傳感新品

【清華大學深圳國際研究生：在皮膚集成電子的多模傳感研究領域取得新進展！】

柔性電子設備是未來個性化健康管理新范式的重要組成部分，其具有與皮膚貼合、低運動偽影、長時間佩戴舒適等獨特優(yōu)勢。然而，在超柔性傳感器中的多通道集成面臨著許多挑戰(zhàn)，主要是缺乏高性能和穩(wěn)定的傳感組件，以及允許皮膚無約束活動和呼吸的理想器件設計。

以光電容積脈搏波描記法（PPG）為代表的脈搏與血氧監(jiān)測技術已普及，因近紅外光具有出色的皮膚穿透能力，可通過光電探測器提取皮下血流搏動與血紅蛋白含氧量信息，但設計適用于近紅外波段的有機光電材料及其柔性傳感器件仍具挑戰(zhàn)。

將基于光電容積變化的PPG信號與基于生物電的心電圖（ECG）信號結合，可以增加脈搏信息提取的準確性和可靠性，通過后處理還可獲得血壓等健康指標。盡管已有柔性ECG電極和PPG傳感器相關工作，但構建可靠的可皮膚集成PPG-ECG一體化系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)，包括傳感器間的穩(wěn)固耦合、各器件的高性能和長期穩(wěn)定性、與皮膚集成的舒適性等。

針對上述問題，清華大學深圳國際研究生院徐曉敏、成會明團隊開發(fā)了在近紅外光下表現(xiàn)出卓越性能的超柔性有機光電探測器（圖1）。

該超柔性探測器厚度小于4μm，在近紅外區(qū)940 nm波長下的光電響應度為0.53AW-1，探測率為3.4×1013Jones，-3dB下截止頻率超過1MHz，在有機近紅外光電探測器領域達到領先水平，且具有良好的穩(wěn)定性?；趫F隊前期工作提出的可剝離超薄水凝膠與超柔性PEDOT:PSS基導電聚合物紋身電極，團隊成員進一步將超柔性光電探測器與導電聚合物電極通過超薄水凝膠集成在一起構成PPG-ECG集成貼片傳感器，整個貼片厚度小于20μm，其彎曲半徑能與皮膚溝壑相匹配，實現(xiàn)與皮膚保形接觸，并進一步構建了皮膚集成的多模傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)了光電和心電信號的精準同步監(jiān)測，即使在動態(tài)工作條件下也能精確、穩(wěn)定地測量各種生命體征，包括心率、呼吸率、血氧飽和度和無袖帶血壓。

圖1.皮膚集成式PPG-ECG貼片傳感器設計

有機半導體聚合物PTB7-Th與非富勒烯小分子受體COTIC-4F的特征光吸收覆蓋了血氧飽和度檢測窗口（660和940 nm），通過富勒烯分子PCBM改性以及超薄超柔性器件結構設計使光電探測器表現(xiàn)出優(yōu)異的性能（圖2）。

圖2.超柔性高性能有機光電探測器

所構建的超柔性PPG傳感器在紅光和近紅外光下具有高響應度和探測率以及低響應時間，在相同功耗下具有比硅基器件更可靠的PPG信號檢測能力，實現(xiàn)動態(tài)與缺氧條件下的血氧飽和度精確測量（圖3）。

圖3.皮膚集成的超柔性PPG傳感器

將PPG傳感器與ECG電極相結合，可皮膚集成的超柔性多模貼片傳感器與皮膚保形接觸，可同時精確提取光電和生物電位信號，實現(xiàn)心率、呼吸率、無袖帶血壓測量（圖4）。

圖4.皮膚集成的PPG-ECG多模傳感系統(tǒng)

傳感動態(tài)

【西部這所“雙一流”高校儀器科學與技術學院揭牌成立】

12月10日上午，西安交通大學儀器科學與技術學院揭牌儀式在曲江校區(qū)舉行。西安交通大學黨委書記盧建軍，黨委常委、常務副校長別朝紅，黨委常委、副校長嚴俊杰出席儀式。儀式由儀器學院黨委書記韋學勇主持。

中國工程院院士、大連理工大學原校長郭東明，中國工程院院士、西安電子科技大學原校長段寶巖，中國工程院院士、西北核技術研究院研究員歐陽曉平，中國工程院院士、西安交通大學儀器科學與技術學院名譽院長、學術委員會主任蔣莊德，中國科學院院士、北京航空航天大學原常務副校長房建成，中國工程院院士、武漢理工大學原副校長嚴新平，中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學副校長劉宏，中國科學院院士、陜西師范大學原校長房喻，新加坡工程院院士、新加坡國立大學、廈門大學教授洪明輝，中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學院與工程院院士、加拿大多倫多大學教授孫鈺，歐洲科學院院士、英國伯明翰大學教授姜開春，中科院上海微系統(tǒng)所原副所長王躍林，通用技術集團機床研究院副院長黃祖廣出席儀式。

蔣莊德對學校黨委和師生對儀器學院成立給予的幫助和支持表示感謝。他指出，學院的定位是躋身學校工科第一梯隊，躋身全國同類學科第一梯隊。下一步，學院將牢記***總書記囑托，傳承弘揚西遷精神，努力攻關，守正創(chuàng)新，加強人才培養(yǎng)和學科建設，干頂天立地事，為學校高質(zhì)量發(fā)展貢獻力量。

校友房建成代表兄弟院校講話。他表示，高端儀器是科研創(chuàng)新的基石，是高端裝備制造不可或缺的支撐，西安交大近年來發(fā)展迅速，為儀器學院的建設發(fā)展提供了豐富的人才和創(chuàng)新資源。希望儀器學院能早日發(fā)展為西安交大一張名片，助力建設科技強國和制造強國。

【天津濱海新區(qū)新建傳感器產(chǎn)業(yè)園投用】

作為《濱海新區(qū)高質(zhì)量發(fā)展支撐引領行動方案》中的重點項目，這兩天，由中國民營企業(yè)五百強河北省新奧集團在濱海新區(qū)投資建設的傳感設備科技產(chǎn)業(yè)園正式投用。

河北省新奧集團主要從事清潔能源的智能化運營等相關業(yè)務，每年傳感器的采購量超過20個億，一方面自身有較大需求，同時，也看中傳感器能廣泛應用在制造、智能科技等方面，新奧集團陸續(xù)投資近12億元，在濱海新區(qū)建設新智感知傳感設備科技產(chǎn)業(yè)園。新區(qū)正在打造的***谷，還可以為傳感器研發(fā)，提供芯片、數(shù)據(jù)采集等方面的支持。最近，產(chǎn)業(yè)園正式投入運營。

這個產(chǎn)業(yè)園一共18萬平方米?，F(xiàn)在，新奧集團將旗下的傳感器業(yè)務版塊的總部，從河北轉移到了天津園區(qū)。以往給他們提供配套的企業(yè)，有近一百家，包括全球傳感器芯片領域的龍頭企業(yè)日本瑞薩、上海復旦微等十多家公司，也準備同步入駐這個園區(qū)。企業(yè)還聯(lián)合北京大學等高校，建設創(chuàng)新中心，吸引相關創(chuàng)業(yè)團隊，來園區(qū)進行孵化。來自北大的創(chuàng)業(yè)團隊智芯傳感科技公司，之前一直為新奧的燃氣設備提供傳感器，這次落戶園區(qū)，將拓展研發(fā)智能網(wǎng)聯(lián)汽車等領域的傳感器。為了服務這些創(chuàng)新團隊，新奧還投資一億多，購置了150多套設備，建設了公共研發(fā)檢測中心，向入駐企業(yè)開放。

【越南高官會見黃仁勛：呼吁英偉達繼續(xù)投資，幫助建設半導體孵化器】

2 月 11 日消息，據(jù)路透社報道，越南計劃與投資部部長阮志勇今日會見訪越的英偉達 CEO 黃仁勛，并呼吁英偉達繼續(xù)在越南投資。

報道稱，越南政府希望與英偉達深化合作關系，與當?shù)仄髽I(yè)合作開發(fā)半導體、AI 生態(tài)系統(tǒng)。其中，當?shù)刈畲笃髽I(yè)集團 Vingroup，以及越南電信（Viettel）、信息技術集團 FPT、互聯(lián)網(wǎng)公司 VNG 等“大廠”有望成為擴大合作的伙伴。

圖源 Pexels

黃仁勛表示，英偉達將支持越南的人才培訓、數(shù)字基礎設施建設，“越南早就成為了英偉達的伙伴，公司在這里擁有數(shù)百萬名客戶?！?/p>

阮志勇表示，越南政府希望英偉達幫助越南建立半導體孵化器，該國一直在準備吸引半導體和 AI 產(chǎn)業(yè)投資項目的機制和激勵措施。

黃仁勛昨天已經(jīng)與越南總理范明政進行會談，并肯定了在越南建立半導體中心的計劃。黃仁勛表示，英偉達希望在越南建立一個半導體基地。

路透社此前報道稱，英偉達目前已經(jīng)在越南投資約 2.5 億美元（當前約 17.95 億元人民幣）。

【1 英寸 50MP 超大底，索尼光喻 LYT-900 圖像傳感器公布】

12 月 11 日消息，索尼半導體旗下“光喻 LYTIA”品牌公布了一款圖像傳感器新品 —— LYT-900。

根據(jù)官方海報，這款傳感器的尺寸來到了 1 英寸，擁有 5000 萬像素、1.6μm 像素尺寸。

從這一規(guī)格來看，將用于旗艦手機的主攝，目前尚不清楚會用于哪款機型。博主 @WHYLAB 表示，小米 14 Ultra 和 OPPO Find X7 Pro 大概率都是這枚新的 1 英寸傳感器。

OPPO、一加此前分別首發(fā)了索尼光喻 LYT-T808 和 LYT-808 圖像傳感器，是 50MP 的 1/1.4 英寸傳感器。從命名來看，索尼光喻也是數(shù)字越大越高端。

【慣性傳感器如何用于傳感器融合】

運動傳感設備無處不在，在我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊恍╇娮赢a(chǎn)品中。運動傳感器位于耳塞中——當我們將它們從耳朵中取出時，注意點擊以更改歌曲或暫停音樂。它們用于游戲和培訓中使用的虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)耳機中的頭部跟蹤。運動傳感器支持游戲遙控器(用于定位)、消費級機器人(用于航向)和您的手機(也用于定位)。它們的傳感由慣性測量單元(慣性傳感器)提供動力——許多常用消費電子產(chǎn)品中的傳感器，如前面列出的那些。他們的能力通過傳感器融合解鎖。在本文中，我們將探討什么是傳感器融合以及它可以做什么。

一、什么是慣性傳感器?

在我們進入傳感器融合之前，快速回顧一下慣性測量單元(慣性傳感器)似乎是相關的。慣性傳感器是一種傳感器，通常由加速度計和陀螺儀組成，有時還包括磁力計。通過查看來自這些傳感器的數(shù)據(jù)，設備能夠更全面地了解其方向和運動狀態(tài)。

·加速度計測量單個方向的加速度(速度變化)，例如您踩到汽車油門時感受到的力。靜止時，加速度計測量重力。

·陀螺儀測量圍繞其三個軸的角速度。它在任何給定時刻輸出其旋轉偏航、俯仰和滾動。

·很簡單，磁力計測量磁場。通過在穩(wěn)定的磁場中進行適當?shù)男剩梢詸z測到地球磁場的波動。通過這些波動，它找到了指向地球磁北的矢量，并給它一個絕對航向。

然后，傳感器的信息用于維持無人機的平衡、改善家用機器人吸塵器的航向、改變智能手機屏幕的方向以及其他與運動相關的應用。

二、慣性傳感器如何用于傳感器融合

現(xiàn)在我們了解了慣性傳感器的組成部分，它與傳感器融合有什么關系，我們?yōu)槭裁匆P心它?好吧，僅傳感器并不那么“智能”。他們生成原始數(shù)據(jù)。但這些原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過處理和打包才能成為可操作的。

慣性傳感器中的傳感器類似于閱讀您的患者檔案的?？漆t(yī)生——他們都有自己的意見，并且他們的專長為他們提供其他人沒有的洞察力，但您可以處理他們的意見以做出最終決定。例如，如果加速度計表明重力正在從指向下方變?yōu)楦降慕嵌?，但陀螺儀顯示幾乎沒有運動，你相信哪個?那么，在這種情況下，陀螺儀應該更受信任，因為它不受外力的影響。由于陀螺儀告訴我們用戶框架沒有改變，可以肯定地說設備一直在加速，就像汽車直線行駛一樣。

在另一種情況下，如果陀螺儀顯示小而一致的角速度，但加速度計和磁力計顯示設備處于靜止狀態(tài)，那么您可以相信兩位同意的“醫(yī)生”的意見。然后你可以推斷出有一些陀螺儀偏差會給出錯誤的輸出。這些示例旨在展示傳感器融合對于理解基于傳感器信息融合的最佳輸出是必不可少的。這可用于確定準確的運動、方向和航向信息。

三、探索可能性

與傳感器融合軟件結合使用時，慣性傳感器不僅可用于更準確的運動、方向和航向，還可用于特殊功能。深思熟慮的慣性傳感器數(shù)據(jù)融合可以通過預測性頭部跟蹤創(chuàng)建流暢的XR體驗，從而最大限度地減少延遲影響。對于無線演示或電視遙控器，傳感器融合可以直接將3D控制器運動轉換為屏幕上直觀的2D運動。加速度計和陀螺儀傳感器的組合還可以檢測復雜的空中形狀和手勢。在人類導航中，分析來自加速度計和陀螺儀的數(shù)據(jù)，傳感器融合可以估計某人步行的方向和距離。

傳感器融合不必僅通過慣性傳感器完成，但通常從慣性傳感器開始。在XR空間中，控制器方向與來自外部攝像頭的線性位置的融合可以創(chuàng)建一個有效的由內(nèi)向外的6自由度系統(tǒng)。對于機器人導航，慣性傳感器與光流和車輪編碼器數(shù)據(jù)的融合可創(chuàng)建準確且穩(wěn)健的航位推算。如果涉及運動，傳感器融合可能會有所幫助。

四、傳感器表征和校準

傳感器融合的另一部分是確保傳感器得到適當校準，因為慣性傳感器受校準影響很大。傳感器表征是在受控條件下從傳感器進行測量的過程。這些測量可用于微調(diào)傳感器對各種溫度、操作模式和運動的反應方式。一旦傳感器被正確表征，傳感器融合可以幫助確保其性能得到優(yōu)化。

五、傳感器表征過程

為了正確表征傳感器，統(tǒng)計上顯著數(shù)量的傳感器需要放置在某種板上，以允許通信以更改模式和記錄數(shù)據(jù)。然后應將此板放置在受控環(huán)境中。例如，他們可以坐在一個兩軸萬向節(jié)電機上，使其能夠通過所有三個運動軸。通過將這個裝置放在溫度室中，我們可以迭代不同溫度、位置和操作模式的排列。通過了解每個高精度電機的運動方式、溫度變化以及運行的模式，我們可以獲得大量傳感器信息來表征傳感器。為了表征磁力計，可以將板放置在亥姆霍茲線圈中以產(chǎn)生受控磁場。

為了測試這些傳感器在其使用壽命內(nèi)的性能，傳感器還可以通過將它們暴露在極端的高溫和潮濕條件下進行人工老化過程。然后，可以使用老化的傳感器運行相同的測試以收集更新的數(shù)據(jù)?？梢允褂盟羞@些綜合數(shù)據(jù)創(chuàng)建傳感器模型，從而生成典型(標稱)傳感器的模型，并隨后優(yōu)化其性能。

通過了解傳感器的行為方式，還可以調(diào)整加速度計和陀螺儀中的傳感器偏差。這些傳感器偏差與傳感器在靜止時看到的內(nèi)容有關。如果這聽起來很熟悉，那是因為這是慣性傳感器/醫(yī)生類比部分中討論的第二個想法。調(diào)整這些可能看起來像偏移一樣簡單，但這些偏差會隨溫度而變化，并且對于來自同一個批次的同一個傳感器會表現(xiàn)出不同的行為。這種偏差誤差很大，超過了比例誤差之外的大多數(shù)其他誤差。但是，通過適當?shù)膫鞲衅魅诤?a href="http://m.sdkjxy.cn/v/tag/2562/" target="_blank">算法，可以在設備使用時動態(tài)完成校準。

審核編輯 黃宇