傳感新品

【溫州大學(xué)：研發(fā)基于銅/石墨烯復(fù)合薄膜的柔性應(yīng)變傳感器】

研究分析了一種具有扭轉(zhuǎn)低干擾、防水和自粘特性的柔性應(yīng)變傳感器，該傳感器以銅/石墨烯微裂紋復(fù)合膜作為應(yīng)變敏感層，以自粘硅膠作為防水和自粘層。該傳感器具有響應(yīng)范圍廣（應(yīng)變能力高達(dá) 110%）、靈敏度高（測量系數(shù)為 847.87（92% < ε < 110%））、傳感耐久性好（在 25% 應(yīng)變下的響應(yīng)周期為 10000 次）等特點(diǎn)，并能檢測超小應(yīng)變（0.2% 應(yīng)變）。此外，該傳感器在不同應(yīng)變水平（0%-40%）和狀態(tài)（未扭轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn) 90° 和扭轉(zhuǎn) 180°）下表現(xiàn)出相似的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，表明其具有扭轉(zhuǎn)低干擾的特性。此外，自粘性硅膠可使傳感器直接粘附在皮膚表面，減少運(yùn)動(dòng)偽影，提高水下活動(dòng)時(shí)監(jiān)測復(fù)雜應(yīng)變狀態(tài)的準(zhǔn)確性。因此，該柔性應(yīng)變傳感器有望成為水下使用的下一代柔性應(yīng)變傳感器。

圖文導(dǎo)讀

圖1.MGCC傳感器的工作原理

圖2.MGCC傳感器的表征

圖3.MGCC的傳感性能

圖4.MGCC傳感器的扭轉(zhuǎn)和自粘測試

圖5.MGCC傳感器的防水測試

圖6.用于人體運(yùn)動(dòng)檢測的MGCC傳感器

小結(jié)

本研究提出了一種高靈敏度的應(yīng)變傳感器，該傳感器具有扭轉(zhuǎn)、低干擾、自粘性和防水性。傳感器設(shè)計(jì)基于裂紋橋接機(jī)制，該機(jī)制包括將石墨烯薄膜摻入銅膜中。這種設(shè)計(jì)有效地解決了與基于裂紋的應(yīng)變傳感器相關(guān)的響應(yīng)范圍有限和重復(fù)性差的問題。此外，敏感膜上覆蓋有硅膠，具有防水和自粘性能。此外，這種涂層限制了裂紋島的擴(kuò)展自由度，允許裂紋島之間更好地?cái)嚅_和重新連接，從而提高傳感器的整體性能。

鑒于這些機(jī)制，MGCC應(yīng)變傳感器表現(xiàn)出高達(dá)847.87（92%< ε <110%）的應(yīng)變系數(shù)，110%的寬響應(yīng)范圍和25%應(yīng)變下10000次循環(huán)的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)響應(yīng)。此外，它還可以檢測超小應(yīng)變（0.2%應(yīng)變）。此外，該應(yīng)變傳感器在小于 40% 的應(yīng)變拉伸下對 0°–180° 的扭轉(zhuǎn)敏感度低，表明它具有一定程度的扭轉(zhuǎn)低干擾。它還展示了凹凸應(yīng)變的準(zhǔn)確分辨率。因此，MGCC傳感器可用于監(jiān)測水下活動(dòng)、人體生理和運(yùn)動(dòng)。該傳感器的出色性能使其成為電子皮膚、水下機(jī)器人和醫(yī)療保健應(yīng)用的有前途的候選者。

傳感動(dòng)態(tài)

【武漢敏聲擬投資30億元建總部及濾波器研制基地】

1月5日，武漢敏聲高端射頻濾波器研發(fā)生產(chǎn)基地項(xiàng)目與武漢東湖高新區(qū)簽約。項(xiàng)目投資30億元，在光谷左嶺街道落地，達(dá)產(chǎn)后產(chǎn)能約為每月1萬片，該項(xiàng)目是2024年光谷首個(gè)簽約項(xiàng)目。

據(jù)悉，射頻前端芯片是移動(dòng)智能終端產(chǎn)品核心組成部分之一，是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，其中濾波器是射頻前端芯片中價(jià)值最高、增長最快的細(xì)分領(lǐng)域，國產(chǎn)化率偏低，已被納入國家“十四五”規(guī)劃前沿領(lǐng)域攻關(guān)項(xiàng)目。

該項(xiàng)目由致力于射頻前端BAW高端濾波器制造的武漢敏聲新技術(shù)有限公司主導(dǎo)投資，董事長孫成亮也是武漢大學(xué)教授，他聯(lián)合多名國際知名業(yè)內(nèi)專家于2019年共同創(chuàng)立敏聲，申請專利200多項(xiàng)，已具備從設(shè)計(jì)到制造的完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

去年7月，武漢敏聲與北京賽微電子合作共建的“敏聲-賽萊克斯北京8英寸BAW濾波器聯(lián)合生產(chǎn)線”實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)能每月2000片，已拿到客戶批量訂單。敏聲總部及基地落戶，將助力光谷提升集成電路產(chǎn)業(yè)集聚度和顯示度。

光谷是全國四大集成電路產(chǎn)業(yè)基地之一，不斷加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、支持前沿引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新，構(gòu)建了以存儲(chǔ)芯片為主、化合物芯片競相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系。近一年，子牛亦東等產(chǎn)業(yè)鏈核心企業(yè)落戶。

【中國電科MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地揭牌，可新增2000萬只（套）年生產(chǎn)能力】

傳感器專家網(wǎng)獲悉，近日，集團(tuán)下屬中國電科產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究院投資建設(shè)的MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地在河北石家莊竣工揭牌。新建的MEMS傳感器封裝測試與系統(tǒng)集成產(chǎn)品線，可新增2000萬只（套）年生產(chǎn)能力。

MEMS傳感器是重要的汽車電子器件，具有高集成、高可靠性和智能化等特點(diǎn)，可精確完成汽車全天候定位定向。以MEMS傳感器為核心打造的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，能在GPS、北斗、5G等信號不佳時(shí)，利用感知的道路信息和對汽車航跡的推演，提供即時(shí)定位和導(dǎo)航功能。

MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地項(xiàng)目集MEMS研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、封裝測試和系統(tǒng)集成于一體，能夠滿足航空航天、新能源汽車、人工智能等戰(zhàn)略新興行業(yè)對MEMS核心產(chǎn)品的需求。

【前博世半導(dǎo)體廠長 Christian Koitzsch 接任臺積電歐洲子公司總裁】

1 月 7 日消息，德累斯頓（Dresden）Silicon Saxony 首席執(zhí)行官貝森伯格（Frank B?senberg）證實(shí)，Christian Koitzsch 將擔(dān)任臺積電歐洲半導(dǎo)體制造子公司 ESMC 的總裁一職，未來有望負(fù)責(zé)德勒斯登新廠的建廠。

Koitzsch 出身物理學(xué)博士，曾在羅伯特?博世擔(dān)任過不同主管職位，并于 2021 年 7 月出任德累斯頓晶圓廠的廠長。

公開資料顯示，博世這座 12 英寸晶圓廠主要生產(chǎn)車用芯片，以高度自動(dòng)化聞名，號稱是歐洲最先進(jìn)的晶圓廠，而臺積電德國工廠選址正好在隔壁。

臺積電去年 8 月宣布，將在德國東部的德累斯頓成立合資公司“歐洲半導(dǎo)體制造公司”，持股 70%，博世、英飛凌、恩智浦等歐洲半導(dǎo)體業(yè)者各持股 10% 。

這是臺積電在歐洲的第一座生產(chǎn)基地，預(yù)計(jì) 2027 年底投產(chǎn)。該項(xiàng)目總投資額超 100 億歐元（當(dāng)前約 783 億元人民幣），德國政府將給予 50 億歐元（IT之家備注：當(dāng)前約 391.5 億元人民幣）的補(bǔ)貼。

【壓力傳感器的工作原理及其應(yīng)用】

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。

1、應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(yīng)用

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2、陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。

3、擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用工作原理

被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。

4、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用

利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計(jì)量特性。

藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內(nèi)），因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。

用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價(jià)比高。

表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。

5、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

審核編輯 黃宇