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薄型传感器很流行(不仅仅是因为时尚原因)

已有 837 次阅读2018-3-22 11:21 |个人分类:电子技术| 薄型传感器

  对于一个痴迷超薄化的人群来说,传感器似乎反映了时尚潮流。纳米技术和纳米材料在物理、化学和生物传感方面提供了新的解决方案,使人们能够更可靠地检测和识别污染物的来源,找到杂质,找到病原体,并克服通常与常规传感器有关的技术障碍。因此,超薄传感器越来越多地被应用在各种各样的健康、安全和环境应用中,尺寸肯定是重要的,更少的是更多的,“薄是英寸”。

  传感器有多薄?而作为气体传感器的薄膜半导体材料技术是现在很好理解,Alexander Balandin,在加利福尼亚大学研究生在河边,他的实验室的学生想去级进一步命令UC总统椅子和电气和计算机工程教授:他们建造的原子稀薄气体和化学气相传感器从二硫化钼和测试在位于Troy的伦斯勒理工学院的研究人员合作,纽约。该器件具有二维通道,因为高的表面体积比,这是传感器应用的理想选择。传感器与原子薄层二硫化钼具有较好的选择性,某些气体由于该材料的电子能带隙,导致电流强烈抑制暴露在某些气体。研究人员表明,传感器,他们称之为二硫化钼薄膜场效应晶体管(tf-fet),可以选择性地检测乙醇、乙腈、甲苯、氯仿和甲醇蒸气。

  医疗应用是超薄传感器技术的主要驱动力。例如,有柔性压力传感器监控的军队从动脉腕血脉冲声波,纳米材料的柔性压力传感器和触摸灵敏度,这是人工皮肤铺路,超薄的MEMS电容式压力传感器,检测微小的环境压力的变化。然而,随着传感器的缩小,功耗和性能肯定不会降低。

  可吸收传感器开发商Proteus Digital Health和计算机软件巨头甲骨文最近公布的数字健康反馈系统包括一个吞服药丸传感器,可穿戴的补丁和软件系统,与甲骨文的通知软件提供数据采集。这两家公司联合起来了解和测量药物摄入、剂量定时和病人的生理反应,使临床试验调查员能够获得精确的药物依从性信息,与目前使用的自我报告和偶尔的实验室测试方法相比。

  这些可吸收传感器已用了几年,没有不良事件的报告。传感器,只有一粒沙子大小(测量1平方毫米)主要由硅组成。它不含电池,而是含有两种导电材料,当它们在胃里变湿时,可以在短时间内为传感器供电。食用后,传感器被设计成在正常的消化过程中通过身体移动。

  可吸收传感器和用于侵入性操作需要大量的生物测试。飞思卡尔的mpx2300dt1高容量的压力传感器的一次性应用(图1)提供了用于医疗诊断的一个低成本的解决方案,并监测患者血压、压力导管的应用。

  飞思卡尔mpx2300dt1压力传感器图像

  图1:飞思卡尔mpx2300dt1压力传感器可以用于侵入性的应用。

  具有集成温度补偿和校准,低成本,高容量,微型压力传感器封装可作为一个子模块组件或作为一次性使用。该装置结合生物医学批准用于各种侵入性应用材料的剪切应力压力传感器设计中的表现。

  硅凝胶介质涵盖硅压阻传感元件,提供一种无毒、无过敏弹性体系符合USP XX生物测试

  第五类要求。凝胶的性质使传感器能够均匀地向设备的隔膜表面传递压力,同时将内部电连接与液体的腐蚀作用隔离开来,如盐溶液。

  另一个例子,一个非常小的传感器是去年宣布当pH传感器,比头发细500倍,是由纳米技术科学家伊迪丝科文大学(ECU)。在一个最先进的洁净室设施中,研究人员使用氧化钌纳米薄膜来制造这种装置。Kamal Alameh,ECU的电子科学研究院主任解释说,解决方案集成的传感器和变送器来创建一个新的装置,取代传统的玻璃电极,已使用了约80年。

  钌氧化物传感器是非常小的,它适合整齐的胶囊约1厘米的长度和直径0.5厘米,发射器占据了胶囊的大部分空间。从胶囊内,传感器能够读取电压,它被转化为ph值或被测物质的酸度读数。传感器和发射机的电子线圈由外部磁能驱动。pH传感器可广泛应用于农业、环境科学和水处理领域。考虑到该设备适合胶囊,它也可以应用在医疗环境中,病人可以吞咽装置无伤害。

  “瘦”也适用于传感器的薄膜厚度。例如,NASA格伦研究中心(GRC)的传感器和电子部门正在开发用于推进系统研究的表面测量薄膜传感器(图2)。传感器用于应变、温度、热流和表面流动,以及对未来空间和飞行器部件的关键车辆健康监测和表征。

  使用薄膜制成的传感器在危险、高温环境中比有线或箔式传感器有几个优点。他们不需要,他们安装的,他们组成的特殊加工工艺,在低于10μm厚,薄丝或箔。技术取代总厚度大于10 m的传感器μ喷雾,NASA发现造成动荡和涡轮部件的加热,提供错误的测量结果。

  多层薄膜传感器的图像

  图2:在极端环境中使用,这种多层薄膜传感器读取几个参数。(美国宇航局GRC)


  薄型压力和温度传感器

  为了满足快速增长的可穿戴设备市场需求,意法半导体传感器,lps25hb是防水的MEMS压阻式绝对压力传感器作为数字输出的晴雨表。该装置包括感测元件和ic接口,该接口通过I2C或SPI从传感元件到应用程序进行通信。传感元件本身被弹簧悬挂以获得更大的震动/振动耐久性。它提供了高可靠性,易于系统集成,并使更薄的设备。

  除了小和薄,许多应用要求非接触式传感器解决方案。德克萨斯乐器/ B红外热电堆传感器TMP006在芯片级封装(图3)提供了非接触式温度传感用于医疗,美容,和火焰检测中的应用。它是安装在一个紧凑的包,测量只有1.6毫米×1.6毫米×0.625毫米。

  德克萨斯仪器/ tmp006b TMP006示意图

  图3:一个简化原理TMP006 / tmp006b德克萨斯仪器。

  TMP006,tmp006b完全集成MEMS热电堆传感器,通过吸收被动红外能量从一个对象在4μ米之间,波长为16μm查看最终用户的领域内测量物体的温度。

  在热电堆电压相应的变化是数字化和报道片模具的热传感器测量通过一个I2C和SMBus兼容接口。利用这些数据,对象的温度可以由外部处理器来计算。

  虽然瘦可能是有吸引力的,但使用传感器,则是为了使设计针对特定应用程序所需的功能。正如这篇文章所表明的,在超薄传感器技术背后,有许多驱动程序,各种现成的解决方案,以帮助工程师满足他们的设计要求,以及新的传感器正在开发的研究实验室的能力,直到最近才梦想。


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