)量物體的加速度，陀螺儀用于測(cè)量物體的角速度。通過(guò)對(duì)加速度和角速度的積分，可以得到物體的位置信息。

慣性位置傳感器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適用于對(duì)位置要求極高的場(chǎng)景，如航空航天領(lǐng)域。但價(jià)格較高，并且容易受到振動(dòng)和溫度變化的影響。

4.磁電感應(yīng)式曲軸位置傳感器

磁電感應(yīng)式曲軸位置傳感器通常安裝在曲軸前端（皮帶輪處）、曲軸后端靠近大飛輪處或曲軸中間。這種傳感器通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子信號(hào)盤(pán)上的齒和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子上的齒來(lái)確定曲軸的位置和轉(zhuǎn)速。它是控制系統(tǒng)中最重要的傳感器之一，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞上止點(diǎn)位置。

5.霍爾效應(yīng)式曲軸位置傳感器

霍爾效應(yīng)式曲軸位置傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器。它安裝在分電器內(nèi)，與分火頭同軸。當(dāng)觸發(fā)葉輪上的葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間時(shí)，霍爾電壓升高，傳感器輸出電壓信號(hào)。這種傳感器可以精確測(cè)量轉(zhuǎn)子磁鋼的位置。

6.電感式位置傳感器

電感式位置傳感器是一種利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量位置的裝置。宜惟珂新能源研發(fā)生產(chǎn)的MRPS（磁諧振位置傳感器）是基于WPT無(wú)線電能傳輸原理研發(fā)的無(wú)接觸電磁感應(yīng)位置傳感器。

其主要工作原理是高頻勵(lì)磁電壓信號(hào)在定子與轉(zhuǎn)子間經(jīng)耦合變換后，采集附加位置變化信息的正余弦sin+/-、cos+/-信號(hào)，然后將采集的信號(hào)經(jīng)專用電路濾波進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理，解調(diào)后的正余弦模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)運(yùn)放輸入到MCU，再進(jìn)行調(diào)理和解析，得到轉(zhuǎn)子的角度和速度信息并對(duì)上位機(jī)進(jìn)行輸出。

這種傳感器具有成本低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，空間受限性小等特點(diǎn)。

綜上所述，位置傳感器的種類繁多，每種都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，新型的位置傳感器不斷涌現(xiàn)，為各種應(yīng)用提供了更多選擇。

審核編輯 黃宇