盤點近期感測器在社會領域的創新應用

2021-10-01 00:09:52 字數 2103 閱讀 3154

研製新型感測器,對於社會生產、經濟交往、科學技術和日常生活中自動測量和自動控制的發展,以及人類觀測研究自然界的深度和廣度都具有重要的實際意義。新型感測器將會更多應用在人們有待突破的行業,感測器技術創新永遠是感測器研究員孜孜不倦的追求。

近期,伴隨著感測器技術的頻繁突破,感測器進一步滿足社會大領域的最新需求。在光學生物感測器、光纖感測器、細菌感測器多個方面體現的尤為突出。

新型生物感測器:監測感染性病毒

近期,俄羅斯科學家開發出了一種新的雷射技術,用於製造新穎的光學生物感測器,這種感測器能夠在幾秒鐘內識別感染性疾病。該裝置通過紅外光來顯示有害的細菌和病毒,可以在大型的交通樞紐,如機場等需要不斷監測大量的客流的環境下得到廣泛應用。

這種新的生物感測器的另乙個優點是它的靈敏度。「光學生物感測器,使用我們的技術可以檢測單個細菌,」sergey kudryashov說,他是機械與光學大學雷射技術與儀器學院和列別捷夫物理研究所氣體雷射器實驗室的領導研究員。「在一些公共機構,如幼兒園、學校內傳染病的早期診斷,特別對於高校的季節性流行病有很好的幫助。對於在傳染病醫院的醫生來說,這種技術可以是乙個寶貴的資產,可用於早期和更快的診斷。」

科學家們希望在未來,由於較低的生產成本和快速的製造工藝,以及更常見的基板材料的使用,新的光學生物感測器平台將得到廣泛的實際應用。此外,根據研究人員的說明,一旦光譜庫被校準,感測器將能夠識別不僅是致病微生物的型別,且會包括它們的近似型別。

光纖雷射感測器:結構健康監測

近日,來自美國海軍研究實驗室(nrl)光學科學部與材料科學部的研究人員合作,成功地使用分布式反饋光纖雷射聲發射感測器檢測出了鉚接搭接接頭中裂紋產生的聲發射訊號。這種嵌入式的感測器可以用於解決鉚接件週期性「微動磨損」的聲事件以及檢測來自裂紋的聲發射資訊。對搭接處的延時成像,將可以使觀測到的斷裂與測量的訊號之間建立起關聯。

除了裂紋檢測,這種光纖雷射感測器還能夠有效檢測衝擊損害影響,此外,該感測器還具有能夠與現有光纖應變和溫度感測系統進行整合的潛力。這為滿足現場結構健康監測體系的操作安全要求提供了一種多引數感測能力,值得一提的是,這還將顯著降低整體的成本費用。

研究員強調這項技術將有可能應用在除軍事領域以外的許多方面。「我們的研究及應用重點是海軍等國防方面,例如飛機、艦船和潛艇等。如果一些橋梁或者建築物結構中含有易受疲勞和失效影響的關鍵部件,那麼該技術同樣可以用於對這些結構進行連續監測」。目前,還沒有其它的本徵型光纖感測器能夠與光纖雷射聲發射感測器在實驗室中測試所達到的效能相匹敵。

細菌感測器:檢測內分泌干擾物

接觸內分泌干擾物(endocrine-disrupting chemicals, edcs)與肥胖和癌症等疾病相關聯。edcs是干擾天然的激素受體的化合物。它們存在於多種消費品中,比如雙酚a(bisphenol a, bpa)能夠在一些塑料容器中發現。在一項新的研究中,來自美國加州大學伯克利分校的研究人員利用大腸桿菌開發出一種新的方法來檢測edcs。

這些研究人員報道,這種感測器能夠檢測具有不同結構的edcs,包括bpa和己烯雌酚。他們也測試了這種感測器是否能夠檢測消費品中的edcs。他們比較了塑料嬰兒奶瓶(儘管它的標籤上標註不存在bpa,但是當經微波爐加熱時,它確實會釋放edcs)和玻璃瓶。在對這兩種瓶子進行微波爐加熱10次每次加熱兩分鐘後,他們能夠檢測到這種塑料嬰兒奶瓶存在顯著的雌激素活性,但是這種玻璃瓶不存在。

如今,這些研究人員希望對這種感測器進行改造,以便也能夠檢測其他的環境化學物。

縱觀分析,隨著技術研發的持續深入,成本的下降,效能和可靠性的提公升,在物聯網、移動網際網路和高階裝備製造快速發展的推動下,感測器的典型應用市場發展迅速。

我國感測器應對國外市場的壓力,挑戰激烈的市場競爭,未來感測器產業的發展傾向於三大領域,其一是以工業控制、汽車、通訊、環保為重點服務領域,以感測器、彈性元件、光學元件、專用電路為重點物件,發展具有自主智財權的原創性技術和產品;其二,以增加品種、提高質量和經濟效益為主要目標,加速產業化,使國產感測器的品種占有率達到70%——80%,高檔產品達60%以上;其三是以mems工藝為基礎,以整合化、智慧型化和網路化技術為依託,加強製造工藝和新型感測器和儀表元器件的開發,使主導產品達到和接近國外同類產品的先進水平。

隨著現代科技技術的高速發展,人們生活水平的迅速提高,感測器技術越來越受到普遍的重視,它的應用已滲透到國民經濟的各個領域。感測器產業化發展迎來前所未有的機遇,值得一提的是,國家對科技軟實力的突出重視為感測器技術突破創造了極為俱佳的創新溫床,期待感測器產業在新年伊始能開創良好的開頭。

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