傳感器靈敏度調節的案例
使用 COMSOL Multiphysics 模擬高靈敏度光纖壓力傳感器
光纖于上世紀五十年代被成功開發，目前已廣泛應用于電力傳輸、通信、成像和傳感等領域。
具體來說，光纖具有優良的介電屬性和廣泛的適用性，因而可以在其他傳感技術可能失效的環境中使用，例如真空室和海底等極端環境。
從光纖傳感器到壓力傳感器
標準光纖是專為電信設備而設計，通常無法用于傳感領域。為了使光纖對所需參數足夠敏感，人們必須對其進行加工處理，例如對光纖光柵進行刻印，或者采用特制的微結構光纖。在高靈敏度壓力傳感器方面，微結構光纖展現出了良好的應用前景。高靈敏度壓力傳感器可用于石油勘探等領域，技術人員和工程師可以使用它來檢測流體壓力。圖 1 展示了文獻報道的三種可用作壓力傳感器的光纖。
圖 1. 壓力傳感測量裝置中的微結構光纖。（a）光子晶體光纖1；（b）帶三角形格子孔的微結構光纖2；（c）側孔光子晶體光纖3。
壓力傳感器中的微結構光纖通常具有特殊的構造，外部施加的載荷會導致光纖內產生不對稱的應力分布，進而使光纖的雙折射特性（一種使光束的折射率呈各向異性的材料屬性）發生改變，于是便可以通過測量雙折射特性的變化來實現傳感檢測。
位于巴西的坎皮納斯大學（Unicamp）的研究人員 Jonas Osório 表示：“光纖傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾等優點，并能適用于惡劣環境。同時它們體積小、重量輕，較同類傳感器而言有著更加廣闊的適用范圍。”
然而現有文獻資料中報道的光纖，其微觀結構都相當復雜，并且需要進行多次拉制，然后由手工完成精密的結構組裝?？财ぜ{斯大學和空軍研究所（IEAv）正在合作開發一種名為“嵌入芯式毛細管光纖”的特殊類型光纖，它可以被用于制造高靈敏度的壓力傳感器。研發人員需要對這類光纖的制造工藝進行簡化，其中包括預成型制備法和直接拉絲法。
展開 一種基于液-固界面摩擦納米發電機的高靈敏度波浪傳感器及其在智能海工裝備的應用
為了提高智能海工裝備的環境感知能力，開發出高靈敏度波浪傳感器以監測海浪與海上平臺、船舶等海洋設備之間的相互作用非常重要。最近，基于摩擦起電效應和靜電感應耦合的摩擦納米發電機(TENG) 用于能量收集和自驅動傳感器已經成為一種強大的技術。作為最重要的TENG類型之一，基于液-固界面的TENG可用于收集水波能量和其他應用，例如自供電pH計、濃度或壓力傳感器。研究人員提出并探索了一系列用于收集水波能量和傳感的液固界面摩擦納米發電機(LS-TENG)，可收集由液-固界面產生的靜電能。此外，還研究了類似浮標的LS-TENG和水槽式LS-TENG，以有效地收集水波能量。U形LS-TENG作為自供電多功能傳感器，其中復雜的機械運動可以轉化成壓力和電信號。因此，液-固界面摩擦納米發電機具有很大的潛力，可用作智能海工裝備的高靈敏度波浪傳感器。
【成果簡介】
近日，美國佐治亞理工學院王中林院士(通訊作者)等提出并系統地探究了一種基于液固界面摩擦納米發電機的高靈敏度波浪傳感器，并在Nano Energy上發表了題為“A highly-sensitive wave sensor based on liquid-solid interfacing triboelectric nanogenerator for smart marine equipment”的研究論文。上述波浪傳感器由銅電極、覆蓋具有微結構表面的聚四氟乙烯膜制成。作者系統地研究了傳感器基底、波高、頻率和鹽度對波浪傳感器輸出性能的影響。結果發現，輸出電壓隨波浪高度呈線性增加。電極寬度為10 mm的波浪傳感器，靈敏度為23.5 mV/mm，意味著波浪傳感器可以感知毫米范圍內的波高。此外，通過加寬電極和/或增強表面疏水性可以進一步提高靈敏度。
展開 一款將模擬信號轉換為數字信號的高靈敏度、高紅外抑制的環境光傳感器-WH4517V
結構圖：
?優勢：
I2C接口（400kHz/s高速模式）
供電電壓范圍為2.4 V至3.6 V
工作溫度范圍：-40℃至+85℃
接近傳感器
接近傳感芯片 - WH4517V特點：
輸出計數與環境照度計讀值成正比
超高靈敏度可適用于極低透光度(<1%)應用結構，如塑料殼，OLED，狹縫等
超高的紅外光抑制率
室內光源閃爍噪聲抑制
與人眼明視覺曲線相匹配的響應頻譜
低功耗
雙通道工作時小于180uA的耗電流
關斷時耗電流小于1μA
可編程PWM和LED電流
中科大朱彥武團隊《先進功能材料》：三維石墨烯/PDMS復合薄膜應變傳感器兼具高靈敏度和廣應變范圍
研究表明，通過調節生長溫度改變三維石墨烯膜（3D-GFs）的石墨化程度以及缺陷，能夠實現三維石墨烯膜（3D-GFs）在彈性導體和大范圍應變傳感器等不同應用。我們相信這項研究為CVD石墨烯應用于大范圍可拉伸傳感器提供了基礎；通過進一步調控生長基底上孔的微觀形貌以及生長條件，或可進一步改善其性能并應用于其他可拉伸電子器件領域
介紹壓力電容器的靈敏度計算、電容器設計 ￥300
內容： 介紹壓力電容器的靈敏度計算。設計到方法由動網格，固體力學，靜電，機電力。以及計算變形后的幾何通過網格導到第二個模型（組件）進行重新幾何建模在計算。
購買視頻后，請聯系我們提供模型！
Optisystem應用：光電檢測器靈敏度建模
<p><br></p><p><br></p><p>任何光接收機的主要工作部件之一是光電檢測器（其將光功率轉換成電流）。根據系統性能目標，可以使用PIN或APD（雪崩光電二極管）光電探測器。</p><p>誤碼率（BER）是用于確定通信傳輸系統可靠性的主要指標，通常與接收機靈敏度值相關聯，該靈敏度值定義必須到達光電檢測器以實現所需BER性能的最小平均光功率。或者，可以從采樣信號統計中計算信道的Q因子，并用于估計系統BER（OptiSystem支持兩種計算方法）。</p><p> </p><p>光電探測器在定義基本通信系統的最終靈敏度方面起著重要作用，因為它以散粒（基于量子）和熱噪聲的形式提供統計擾動。它還引入了暗電流（可以看作是直流噪聲），并且具有定義的響應度（一種測量每單位功率輸入獲得多少電輸出），其取決于入射光的波長和傳感器的材料特性以及物理設計。除了這些效應之外，由于存在結電容并且需要連接到負載電阻器來測量接收信號，所以光電檢測器還表現出頻率依賴性的傳遞函數（在這個分析中，假定傳遞函數是理想的）。</p><p> </p><p>以下四個示例演示如何設置和測量（使用OptiSystem）PIN和APD強度調制直接檢測（IM-DD）系統的接收機靈敏度，特別是：</p><p>量子受限理想PIN光電探測器</p><p>熱噪聲受限PIN光電探測器</p><p>熱噪聲和散粒噪聲APD的性能</p><p>具有光學前置放大的PIN光電探測器</p><p>本案例的參考文件是: PIN and APD Receiver Sensitivity Analysis Version 1_0 24 Jan 17.osd.
展開 評估號角揚聲器的效率和靈敏度
01 簡介
“Evaluation of efficiency and voltage sensitivity in horn drivers”（評估號角揚聲器的效率和靈敏度）。
仍然是Alexander Voishvillo的匯報。重新評估了號角揚聲器的效率和靈敏度。
按傳統理解，當號角揚聲器聲負載阻抗等于音圈直阻時，輸出效率最大為50%。
這樣就可以得到效率最高時的相位塞入口的面積。
Sd/St即為壓縮高音的壓縮比。
但聲輻射阻抗并不能僅僅等同于電阻，會隨頻率變化。
2004年 Don Keele 在AES 上發布了論文 “Maximum Efficiency of Compression Drivers”（壓縮驅動器的最大效率）。
02 建模和測試
文中挑選了JBL一款壓縮高音2432K來進行建模和測試。這款高音有用到JBL最新的線陣VTX A8和A12中。
展開 Optisystem應用：光電檢測器靈敏度建模
光學靈敏度計算方式有三種：光子每位，功率（W），功率（dBm）
帶寬比（rf）定義了濾波器帶寬與電接收機帶寬的比率（保持該比率低有助于提高接收機靈敏度）。
圖4.1.光前置放大器（PIN）
Lumerical案例 | 基于粒子群優化的雙波段MIM濾波器引領高靈敏度檢測革新
傳統傳感技術因靈敏度不足、體積龐大等問題，難以滿足高精度、實時檢測的需求。而等離子體技術的崛起，為突破這一困境帶來了曙光。本文將深入解讀一項發表于《Scientific Reports》的創新研究——基于粒子群優化（PSO）的緊湊雙波段金屬-絕緣體-金屬（MIM）濾波器設計 ，探討其如何通過精妙設計與智能優化，實現高靈敏度折射率傳感的重大突破。
等離子體與MIM結構的獨特優勢
等離子體技術是當前光學領域的研究熱點，它聚焦于電磁波與金屬-介質界面自由電子的相互作用，這種作用會激發表面等離激元極化激元（SPPs）——沿金屬-介質邊界傳播的電子集體振蕩。SPPs具有亞波長光限制能力，能將光場壓縮到遠小于衍射極限的尺度，這為高分辨率成像、高靈敏度傳感等應用奠定了堅實基礎。
在眾多等離子體結構中，金屬-絕緣體-金屬（MIM）波導憑借其卓越性能脫穎而出。MIM波導由夾在兩層金屬之間的超薄介質層構成，能高效束縛和引導SPPs長距離傳播。在折射率傳感中，當周圍介質的折射率發生微小變化時，SPPs的共振波長會隨之偏移，通過監測這種偏移即可實現對折射率變化的高精度檢測。然而，設計高性能MIM傳感器面臨諸多挑戰，如何最大化靈敏度、提升傳輸效率、降低光學損耗等，這需要對傳感器尺寸進行精準調控，優化品質因數等關鍵參數。
緊湊雙波段MIM濾波器的結構解析
該論文提出的雙波段MIM濾波器在結構設計上獨具匠心，為高靈敏度傳感提供了硬件支撐。濾波器以銀為金屬材料，空氣為絕緣介質，整體呈現對稱結構，沿中心線分布著兩個新型短截線（stub），每個短截線內含兩個對稱分布的空氣孔洞，波導中間還設有一個小型垂直短截線，如圖1所示。
圖1 MIM濾波器的示意圖
這些結構細節并非隨意設置，而是經過精心設計。
展開 利用人體對周圍電磁波的增強感應，直接可視覺觸覺感知和超靈敏觸覺傳感器
高性能觸覺傳感器可應用于多種技術，如安全監控、工業自動化、智能機器人、電子皮膚等。隨著各種功能材料的出現，許多具有高拉伸性、自愈合或自供電能力等新特性材料也被應用于觸覺傳感器。除了材料創新，許多不同的物理機制也被用作觸覺傳感器的傳導原理，包括壓阻、可變電容，甚至接觸帶電效應。不同物理機制的引入可以進一步刺激高性能觸覺傳感器的發展。觸覺傳感技術在工業領域的關鍵目標是實現高分辨率和高靈敏度，同時簡化系統的復雜性。因此，不斷實驗不同的傳導機制來實現觸覺感知是觸覺傳感器發展的一項必要任務，這可以促進智能手機、人機交互等領域的應用。
在過去的幾年中，基于麥克斯韋位移電流和靜電場的傳感技術作為一個新興的研究方向受到了極大的關注?；谀Σ岭娂{米發電機(TENG)的感應型傳感器是利用麥克斯韋位移電流的最具代表性的技術之一。這些基于TENG的傳感器可以產生大的電壓輸出，以提高檢測靈敏度，同時降低能耗。然而，由于電荷泄漏和交叉互感， TENG靜電數據的采集系統的復雜性會顯著增加。因此，研究人員非常希望開發一種改進的方法，能夠繼承這些TENG基傳感器的優點并避免其缺陷。
【成果簡介】
近期，來自中科院北京納米能源與系統的陳翔宇研究員和王中林院士（共同通訊）團隊在Advanced Functional Materials上發表文章，題為：Directly Visualizing Tactile Perception and Ultrasensitive Tactile Sensors by Utilizing Body‐Enhanced Induction of Ambient Electromagnetic Waves。
展開 浙江大學唐?？?、劉昭明團隊AFM：基于有機無機共聚開發高靈敏度濕度驅動器
這種巧妙的設計使得該驅動薄膜對濕度梯度的響應速度與靈敏度均優于之前報道的其它雙向彎曲的濕度響應材料。這樣，有機無機共聚薄膜能夠在濕度梯度很低的冰表面上進行“自運動”(圖2)，將濕度梯度轉換為動能，這類新材料為自然能的開發與利用提供了一種新策略。該研究表明，通過無機離子寡聚體與疏水高分子進行復合可以為智能材料的設計和制造提供了新的思路，也進一步展示了有機無機共聚在材料制備上的優勢。
圖2.(a)距離冰表面不同高度的溫度以及絕對濕度；(b)冰塊上的驅動薄膜上下兩面處于不同的濕度環境中；(c)共聚薄膜能在冰表面上實現翻滾“自運動”。
相關研究成果發表在Advanced Functional Materials期刊上。該研究受到國家自然科學基金的資助。論文的第一作者為浙江大學化學系博士生何彥和孔康任，通訊作者是浙江大學化學系唐睿康教授和劉昭明研究員。
展開 
中山大學吳進：高穩定/超靈敏/可拉伸/快響應/可穿戴水凝膠薄膜溫度傳感器
【科研摘要】
導電水凝膠可用于與皮膚集成在一起的可穿戴電子設備中，但是現有基于水凝膠的溫度傳感器的整體結構限制了佩戴舒適性，響應
/恢復速度和靈敏度。
最近
，
中山大學
吳進副教授
團隊
設計了基于新型薄膜夾層結構（TFSS）的可拉伸且透明的溫度傳感器，
該傳感器顯示出前所未有的熱敏性（24.54％/°C），快速響應時間（0.19 s）和恢復時間（0.08 s），寬廣的檢測范圍（
?
28至95.3°C），高分辨率（0.8°C）和高穩定性。
薄的水凝膠層（12.15μm）被兩層薄的彈性體層封裝，可防止水蒸發并增強熱傳遞，從而提高穩定性并加快響應/恢復速度。摻入水
凝膠的可水合溴化鋰（
LiBr）進一步提高了非干燥和抗凍能力，使其能夠在極端干旱的環境中避免脫水，并在零下溫度以下凍結（凝固點低于-120°C）。一項比較研究表明，
在室溫下，TFSS傳感器在電容模式下顯示的熱靈敏度是傳統電導/電阻模式下的熱靈敏度的幾倍。
重要的是，提出了一種基于水平平板電容模型的新機制，以通過考慮TFSS的介電常數和幾何變化來理解高靈敏度。薄的TFSS，可拉伸性和透明性使該傳感器能夠舒適地貼合在人體皮膚上，以便實時可靠地監視各種人體運動，身體狀態，皮膚溫度等，而不會影響外觀。
相關論文以題為
Ultrasensitive, Stretchable, and Fast-Response Temperature Sensors Based on Hydrogel Films for Wearable Applications
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
【主圖導讀】
圖
1.
展開 北化李曉鋒/于中振《AFM》超靈敏壓力/彎曲傳感器雙向冷凍軟而彈性層狀石墨烯氣凝膠的合理設計
摘要
為了通過減弱抗壓強度同時保持彈性來提高石墨烯氣凝膠基壓阻傳感器的靈敏度，
北京化工大學
李曉鋒副教授
/
于中振教授
團隊
通過雙向冷凍氧化石墨烯的水懸浮液，制備具有高彈性和令人滿意的電導網絡的輕質層狀石墨烯氣凝膠（LGA）。少量有機溶劑的存在，然后進行凍干和熱退火。
由于 LGA 的層狀結構，其沿垂直于層狀表面的方向的壓縮強度遠低于具有相似表觀密度的各向同性和單向排列的石墨烯氣凝膠的壓縮強度，從而導致基于 LGA 的超靈敏壓阻傳感器具有高-3.69 kPa
-1
的靈敏度和 0.15 Pa 的低檢測限。
基于 LGA 的壓阻傳感器的超高靈敏度和低檢測限有助于檢測室溫和液氮中的細微壓力，并具有檢測動態力頻率和聲音的能力振動。此外，由于石墨烯薄片之間的連接點較少，LGAs 切片可以集成為一個寬范圍且靈敏的彎曲傳感器，可以檢測從 0°到 180°的任意彎曲角度，檢測限低至 0.29°，并且有效檢測手腕脈搏和手指彎曲的生物信號。相關論文以題為
Rational Design of Soft Yet Elastic Lamellar Graphene Aerogels via Bidirectional Freezing for Ultrasensitive Pressure and Bending Sensors
發表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
圖解
通過定向冷凍和凍干形成 LGA
圖1
通過在水、乙醇或 THF 存在下雙向冷凍 GO 懸浮液，然后冷凍干燥和熱退火來制造 LGA 的示意圖。
展開 Horiz.》南開大學劉遵峰:二硫鍵交聯來調節傳感器，開關和軟機器人的頭發人造肌肉的可逆性
【科研摘要】
對于生物相關應用中的軟機器人，傳感器和控制器，非常需要生物相容性和可生物降解材料制成的拉伸和扭轉人造肌肉。
扭曲的纖維可用于制備拉伸和扭曲的人造肌肉，而始終需要扭曲束縛，以避免釋放插入的扭曲，這增加了設備設計的復雜性。此外，還沒有實現對扭曲的纖維人造肌肉的可逆性的調節。最近，
南開大學
劉遵峰教授
團隊
通過二硫鍵交聯用來制備新型的無捻的毛發纖維中無束縛的吸濕性拉伸和扭轉纖維人造肌肉。交聯度的增加將纖維人造肌由不可逆的驅動轉化為可逆的驅動。
分別對扭曲的，同手卷的和異手卷的頭發纖維實現了不同類型的致動，包括旋轉，收縮和伸長?？赡娴呐まD纖維人造肌表現出
122.4°mm
-1
旋轉，
同手性和異手性纖維人造肌表現出94％的收縮率和3000％的伸長率，
最大工作能力和能量密度分別為
6.35 J kg
-1
和69.8 kJ m
-3
，分別在暴露于水霧的情況下被實現。
這項工作提供了一種新的策略，可以保留生物纖維人造肌肉中插入的扭曲并調整肌肉的可逆性，從而顯示出在生物相容性智能材料，傳感器和機器人技術中的應用前景。
相關論文以題為
Tuning the reversibility of hair artificial muscles by disulfide cross-linking for sensors, switches, and soft robotics
發表在《
Materials Horizons
》上。
【新概念】
人體肌肉是具有扭曲結構的自立式纖維致動器，因此非常需要開發無系鏈的可生物降解的扭曲纖維人造肌肉的策略。此外，對于不同的應用場景，可逆和不可逆的人造肌肉都很重要。
展開 洗衣機中濁度傳感器的應用
到后來的全自動洗衣機，它里面開始應用到壓力傳感，水和洗滌物的壓力作用在傳感器上，利用氣室將在不同水位情況下水壓的變化作為空氣壓力的變化檢測出來，從而自動控制洗衣流程有進水出水以及洗滌。
現在判斷洗衣機性能的參數已經不再是最基本的洗凈比，能耗以及耗水量等指標。根據洗衣機的洗滌時間和漂洗次數，讓洗衣機自動處理，采用濁度傳感器檢測污濁程度，通過判斷污濁程度確定最佳的洗滌時間和次數，減少能耗和水耗。
濁度是由水中的懸浮顆粒引起的，懸浮顆粒會漫反射入射光，通常采用90度方向的散射光做為測試信號。由于散射光與濁度符合多段線性關系，而且光源強度和溫度變化均會影響測量結果的準確性，經多次實驗研究和理論推算，發現散射光與透射光的比值與濁度符合線性關系。
濁度傳感器AR-TS-300B是一種專門用于家電產品的低成本傳感器，采用散射光與透射光比值代替單純的散射光測量濁度，傳感器的準確度、可靠性提高，維護更加簡單，抗污性增強。
主要用于洗衣機、洗碗機等產品的水污濁程度的測量，通過把水的污濁度轉換為0~5V的模擬電壓輸出來表示所洗物品潔凈程度，從而實現智能洗滌。
濁度傳感器 AR-TS-300B 參數：
展開 