傳感新品

【清華大學(xué)深圳國際研究生：在皮膚集成電子的多模傳感研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展！】

柔性電子設(shè)備是未來個(gè)性化健康管理新范式的重要組成部分，其具有與皮膚貼合、低運(yùn)動(dòng)偽影、長時(shí)間佩戴舒適等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，在超柔性傳感器中的多通道集成面臨著許多挑戰(zhàn)，主要是缺乏高性能和穩(wěn)定的傳感組件，以及允許皮膚無約束活動(dòng)和呼吸的理想器件設(shè)計(jì)。

以光電容積脈搏波描記法（PPG）為代表的脈搏與血氧監(jiān)測(cè)技術(shù)已普及，因近紅外光具有出色的皮膚穿透能力，可通過光電探測(cè)器提取皮下血流搏動(dòng)與血紅蛋白含氧量信息，但設(shè)計(jì)適用于近紅外波段的有機(jī)光電材料及其柔性傳感器件仍具挑戰(zhàn)。

將基于光電容積變化的PPG信號(hào)與基于生物電的心電圖（ECG）信號(hào)結(jié)合，可以增加脈搏信息提取的準(zhǔn)確性和可靠性，通過后處理還可獲得血壓等健康指標(biāo)。盡管已有柔性ECG電極和PPG傳感器相關(guān)工作，但構(gòu)建可靠的可皮膚集成PPG-ECG一體化系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)，包括傳感器間的穩(wěn)固耦合、各器件的高性能和長期穩(wěn)定性、與皮膚集成的舒適性等。

針對(duì)上述問題，清華大學(xué)深圳國際研究生院徐曉敏、成會(huì)明團(tuán)隊(duì)開發(fā)了在近紅外光下表現(xiàn)出卓越性能的超柔性有機(jī)光電探測(cè)器（圖1）。

該超柔性探測(cè)器厚度小于4μm，在近紅外區(qū)940 nm波長下的光電響應(yīng)度為0.53AW-1，探測(cè)率為3.4×1013Jones，-3dB下截止頻率超過1MHz，在有機(jī)近紅外光電探測(cè)器領(lǐng)域達(dá)到領(lǐng)先水平，且具有良好的穩(wěn)定性。基于團(tuán)隊(duì)前期工作提出的可剝離超薄水凝膠與超柔性PEDOT:PSS基導(dǎo)電聚合物紋身電極，團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)一步將超柔性光電探測(cè)器與導(dǎo)電聚合物電極通過超薄水凝膠集成在一起構(gòu)成PPG-ECG集成貼片傳感器，整個(gè)貼片厚度小于20μm，其彎曲半徑能與皮膚溝壑相匹配，實(shí)現(xiàn)與皮膚保形接觸，并進(jìn)一步構(gòu)建了皮膚集成的多模傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光電和心電信號(hào)的精準(zhǔn)同步監(jiān)測(cè)，即使在動(dòng)態(tài)工作條件下也能精確、穩(wěn)定地測(cè)量各種生命體征，包括心率、呼吸率、血氧飽和度和無袖帶血壓。

圖1.皮膚集成式PPG-ECG貼片傳感器設(shè)計(jì)

有機(jī)半導(dǎo)體聚合物PTB7-Th與非富勒烯小分子受體COTIC-4F的特征光吸收覆蓋了血氧飽和度檢測(cè)窗口（660和940 nm），通過富勒烯分子PCBM改性以及超薄超柔性器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使光電探測(cè)器表現(xiàn)出優(yōu)異的性能（圖2）。

圖2.超柔性高性能有機(jī)光電探測(cè)器

所構(gòu)建的超柔性PPG傳感器在紅光和近紅外光下具有高響應(yīng)度和探測(cè)率以及低響應(yīng)時(shí)間，在相同功耗下具有比硅基器件更可靠的PPG信號(hào)檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)與缺氧條件下的血氧飽和度精確測(cè)量（圖3）。

圖3.皮膚集成的超柔性PPG傳感器

將PPG傳感器與ECG電極相結(jié)合，可皮膚集成的超柔性多模貼片傳感器與皮膚保形接觸，可同時(shí)精確提取光電和生物電位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)心率、呼吸率、無袖帶血壓測(cè)量（圖4）。

圖4.皮膚集成的PPG-ECG多模傳感系統(tǒng)

傳感動(dòng)態(tài)

【西部這所“雙一流”高校儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揭牌成立】

12月10日上午，西安交通大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揭牌儀式在曲江校區(qū)舉行。西安交通大學(xué)黨委書記盧建軍，黨委常委、常務(wù)副校長別朝紅，黨委常委、副校長嚴(yán)俊杰出席儀式。儀式由儀器學(xué)院黨委書記韋學(xué)勇主持。

中國工程院院士、大連理工大學(xué)原校長郭東明，中國工程院院士、西安電子科技大學(xué)原校長段寶巖，中國工程院院士、西北核技術(shù)研究院研究員歐陽曉平，中國工程院院士、西安交通大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)院名譽(yù)院長、學(xué)術(shù)委員會(huì)主任蔣莊德，中國科學(xué)院院士、北京航空航天大學(xué)原常務(wù)副校長房建成，中國工程院院士、武漢理工大學(xué)原副校長嚴(yán)新平，中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)副校長劉宏，中國科學(xué)院院士、陜西師范大學(xué)原校長房喻，新加坡工程院院士、新加坡國立大學(xué)、廈門大學(xué)教授洪明輝，中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學(xué)院與工程院院士、加拿大多倫多大學(xué)教授孫鈺，歐洲科學(xué)院院士、英國伯明翰大學(xué)教授姜開春，中科院上海微系統(tǒng)所原副所長王躍林，通用技術(shù)集團(tuán)機(jī)床研究院副院長黃祖廣出席儀式。

蔣莊德對(duì)學(xué)校黨委和師生對(duì)儀器學(xué)院成立給予的幫助和支持表示感謝。他指出，學(xué)院的定位是躋身學(xué)校工科第一梯隊(duì)，躋身全國同類學(xué)科第一梯隊(duì)。下一步，學(xué)院將牢記習(xí)近平總書記囑托，傳承弘揚(yáng)西遷精神，努力攻關(guān)，守正創(chuàng)新，加強(qiáng)人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)，干頂天立地事，為學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

校友房建成代表兄弟院校講話。他表示，高端儀器是科研創(chuàng)新的基石，是高端裝備制造不可或缺的支撐，西安交大近年來發(fā)展迅速，為儀器學(xué)院的建設(shè)發(fā)展提供了豐富的人才和創(chuàng)新資源。希望儀器學(xué)院能早日發(fā)展為西安交大一張名片，助力建設(shè)科技強(qiáng)國和制造強(qiáng)國。

【天津?yàn)I海新區(qū)新建傳感器產(chǎn)業(yè)園投用】

作為《濱海新區(qū)高質(zhì)量發(fā)展支撐引領(lǐng)行動(dòng)方案》中的重點(diǎn)項(xiàng)目，這兩天，由中國民營企業(yè)五百強(qiáng)河北省新奧集團(tuán)在濱海新區(qū)投資建設(shè)的傳感設(shè)備科技產(chǎn)業(yè)園正式投用。

河北省新奧集團(tuán)主要從事清潔能源的智能化運(yùn)營等相關(guān)業(yè)務(wù)，每年傳感器的采購量超過20個(gè)億，一方面自身有較大需求，同時(shí)，也看中傳感器能廣泛應(yīng)用在制造、智能科技等方面，新奧集團(tuán)陸續(xù)投資近12億元，在濱海新區(qū)建設(shè)新智感知傳感設(shè)備科技產(chǎn)業(yè)園。新區(qū)正在打造的信創(chuàng)谷，還可以為傳感器研發(fā)，提供芯片、數(shù)據(jù)采集等方面的支持。最近，產(chǎn)業(yè)園正式投入運(yùn)營。

這個(gè)產(chǎn)業(yè)園一共18萬平方米。現(xiàn)在，新奧集團(tuán)將旗下的傳感器業(yè)務(wù)版塊的總部，從河北轉(zhuǎn)移到了天津園區(qū)。以往給他們提供配套的企業(yè)，有近一百家，包括全球傳感器芯片領(lǐng)域的龍頭企業(yè)日本瑞薩、上海復(fù)旦微等十多家公司，也準(zhǔn)備同步入駐這個(gè)園區(qū)。企業(yè)還聯(lián)合北京大學(xué)等高校，建設(shè)創(chuàng)新中心，吸引相關(guān)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，來園區(qū)進(jìn)行孵化。來自北大的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)智芯傳感科技公司，之前一直為新奧的燃?xì)庠O(shè)備提供傳感器，這次落戶園區(qū)，將拓展研發(fā)智能網(wǎng)聯(lián)汽車等領(lǐng)域的傳感器。為了服務(wù)這些創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，新奧還投資一億多，購置了150多套設(shè)備，建設(shè)了公共研發(fā)檢測(cè)中心，向入駐企業(yè)開放。

【越南高官會(huì)見黃仁勛：呼吁英偉達(dá)繼續(xù)投資，幫助建設(shè)半導(dǎo)體孵化器】

2 月 11 日消息，據(jù)路透社報(bào)道，越南計(jì)劃與投資部部長阮志勇今日會(huì)見訪越的英偉達(dá) CEO 黃仁勛，并呼吁英偉達(dá)繼續(xù)在越南投資。

報(bào)道稱，越南政府希望與英偉達(dá)深化合作關(guān)系，與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作開發(fā)半導(dǎo)體、AI 生態(tài)系統(tǒng)。其中，當(dāng)?shù)刈畲笃髽I(yè)集團(tuán) Vingroup，以及越南電信（Viettel）、信息技術(shù)集團(tuán) FPT、互聯(lián)網(wǎng)公司 VNG 等“大廠”有望成為擴(kuò)大合作的伙伴。

圖源 Pexels

黃仁勛表示，英偉達(dá)將支持越南的人才培訓(xùn)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，“越南早就成為了英偉達(dá)的伙伴，公司在這里擁有數(shù)百萬名客戶。”

阮志勇表示，越南政府希望英偉達(dá)幫助越南建立半導(dǎo)體孵化器，該國一直在準(zhǔn)備吸引半導(dǎo)體和 AI 產(chǎn)業(yè)投資項(xiàng)目的機(jī)制和激勵(lì)措施。

黃仁勛昨天已經(jīng)與越南總理范明政進(jìn)行會(huì)談，并肯定了在越南建立半導(dǎo)體中心的計(jì)劃。黃仁勛表示，英偉達(dá)希望在越南建立一個(gè)半導(dǎo)體基地。

路透社此前報(bào)道稱，英偉達(dá)目前已經(jīng)在越南投資約 2.5 億美元（當(dāng)前約 17.95 億元人民幣）。

【1 英寸 50MP 超大底，索尼光喻 LYT-900 圖像傳感器公布】

12 月 11 日消息，索尼半導(dǎo)體旗下“光喻 LYTIA”品牌公布了一款圖像傳感器新品 —— LYT-900。

根據(jù)官方海報(bào)，這款傳感器的尺寸來到了 1 英寸，擁有 5000 萬像素、1.6μm 像素尺寸。

從這一規(guī)格來看，將用于旗艦手機(jī)的主攝，目前尚不清楚會(huì)用于哪款機(jī)型。博主 @WHYLAB 表示，小米 14 Ultra 和 OPPO Find X7 Pro 大概率都是這枚新的 1 英寸傳感器。

OPPO、一加此前分別首發(fā)了索尼光喻 LYT-T808 和 LYT-808 圖像傳感器，是 50MP 的 1/1.4 英寸傳感器。從命名來看，索尼光喻也是數(shù)字越大越高端。

【慣性傳感器如何用于傳感器融合】

運(yùn)動(dòng)傳感設(shè)備無處不在，在我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊恍?a target="_blank">電子產(chǎn)品中。運(yùn)動(dòng)傳感器位于耳塞中——當(dāng)我們將它們從耳朵中取出時(shí)，注意點(diǎn)擊以更改歌曲或暫停音樂。它們用于游戲和培訓(xùn)中使用的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)耳機(jī)中的頭部跟蹤。運(yùn)動(dòng)傳感器支持游戲遙控器(用于定位)、消費(fèi)級(jí)機(jī)器人(用于航向)和您的手機(jī)(也用于定位)。它們的傳感由慣性測(cè)量單元(慣性傳感器)提供動(dòng)力——許多常用消費(fèi)電子產(chǎn)品中的傳感器，如前面列出的那些。他們的能力通過傳感器融合解鎖。在本文中，我們將探討什么是傳感器融合以及它可以做什么。

一、什么是慣性傳感器?

在我們進(jìn)入傳感器融合之前，快速回顧一下慣性測(cè)量單元(慣性傳感器)似乎是相關(guān)的。慣性傳感器是一種傳感器，通常由加速度計(jì)和陀螺儀組成，有時(shí)還包括磁力計(jì)。通過查看來自這些傳感器的數(shù)據(jù)，設(shè)備能夠更全面地了解其方向和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

·加速度計(jì)測(cè)量單個(gè)方向的加速度(速度變化)，例如您踩到汽車油門時(shí)感受到的力。靜止時(shí)，加速度計(jì)測(cè)量重力。

·陀螺儀測(cè)量圍繞其三個(gè)軸的角速度。它在任何給定時(shí)刻輸出其旋轉(zhuǎn)偏航、俯仰和滾動(dòng)。

·很簡(jiǎn)單，磁力計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)。通過在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)，它可以檢測(cè)到地球磁場(chǎng)的波動(dòng)。通過這些波動(dòng)，它找到了指向地球磁北的矢量，并給它一個(gè)絕對(duì)航向。

然后，傳感器的信息用于維持無人機(jī)的平衡、改善家用機(jī)器人吸塵器的航向、改變智能手機(jī)屏幕的方向以及其他與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的應(yīng)用。

二、慣性傳感器如何用于傳感器融合

現(xiàn)在我們了解了慣性傳感器的組成部分，它與傳感器融合有什么關(guān)系，我們?yōu)槭裁匆P(guān)心它?好吧，僅傳感器并不那么“智能”。他們生成原始數(shù)據(jù)。但這些原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過處理和打包才能成為可操作的。

慣性傳感器中的傳感器類似于閱讀您的患者檔案的專科醫(yī)生——他們都有自己的意見，并且他們的專長為他們提供其他人沒有的洞察力，但您可以處理他們的意見以做出最終決定。例如，如果加速度計(jì)表明重力正在從指向下方變?yōu)楦降慕嵌龋勇輧x顯示幾乎沒有運(yùn)動(dòng)，你相信哪個(gè)?那么，在這種情況下，陀螺儀應(yīng)該更受信任，因?yàn)樗皇芡饬Φ挠绊憽Ｓ捎谕勇輧x告訴我們用戶框架沒有改變，可以肯定地說設(shè)備一直在加速，就像汽車直線行駛一樣。

在另一種情況下，如果陀螺儀顯示小而一致的角速度，但加速度計(jì)和磁力計(jì)顯示設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么您可以相信兩位同意的“醫(yī)生”的意見。然后你可以推斷出有一些陀螺儀偏差會(huì)給出錯(cuò)誤的輸出。這些示例旨在展示傳感器融合對(duì)于理解基于傳感器信息融合的最佳輸出是必不可少的。這可用于確定準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)、方向和航向信息。

三、探索可能性

與傳感器融合軟件結(jié)合使用時(shí)，慣性傳感器不僅可用于更準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)、方向和航向，還可用于特殊功能。深思熟慮的慣性傳感器數(shù)據(jù)融合可以通過預(yù)測(cè)性頭部跟蹤創(chuàng)建流暢的XR體驗(yàn)，從而最大限度地減少延遲影響。對(duì)于無線演示或電視遙控器，傳感器融合可以直接將3D控制器運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為屏幕上直觀的2D運(yùn)動(dòng)。加速度計(jì)和陀螺儀傳感器的組合還可以檢測(cè)復(fù)雜的空中形狀和手勢(shì)。在人類導(dǎo)航中，分析來自加速度計(jì)和陀螺儀的數(shù)據(jù)，傳感器融合可以估計(jì)某人步行的方向和距離。

傳感器融合不必僅通過慣性傳感器完成，但通常從慣性傳感器開始。在XR空間中，控制器方向與來自外部攝像頭的線性位置的融合可以創(chuàng)建一個(gè)有效的由內(nèi)向外的6自由度系統(tǒng)。對(duì)于機(jī)器人導(dǎo)航，慣性傳感器與光流和車輪編碼器數(shù)據(jù)的融合可創(chuàng)建準(zhǔn)確且穩(wěn)健的航位推算。如果涉及運(yùn)動(dòng)，傳感器融合可能會(huì)有所幫助。

四、傳感器表征和校準(zhǔn)

傳感器融合的另一部分是確保傳感器得到適當(dāng)校準(zhǔn)，因?yàn)閼T性傳感器受校準(zhǔn)影響很大。傳感器表征是在受控條件下從傳感器進(jìn)行測(cè)量的過程。這些測(cè)量可用于微調(diào)傳感器對(duì)各種溫度、操作模式和運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)方式。一旦傳感器被正確表征，傳感器融合可以幫助確保其性能得到優(yōu)化。

五、傳感器表征過程

為了正確表征傳感器，統(tǒng)計(jì)上顯著數(shù)量的傳感器需要放置在某種板上，以允許通信以更改模式和記錄數(shù)據(jù)。然后應(yīng)將此板放置在受控環(huán)境中。例如，他們可以坐在一個(gè)兩軸萬向節(jié)電機(jī)上，使其能夠通過所有三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。通過將這個(gè)裝置放在溫度室中，我們可以迭代不同溫度、位置和操作模式的排列。通過了解每個(gè)高精度電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式、溫度變化以及運(yùn)行的模式，我們可以獲得大量傳感器信息來表征傳感器。為了表征磁力計(jì)，可以將板放置在亥姆霍茲線圈中以產(chǎn)生受控磁場(chǎng)。

為了測(cè)試這些傳感器在其使用壽命內(nèi)的性能，傳感器還可以通過將它們暴露在極端的高溫和潮濕條件下進(jìn)行人工老化過程。然后，可以使用老化的傳感器運(yùn)行相同的測(cè)試以收集更新的數(shù)據(jù)。可以使用所有這些綜合數(shù)據(jù)創(chuàng)建傳感器模型，從而生成典型(標(biāo)稱)傳感器的模型，并隨后優(yōu)化其性能。

通過了解傳感器的行為方式，還可以調(diào)整加速度計(jì)和陀螺儀中的傳感器偏差。這些傳感器偏差與傳感器在靜止時(shí)看到的內(nèi)容有關(guān)。如果這聽起來很熟悉，那是因?yàn)檫@是慣性傳感器/醫(yī)生類比部分中討論的第二個(gè)想法。調(diào)整這些可能看起來像偏移一樣簡(jiǎn)單，但這些偏差會(huì)隨溫度而變化，并且對(duì)于來自同一個(gè)批次的同一個(gè)傳感器會(huì)表現(xiàn)出不同的行為。這種偏差誤差很大，超過了比例誤差之外的大多數(shù)其他誤差。但是，通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅魅诤?a href="http://www.xsypw.cn/v/tag/2562/" target="_blank">算法，可以在設(shè)備使用時(shí)動(dòng)態(tài)完成校準(zhǔn)。

審核編輯 黃宇