傳感新品

【上海交大：研究基于微金字塔結構和內嵌銀納米線的柔性PDMS壓力傳感器及其在尿流量測量中的應用】

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構，并在這些微錐體內部均勻地嵌入了銀納米線。微型椎體結構的引入增強了傳感器對微小壓力信號的敏感響應；同時，作為導電成分的銀納米線不僅實現了壓力-電阻信號的采集和轉換，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象。無負載條件下，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較大。當施加壓力時，PDMS的壓縮變形導致嵌入在微錐體表面的銀納米線之間形成了更多的導電連接，同時微錐體與電極之間的接觸面積也相應增加。因此，施加的壓力與傳感器的電阻之間呈現出負相關關系。通過向傳感器施加恒定電壓，將會獲得與壓力信號呈正相關的電流響應。因此，測量電流能夠比直接測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.傳感器對壓力信號的測量結果

測量結果顯示，該傳感器能夠在至少3000 Pa的范圍內實現對壓力信號的精確分辨。同時，在500 Pa的階躍壓力信號作用下，其響應時間不超過20 ms，展現了出色的快速響應特性。此外，該傳感器還具備極低的壓力檢測限（低至50 mg）。由于人體動脈壓信號中包含豐富的生理信息，測量波形的保真度直接反映了傳感器的靈敏度、低滯后性和響應速度等核心性能參數。而該傳感器能夠精確地捕捉到人體橈動脈、頸動脈脈搏中的波峰、波谷和反射波等細微信息，這凸顯了其捕捉微弱生理信號的能力。此外，在至少250 s的連續工作時間內，面對每秒7次的快速循環載荷，該傳感器依然保持出色的響應速度和良好的可重復性。因此，所設計的柔性壓力傳感器具備高靈敏度、快速響應、低滯后性和高穩定性。

圖2.壓力信號的測量結果

3.尿流量測量的原理

柔性壓力傳感器被嵌入尿流量計的底部水平管道中，微型轉子則固定于管道出口。光電傳感器安裝在轉子兩側，用以檢測轉子的旋轉情況。尿液流入水平管道時，其流量Q通過尿流截面積S與流速V的乘積計算（Q=S×V）。截面積S通過柔性傳感器的電流響應間接測得，因為流體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，因此，尿流截面積S與柔性傳感器在管道底部檢測到的壓力P呈正相關關系。通過測量傳感器的電流響應I，可獲得尿液的截面積S。而尿液流速V則由微型轉子的旋轉速度r反映，當尿液流經管道并從底部出口流出時，會沖擊微型轉子，使其旋轉。光電傳感器記錄單位時間內轉子對光的遮擋次數以表征流速V。最終，通過公式Q=S×V，即可準確得出尿流率Q。

圖3.尿流量計的工作原理

4. 尿流量計的標定首先，通過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I，從而建立了S–I關系。結果表明，截面積S與電流響應I之間存在正相關關系，且這些數據可以通過多項式函數曲線進行擬合。接下來，為了確定轉速r與流速V之間的關系，逐步增加水流流速V，并監測轉子的轉速r。實驗結果表明r與V之間存在線性關系，這一關系可以通過一次函數進行擬合。綜上，所得到兩條擬合線提供了傳感器電流響應I與截面積S、轉子轉速r與水流流速V之間的關系，二者可以作為將測量信號（電流響應I和轉子轉速r）轉換為流速Q的基礎。

圖4.尿流量計的標定結果

5.尿流量的測量過程

使用輸出流量可控的蠕動泵將水按照預設的流量排入尿液流量計來模擬人類排尿過程。此時傳感器的電流響應I可以通過標定獲得的多項式擬合曲線轉換為水截面積S。同時，轉子的速度r可以通過標定獲得的一次擬合函數轉換為水的速度V。因此，根據Q=S×V，尿路流量計測量的尿流量曲線可以通過轉換得到的截面積S和速度V相乘來獲得。

6.測量結果展示

選擇了正常尿流、間斷尿流、波動尿流以及低緩尿流四種典型的人體排尿模式來測試尿液流量計的實用性。隨后，對尿流量計的測量結果與原設定的排尿曲線之間的相似性進行了比較。結果表明，尿流量計成功地記錄了泵輸出流量曲線的所有關鍵形狀特征。然而，由于測得曲線中存在高頻噪聲信號的干擾，與預設定的排尿曲線相比，測量的波動和低緩尿流曲線顯示出了更高的最大尿流率值，這可能會誤導臨床診斷。為此，選擇了截止頻率為5 Hz的低通濾波器對測得曲線進行濾波處理。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設的排尿曲線之間的相似性得到了進一步增強。

圖6.尿流量計的測量結果

傳感動態

【寧波江北深入布局傳感器產業，高質量推進新型工業化進程】

傳感器是將信息按一定規律變換成為電信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲等要求的檢測裝置。傳感器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，其微型化、數字化、智能化的特點也成為了推動新質生產力發展的重要抓手。江北區多年來深入布局傳感器產業，打造以龍頭企業為引領、全產業鏈協同發展的良好格局，高質量推進新型工業化進程。

江北深入布局傳感器產業

高質量推進新型工業化進程

在寧波柯力傳感科技股份有限公司的生產車間內，一臺臺不同種類的傳感器正在自動化設備上進行組裝，隨后發往全國各地。隨著新質生產力的發展，柯力的傳感器也在不斷求新求變。公司副總經理葉方之表示，目前，柯力正在研發和升級可用于機器人關節的傳感器，未來機器人應用場景廣泛并且會用到不同種類的傳感器，發展空間巨大。

柯力成立于 1995 年，是我市研制和生產各類型物理量傳感器，為不同工業物聯網系統及場景應用提供解決方案的企業。公司成立初期以力學傳感器發家，經過十幾年的發展，成了細分領域的龍頭企業，其自主研發生產的應變式稱重傳感器也讓柯力成為了國家級制造業單項冠軍。

葉方之告訴記者：“成為國內市場占有率第一大概是在 2010 年左右，也就是經過了 15 年的發展。那時候差不多柯力一年能做兩個億左右的營收，五六千萬的凈利潤。從 2010年 到現在 14 年了，柯力都是國內這個領域的單項冠軍。”

葉方之表示，傳感器領域的企業往往呈現多而散的局面，因此要想讓企業更上一個臺階，必須在向下游拓寬市場的同時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團隊，提升企業核心競爭力。

【國際電工委員會發布我國牽頭完成的首個智能傳感技術白皮書】

今天從在南京召開的2024國際標準化大會上獲悉，國際電工委員會（IEC）發布了首個關于智能傳感技術的白皮書《未來電網智能傳感技術》，深入探討了數字電網的發展趨勢和技術路線，涵蓋了發電、輸電、變電、配電、用電、碳排放等多個關鍵領域，為微型智能傳感技術在這些領域的應用提供了標準布局，并構建了未來數字電網傳感技術的國際標準框架。

《未來電網智能傳感技術》是由我國專家作為項目負責人，牽頭組織中、德、美、加等國專家共同制定的。這是我國在關鍵和戰略性新興技術領域標準研究的最新成果，體現了中國落實“雙碳”目標構建新型電力系統，在技術研究、成果轉化、產業應用等方面走在世界前列。

基于此項成果，我國將發起成立新技術機構，預計在未來3到5年內，在發電、輸電、變電、配電、用電等多領域布局10余項微型智能傳感技術國際標準。

【消息稱蘋果將在中國臺灣地區設立數據中心】

6 月 25 日消息，據臺媒《經濟日報》消息，業界傳出，蘋果將在中國臺灣地區設立資料中心，并開始與合作廠洽談相關計劃，成為繼谷歌、亞馬遜 AWS、微軟、英偉達之后，又一落地的重量級國際大廠。

報道提到，鴻海（富士康）長期與蘋果合作，又是全球最大 AI 服務器代工廠，一旦蘋果數據中心落地，業界看好鴻海以“最佳盟友”的身份受益最多，此外廣達、緯創、英業達等廠也有望參與合作。

另一方面，近期英偉達因數據中心電力需求，主動找上云豹能源、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。如果蘋果加入競爭，也將引爆更大的綠電需求。

對于這一蘋果公司相關傳聞，中國臺灣地區“數發部”昨（24）日僅表示“無法證實”。

【OndoSense推出用于防撞和定位的新型雷達傳感器 可以檢測到0.1米的物體】

據外媒報道，為數字化行業提供創新雷達傳感器的OndoSense宣布擴大其傳感器產品組合：高精度、高性能雷達技術專家開發出緊湊型雷達傳感器，用于防撞、車輛檢測和物體定位。OndoSense reach WA（廣角）具有廣泛的檢測范圍，特別適合檢測車輛、人員或物體等障礙物以及定位機器人和機器。它甚至可以在0.1米的近距離內檢測靜態和移動物體，并且得益于其小巧設計，即使在狹窄的空間中也可以輕松集成。

圖片來源：OndoSense

OndoSense reach WA具有多達4個可調節的傳感器區域，非常適合靈活監控安全區域或避免移動機器人或其他車輛的碰撞。得益于創新的雷達技術，該雷達傳感器始終能夠可靠地檢測任何性質的物體，即使在室外或灰塵、煙霧、蒸汽、雨水或光線不足的惡劣環境中也是如此。由于其200 Hz的高測量率，它還能夠可靠地檢測快速移動的障礙物。OndoSense reach WA適用于運輸和物流、采礦、航運、機械和工廠工程以及農業中的防撞、車輛檢測、物體定位和限位控制。

【常見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換為電信號的裝置，廣泛應用于各種領域，如汽車、機器人、航空航天等。根據工作原理和應用場景的不同，位置傳感器可以分為多種類型。今天帶大家簡單了解一下幾種常見的位置傳感器類型及特點。

1.接觸式傳感器

接觸式傳感器通過物體與傳感器直接接觸來測量位置。例如行程開關和二維矩陣位置傳感器。當物體在運動過程中接觸到行程開關時，其內部觸點就會動作，完成控制。二維矩陣位置傳感器安裝在機械手手掌內側，用于檢測自身與物體的接觸位置。

接觸式位置傳感器的優點是測量精度高，適用于對位置要求較高的場景。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量位置。例如，光電式位置傳感器利用光的原理來測量物體的位置。光電式位置傳感器通常包括光源和接收器，光源發出光束，接收器接收反射的光，通過測量收到的光的強度或時間來確定物體的位置。

非接觸式位置傳感器的優點是不受物體表面磨損和污染的影響，適用于一些特殊環境下的位置測量。但由于其工作原理的限制，測量精度相對較低，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量物體位置。它通常由加速度計和陀螺儀等慣性傳感器組成。加速度計用于測量物體的加速度，陀螺儀用于測量物體的角速度。通過對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點是測量精度高，適用于對位置要求極高的場景，如航空航天領域。但價格較高，并且容易受到振動和溫度變化的影響。

4.磁電感應式曲軸位置傳感器

磁電感應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。這種傳感器通過檢測轉子信號盤上的齒和轉速轉子上的齒來確定曲軸的位置和轉速。它是控制系統中最重要的傳感器之一，用于檢測發動機轉速和活塞上止點位置。

5.霍爾效應式曲軸位置傳感器

霍爾效應式曲軸位置傳感器是一種利用霍爾效應的信號發生器。它安裝在分電器內，與分火頭同軸。當觸發葉輪上的葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間時，霍爾電壓升高，傳感器輸出電壓信號。這種傳感器可以精確測量轉子磁鋼的位置。

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原理測量位置的裝置。宜惟珂新能源研發生產的MRPS（磁諧振位置傳感器）是基于WPT無線電能傳輸原理研發的無接觸電磁感應位置傳感器。

其主要工作原理是高頻勵磁電壓信號在定子與轉子間經耦合變換后，采集附加位置變化信息的正余弦sin+/-、cos+/-信號，然后將采集的信號經專用電路濾波進行調制解調處理，解調后的正余弦模擬信號分別經過運放輸入到MCU，再進行調理和解析，得到轉子的角度和速度信息并對上位機進行輸出。

這種傳感器具有成本低，抗干擾能力強，精度高，空間受限性小等特點。

綜上所述，位置傳感器的種類繁多，每種都有其特定的應用場景和優缺點。隨著科技的發展，新型的位置傳感器不斷涌現，為各種應用提供了更多選擇。

審核編輯 黃宇