传感新品
【中国科学院大连化学物理研究所:全海深11000米级原位荧光传感器海试成功】
近日,由中国科学院大连化学物理研究所研究员耿旭辉、研究员关亚风团队研制的单/双通道全海深11000米级原位微生物、有色溶解有机物(CDOM)和叶绿素荧光传感器在菲律宾海沟开展海试。
它搭载中国科学院深海科学与工程研究所的深渊原位科学实验站进行了5次海底试验,最大潜深7731米,测量到了从海平面到海底整个剖面的微生物、CDOM和叶绿素a的浓度,其与类似海域报道的剖面数据接近,并测到了该海域特有的“双峰”现象。
此外,两个传感器在5568米海底连续停留51天零7小时,均工作正常、获得了有效数据,表明系列全海深11000米级原位荧光传感器具有优良的长期连续在极端深度深海海底工作稳定性。
传感动态
【法德将开发太空量子传感器预测地震】
近日,法国和德国的航天机构正式获准开发“Carioqa”项目,计划2030年在卫星上装载量子加速计,旨在从太空准确绘制地球引力图。这将使预测地震、火山爆发,以及评估全球供水变化成为可能。
量子加速计能够以极其精确的方式测量不同的加速现象,例如构成地球的各部分的质量运动。这些超灵敏仪器已在采矿研究中发挥重要作用,但还无法提供全球视野。如能解决量子传感器在微重力条件下工作的难题,将实现绘制全球范围的重力强度,从而更好地测量与地震和海平面上升有关的地球重力变化。
“Carioqa”项目由法国国家空间研究中心(CNES)和德国航天中心(DLR)发起,获得了欧盟委员会资助,17个欧洲合作伙伴参与其中。法国CNES的计划负责人克里斯汀·法莱表示,将量子传感器送至太空是“世界首创”。
要检测地震的前兆信号,可通过量子传感器从太空捕获地球构造板块在深处的运动。而目前科学家只知道如何在地表测量这种运动,并且是在地震发生后。卫星量子传感器将能够在全球范围内持续监测地震风险区。
该计划另一个应用延扩至监测冰融化、强降雨、洪水等情况下的水团运动,以及更详细地观察与水团增加和全球变暖相关的海平面上升,这对于监测和了解气候变化至关重要。
在第一个演示阶段,由空中客车防务与航天公司设计的量子传感器将被放置在距地500—600公里的轨道上。传感器将使用激光操纵的冷原子来工作。失重状态下的测量时间将比地球上更长,从而能大大提高传感器的灵敏度。
【新华网:智能“传感”,“感知”天下】
如果把智能系统比作“人”,那么传感器就是“人”的感觉器官。不同类型的传感器,感知周围环境并把数据传递给系统进行计算,对情况进行实时分析、判断和应对。随着数字化智能化不断深入,各式各样传感器的用武之地大为拓宽,为人类创造美好生活发挥着巨大作用。
一部智能手机里有上百个传感器:有用于摄像的CMOS图像传感器,有用于检查环境明暗的环境光传感器,还有用于导航的地磁传感器、陀螺仪……正是基于这些传感器,手机里的各种应用软件才能流畅工作,手机才能成为集工作、生活、娱乐于一体的便携式智能设备,带来人们生活方式的巨大变化。风云卫星上的可见和红外光电传感器,能够不分昼夜地获取大气信息,精准预测天气,甚至在月球上、火星上都有传感器工作,帮助人类探索宇宙奥秘。
超越感官
传感器是信息系统的“慧眼”。它就像人类的眼睛、耳朵、皮肤等器官一样,感知周围环境,帮助我们认识多姿多彩的世界。不同之处在于,传感器比人的感官更敏锐、更强大。客观世界所包含的信息多样程度,远远超出我们感官的能力范围。人的眼睛无法观察红外辐射和紫外辐射,耳朵听不见次声波和超声波,对于“不见踪影”却时刻产生影响的磁场也无法感知。这些超出感官范围的信息,传感器都能“感受”到。
随着生产力发展,人类越来越需要全方位地感知世界。1821年,科学家利用材料因温差产生电压的原理,研制出世界上第一个传感器——温度传感器。最初,人们直接利用光、热、电、力、磁等物理效应制备各种传感器,这些传感器尺寸大、灵敏度低、使用不方便。上世纪70年代,出现了将敏感元件与信号电路进行一体化设计的集成传感器,如热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这类传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,输出vwin 信号。上世纪末开始,数字化传感器快速发展,通过“模拟/数字”转换模块,实现数字信号输出。数字化传感器集成智能化处理单元,可以自动采集、处理数据,并能根据环境自动调整工作参数,数码相机中的光敏元件就是其代表产品。
总的来说,传感器的工作原理是某些物质的电学特性会随环境因素变化。例如铂在不同温度下电阻率不同,硅在可见光照射下电阻会减小,石英受到压力后表面会产生电荷。利用电阻与温度的对应关系,可以制成温度传感器,进一步给敏感元件添加隔热结构,依据敏感元件温度变化与红外辐射能量之间的关系,可以制成红外传感器。在此基础上,还可以根据目标温度与红外辐射能量之间的关系,制造出非接触测温传感器。人们熟悉的用来测量体温的额温枪就利用了这一原理。借助丰富的物理和化学效应,人们制备出灵敏度比狗鼻子高1000倍、可以“闻到”气体分子的“电子鼻”,以及可以在黑夜中观察物体的红外相机等种类丰富、功能强大的传感器。
奠基智能化
数字化是对事物属性的量化,并用数字将其表达为抽象结果。借助现代信息技术,人们可以存储、处理、传播各种数字化信息。传感器可以将事物蕴含的各种信息转换成电信号,并利用数模转换电路将电信号用数字表达,是数字化的有效工具。当你拿出手机拍照片或视频时,光敏传感器会将接收的光强度信号转换成电信号,再按一定的规则用数字表达、存储,最终形成手机屏幕上的影像。
数字化基于传感器获取信息。数字化系统需要处理的信息量非常庞大,仅靠人工或者传统设备无法获取,凭借传感器则能够实时、高效、精准、快速地获取,于是有了城市大数据、天气大数据、医疗大数据、农业大数据等。利用各类传感器,人们可以召开远程会议、学习网络课程、扫码支付甚至直播带货,由此发展出数字经济业态。数字经济涉及的云计算、物联网、人工智能、5G通信等各类技术,都与传感器息息相关。
没有传感器就没有数字化和智能化。传感器是智能化系统的第一关,它的水平决定了智能化系统及其仪器设备的水平。传感器技术已经成为国际上信息高端器件领域的研究前沿,在人工智能、智慧城市、5G通信、航空航天、生命健康等领域均发挥着不可替代的作用。比如一辆汽车会安装压力、温度、位置、声音、光、电等超过100种传感器,由车载电脑进行处理,帮助驾驶员作出判断。对数据的智能化分析降低了驾驶汽车的难度,让汽车变得更安全、更好开。而且,无人驾驶汽车通过传感器实时获取道路信息,一旦发现障碍物,便通过智慧分析及时避让。城市中高楼大厦、桥梁、隧道等建筑,也需要通过视频、温度、压力和烟雾等传感器实时监控安全状况,当数据汇总到一起,智能化系统便会及时分析,提炼出少量关键信息供使用者作出决策。甚至在未来,人类的感官也可以借助传感器变得更加强大,构建起智能化系统。
开拓新场景
当前,各类传感器都处在进一步提升性能、降低成本,向数字化、智能化、小型化微型化、绿色低碳、可穿戴等方向进化,呈现出蓬勃发展态势。其中,智能传感器、柔性传感器、新原理传感器的研发具有代表性意义,有望塑造新的工作生活方式。
发展智能传感器是重要趋势。借助智能传感技术,人们设计制造出具备获取、存储、分析信息功能的各种传感单元及微系统,实现低成本、高精度信息采集。智能传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造、运动定量监测等方面,还可用于开发无创或微创健康监测器件等。近年来流行的动态血糖仪是个很好的例子。糖尿病患者将柔性传感器无痛置入身体,传感器每5分钟测一次血糖值,并传送到手机应用中。患者可以观察血糖曲线变化,及时通过饮食和运动等方法调节血糖,有的患者甚至由此告别了药物和胰岛素治疗。此外,人们还在研发可降解电子器件,让智能传感器更好助力低碳环保生活。
发展柔性传感器是另一趋势。许多应用场景要求传感器制备在柔性基质材料上,并具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。目前制备柔性传感器的常用传感材料有碳基材料(炭黑、碳纳米管和石墨烯等)、金属纳米材料(金属纳米线、金属纳米颗粒等)、高分子聚合物和蛋白纤维等。例如一种具有可拉伸、抗撕裂和自我修复能力的交联超分子聚合物薄膜电极材料,可用于制造下一代可穿戴和植入式柔性电子器件。将集成多功能的柔性传感器与柔性印制电路结合,可以制成“智能带”,把它穿戴在身体的不同部位,可实时监测与分析生理信息,帮助人们特别是感官退化的群体了解自身健康状况。
新原理传感器也在不断出现。在基础研究领域,新的规律陆续被发现,人们正利用这些科学新认知制备传感器。同时,技术进步也对基础研究提出新要求。在生活中,人们希望提高相机的像素、灵敏度、速度等性能参数;在高速实验中,需要可以记录飞秒尺度信息的条纹相机;在量子通信中,需要灵敏度达到单光子的光电探测器;在空天科技中,需要实现对高速运动物体和冷目标的探测,等等。这就要求科学家们进一步探索物理世界,发现新现象新规律,提升传感器性能。
随着科技快速发展,新材料新工艺不断投入应用,性能更强、种类更丰富、智能化水平更高的传感器将创造更多工作生活新场景,帮助人们“感受”美好生活。
【理工光科光栅阵列特种传感光纤拉丝塔在武汉投产运行! 院士姜德生出席仪式】
1月26日,历时近两年建设的理工光科(300557)光栅阵列特种传感光纤拉丝塔在武汉正式投产运行。理工光科光栅阵列特种传感光纤拉丝塔,是新一代大容量分布式光纤传感网络前端核心器件的重大生产装备,通过装备、材料和工艺创新,可实现光栅阵列传感光纤的大规模量产和定制开发,并全面超越第一代点式光纤光栅和常规分布式光纤传感系统各项指标。
中国工程院院士、理工光科首席科学家姜德生,中国信科集团党委副书记、总经理何书平,党委副书记戈俊,武汉理工大学党委书记信思金、副书记孟芳兵,湖北交通投资集团有限公司副总经理雷承出席投产仪式,仪式由武汉理工光科股份有限公司党总支书记、董事长、总经理江山主持。
当前,以高速公路、轨道交通、油气管线、石化电力等为代表的大型基础设施的数字化、智能化转型升级,迫切需要能够承载几十万甚至上百万个传感器、监测距离长达几十甚至上百公里的大容量、长距离传感网络。相比传统光纤传感技术,由武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心姜德生院士团队研发的、基于光栅阵列技术的新一代大容量光纤传感网络,具有“大容量、长距离、高精度、多参量、高可靠”的特点,能成为有效解决以上问题的首选方案,目前已在全球率先实现单根光纤十万量级光栅传感器的工业化制备,取得了世界领先的创新成果。
理工光科作为国家工程研究中心的参建单位,始终与姜德生院士团队开展全方位产学研合作,致力于新一代大容量光纤传感规模化生产和工程化应用,先后在高速公路、轨道交通、石油石化、能源电力、油气管线等多个行业领域开展系列创新实践。此次光栅阵列特种传感光纤拉丝塔生产线的建成投产,标志着理工光科已形成光栅阵列“传感光纤—传感光缆—解调仪表—软件算法—智能化平台”完整创新链条与布局,为实现光栅阵列传感产业规模化发展奠定坚实基础,也将进一步加速光栅阵列传感技术的规模化应用进程。
未来,理工光科将继续秉持“专精特新”创新发展理念,锚定“建设国际一流光纤传感企业”战略目标,持续完善光栅阵列传感网络技术、产品及解决方案,为我国光纤传感技术的发展做出更大贡献。
【拜登芯片补贴面临“不确定性”】
1月28日报道 据美国《华尔街日报》网站1月27日报道,随着选举临近,拜登政府急于强调一项标志性的经济倡议,预计将在未来几周向英特尔、台湾积体电路制造股份有限公司(台积电)和其他顶级半导体公司提供数以十亿美元计的补贴,以帮助它们建设新工厂。
这些补贴是530亿美元的《芯片法案》的一部分,该法旨在将先进微芯片的生产活动迁回美国本土。
这项2022年的法律实施缓慢,令一些人感到沮丧。超过170家公司已经提出申请,但迄今当局只向非尖端芯片的制造商提供了两笔数目不大的拨款。
熟悉谈判情况的行业高管表示,即将公布的拨款金额要大得多,旨在启动驱动智能手机、人工智能和武器系统的先进半导体的制造活动。
这些高管预计,在定于3月7日发表的《国情咨文》讲话之前,将宣布部分拨款。随着总统竞选活动升温,在《国情咨文》讲话中,民主党总统拜登将寻求展示自己的经济成就。前总统唐纳德·特朗普是共和党总统提名的领先者。
智库美国企业研究所的技术和创新高级研究员威廉·莱因哈特说:“在局面真正开始升温之前,显然存在让大公司获得资金的压力。”
宣布补贴是第一步,随后将进行尽职调查,然后达成最终协议。随着项目的推进,资金将分阶段发放。
一些议员和行业官员担心,由于审批和其他方面的延误,这些由纳税人资助的工厂可能需要等上数年才能制造美国产芯片。
可能得到补贴的企业包括英特尔,该公司位于亚利桑那州、俄亥俄州、新墨西哥州和俄勒冈州的在建项目将耗资超过435亿美元。另一个可能得到补贴的企业是台积电,该公司在菲尼克斯附近有两家在建的芯片工厂,总投资为400亿美元。亚利桑那州和俄亥俄州被认为是11月总统和国会选举中的摇摆州。
台积电上周表示,预计将把亚利桑那州第二家工厂的投产时间推迟一到两年,理由是美国的激励措施存在不确定性。台积电早些时候将第一家工厂的投产时间从2024年推迟到2025年上半年。
太平洋西北国家实验室安全和技术顾问约翰·费尔韦说:“如果台积电想在台湾或日本建厂,可以比在美国快得多。”
审核编辑 黄宇
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