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傳感新品

【上海大學：研發兼具皮膚共形貼附能力和高透氣性的濕度傳感器】

濕度傳感器可以檢測周圍環境或人體皮膚表面的濕度變化，在可穿戴電子、人機界面和醫療保健等領域都具有廣闊的應用前景，是可穿戴電子器件基石之一。由于濕度傳感屬于非接觸模式，避免了傳統接觸式傳感器件（如力學類傳感器）長期穿戴后造成的機械磨損和交叉感染。盡管目前可穿戴式濕度傳感器具有優良的傳感性能，但是透氣性較差，不利于人體皮膚分泌汗液的蒸發，長期穿戴后容易刺激皮膚導致紅腫發炎等癥狀。同時，這些器件厚度大（數百微米）、楊氏模量較高，很難共形貼附在皮膚表面，尤其在人體運動時，易出現器件-皮膚界面失效的問題，降低測量數據的準確性，阻礙了長期使用。

研究者通過將堿化MXenes-聚多巴胺的復合濕敏材料（AMP）噴涂在有叉指電極的靜電紡絲納米纖維上，制備出一種能與皮膚共形貼附和透氣性好的濕度傳感器（SAMP），如圖1所示。該器件的優良性能可歸功于AMP濕敏材料和彈性體納米纖維襯底的協同作用：AMP濕敏材料具有大比表面積和豐富親水官能團，能快速吸附-脫附水分子，有利于提高器件的濕敏性能。而彈性體納米纖維襯底具有超薄、柔性和多孔結構的特性，有助于實現器件的皮膚共形貼附和高透氣性。

圖1：基于SAMP的濕度傳感器原理圖及應用。

基于SAMP的濕度傳感器的制備工藝可分為三步：

1、首先通過靜電紡絲工藝制備超薄、透氣的彈性納米纖維襯底（SBS NFs）；

2、通過空氣噴涂工藝形成Ag NWs叉指電極（IDEs）；

3、最后滴涂AMP濕敏材料。

SEM、XRD和XPS分析結果證實了納米纖維襯底的多孔結構，濕敏材料具有大比表面積的手風琴層狀結構和親水官能團。此外，整個器件厚度僅為約26 μm。由于具有超薄、柔性的特性，該器件可在范德瓦爾力的作用下可與志愿者手指表面共形貼附，如圖2所示。

圖2：基于SAMP的濕度傳感器的制備與表征。

AMP的吸濕性受其濃度的影響，濃度越高，吸濕性越強，有利于提高濕度傳感器的響應能力。然而，濃度越高，會降低器件的透氣性。研究者在納米纖維襯底上分別制備了五種不同濃度（0.2-1.0 mg/mL）的AMP濕敏材料，研究了濃度對器件的傳感性能和透氣性的影響規律，發現滴涂濃度為0.6 mg/mL AMP濕敏材料的濕度傳感器具有最大的靈敏度（704）、優良的透氣性（0.074 g cm-2 d-1）和較短的響應恢復時間（0.9s/0.9s），如圖3所示。

圖3：基于SAMP的濕度傳感器性能定量研究。

由于該濕度傳感器具有優良的透氣性和濕度響應，因此可作為可穿戴設備監測一些與濕度相關的行為，例如識別人類的運動模式和情緒狀態（見圖4）。志愿者在運動過程中前額皮膚出汗，蒸發的水分子被SAMP捕獲，導致傳感器電流信號發生變化，因此將器件貼附在志愿者額頭上，可以實現志愿者深蹲運動之前、期間和之后三種運動模式的區分。研究表明，即使在皮膚大量出汗時，經受不同方向擠壓的器件仍能與皮膚保持共形貼附狀態，且將器件貼附在手臂皮膚上8天后，皮膚表面未出現明顯異常，證明該SAMP器件具有良好的透氣性和生物兼容性，可以用于長期監測人體生理信息。

有研究表明，人體情緒狀態會直接影響其呼吸模式。研究者采集了志愿者在正常、恐懼、疼痛和思考四種情緒狀態下的呼吸模式（如呼吸頻率、呼吸深度等）數據，并采用支持向量機(SVM)算法機器學習分類，獲得了高達86.7%的識別準確率。

圖4：基于SAMP濕度傳感器在運動模式和情緒狀態識別的應用。

利用手指皮膚固有的濕度場可以實現非接觸式的人機界面交互，避免傳統器件直接接觸引起的細菌交叉感染問題。同時，為了避免單點控制帶來的意外觸發問題，進行手指運動的有效識別，研究者提出了基于陣列濕度傳感器的人機交互系統，由一個3×3 SAMP濕度傳感器陣列，機器小車、處理電路、、存儲箱、醫療包和電池等組成，如圖5所示。該系統可采集并分析志愿者在陣列器件上方不同位置劃出的手指軌跡，發出相應指令控制機器小車做出向前、左轉、閉合/閉合機械爪等動作以完成醫療包的轉運工作。該濕度傳感器對運動模式、情緒狀態和非接觸手指劃動軌跡的精確識別，證明其在運動監測、醫療衛生、人機交互界面等領域具有潛在的應用前景。

圖5：基于SAMP濕度傳感器的非接觸式人機界面應用。

傳感動態

【蘋果申請新型超聲波溫度傳感器專利，可實時測量周邊環境溫度】

1 月 25 日消息，Apple Watch 上的第一代溫度傳感器主要用于跟蹤女性的排卵周期。據 PatentlyApple 報道，今天，美國專利局公布了蘋果公司的一項專利申請，這項專利涉及一種新型的超聲波溫度傳感器，該傳感器能夠測量周圍空氣的溫度或其他環境介質的溫度，例如水、其他液體或玻璃等電子設備外部的材料。

蘋果在專利文件中指出，電子設備往往陪伴用戶進行日常活動，例如步行、通勤、工作、鍛煉等。在某些情況下，用戶可能需要了解周圍空氣的溫度或其他環境介質的溫度。

雖然電子設備可以通過各種網絡資源獲取環境溫度和天氣信息，但這些信息不一定準確反映用戶所在的確切位置的真實溫度，例如陰涼區域（樹下或陰涼小路）或會影響環境溫度的表面（草地或瀝青路面）。因此，將溫度傳感器直接嵌入電子設備中可以更準確地測量環境溫度。

蘋果的這項新專利旨在通過超聲波技術直接測量環境溫度。超聲波溫度傳感器通過測量聲音在空氣或其他介質中的傳播速度來計算溫度，從而獲得更準確的實時數據。這種傳感器可以放置在電子設備外殼的凹槽或開口處，并根據需要覆蓋網格或格柵。傳感器可以包含任意數量的發射器和接收器（例如 PMUT 陣列），也可以使用單獨的超聲波發射器和接收器，或者使用兼具發射和接收功能的 PMUT。

從專利文件中附帶的圖片來看，該溫度傳感器可以安裝在 Apple Watch 和 iPhone 等設備上。專利圖還展示了傳感器的工作原理示意圖、溫度和聲速關系圖、空氣密度 / 大氣壓強與海拔關系圖以及壓電微機械超聲波換能器陣列示意圖等。

蘋果的這項新型超聲波溫度傳感器專利有望提升電子設備對環境的感知能力，為用戶提供更加精準和實用的溫度信息。

【霍尼韋爾與恩智浦半導體攜手合作，共同推動加強樓宇能源智能管理】

霍尼韋爾和恩智浦半導體在2024年國際消費電子展（CES 2024）上宣布簽署諒解備忘錄（MOU），將合作優化商業樓宇對能源消耗的感知和安全控制方式。

根據國際能源署（IEA）的數據，樓宇運營占全球最終能源消耗的30%，占全球能源相關排放的26%，因此現今的決策將對未來的能源使用和節能潛力產生重大影響。當今越來越多的智能能源解決方案使用機器學習和數據分析來增強樓宇自動化和能源效率。

通過將恩智浦支持神經網絡的工業級應用處理器集成到霍尼韋爾的建筑管理系統（BMS），此次合作有助于提升樓宇運營的智能水平。該諒解備忘錄第一階段的重點為霍尼韋爾優化器套件，該套件是高度靈活、面向未來的樓宇控制和自動化平臺。

雙方合作將進一步實現基于人工智能/機器學習和數據分析的智能能源解決方案，以增強樓宇自動化，提高能源效率，同時指導服務技術人員。合作的最終目標是充分利用恩智浦支持神經網絡的i.MX芯片組功能，進一步增強霍尼韋爾的BMS產品系列。

霍尼韋爾首席技術官Suresh Venkatarayalu表示：“樓宇逐漸依賴數據和自動化運營控制能力來提高可持續性，提升運營效率。借助恩智浦最新的機器學習解決方案，我們能夠為客戶提供卓越的樓宇自動化技術?！?/p>

恩智浦半導體首席技術官Lars Reger表示：“提高智能樓宇的可持續性和舒適度變得空前重要。恩智浦先進的安全互聯處理解決方案組合由易于使用的快速AI模型開發工具和服務平臺提供支持，可在整個樓宇管理生命周期內配置和管理物聯網設備。恩智浦解決方案的強大能力與霍尼韋爾作為領先的樓宇管理解決方案提供商之一的專業知識相結合，標志著我們共同愿景的一個重要里程碑，即為所有人創造一個更智能、更互聯的世界?！?/p>

霍尼韋爾將基于恩智浦的可擴展半導體和軟件解決方案，例如i.MX 8M應用處理器和i.MX RT跨界微控制器，幫助實現安全實時觀察、學習和適應，在管理關鍵樓宇系統的現場BMS設備中增強分析決策能力。憑借霍尼韋爾Forge分析解決方案進行基于云的大數據分析，建筑可以越來越多地利用更好的遠見和洞察力來優化能源使用，從而改善可持續發展成果。

【聯電、英特爾宣布合作開發 12nm 芯片制程，2027 年投產】

1 月 26 日消息，聯華電子（聯電）和英特爾 25 日共同宣布，雙方將合作開發 12nm 制程平臺。

這項長期合作結合英特爾位于美國的大規模制造產能，和聯電在成熟制程上的晶圓代工經驗，以擴充制程組合。

英特爾資深副總裁暨晶圓代工服務（IFS）總經理 Stuart Pann 表示：“英特爾致力于與聯電這樣的企業合作，為全球客戶提供更好的服務。英特爾與聯電的策略合作進一步展現了為全球半導體供應鏈提供技術和制造創新的承諾，也是實現英特爾在 2030 年成為全球第二大晶圓代工廠的重要一步?！?/p>

此項 12nm 制程將運用英特爾位于美國的大規模制造能力和 FinFET 電晶體設計經驗，將在英特爾位于美國亞利桑那州 Ocotillo Technology Fabrication 的 12、22 和 32 廠進行開發和制造，預計在 2027 年投入生產。

根據市場調查機構 Gartner 公布的初步統計結果，英特爾從三星手中奪回全球半導體收入第一的寶座，此前兩年英特爾一直位居第二。英特爾 2023 年的營收總額為 487 億美元（IT之家備注：當前約 3491.79 億元人民幣），而三星的營收總額為 399 億美元（當前約 2860.83 億元人民幣）。

【思特威推出全新5000萬像素1/1.28英寸圖像傳感器SC580XS】

近日，知名CMOS圖像傳感器供應商思特威（SmartSens，股票代碼：688213），正式推出其首顆5000萬像素1/1.28英寸圖像傳感器新品——SC580XS。

據介紹，此款新品是思特威繼成功量產第一顆22nm HKMG Stack工藝的5000萬像素1/1.56英寸產品SC550XS之后，在同一工藝平臺打造的升級產品。作為1.22μm像素尺寸圖像傳感器，SC580XS搭載思特威新一代像素技術SFCPixel-2以及PixGain HDR、AllPix ADAF等多項技術和工藝，以高動態范圍、低噪聲、100%全像素對焦、超低功耗等性能優勢，為旗艦級智能手機主攝帶來出色的質感影像。

SC580XS依托思特威先進的SFCPixel-2技術和PixGain技術，結合多種高動態范圍(HDR)技術的組合，可為智能手機攝像頭帶來畫質細膩、明暗細節豐富的高清影像。

該新品采用思特威PixGain HDR技術，通過同一幀曝光下的高低轉換增益圖像合成，有效抑制運動偽影的形成。此外，SC580XS還支持三重曝光HDR、PixGain HDR+VS等多種高動態范圍模式，動態范圍可高達120dB，即使在暗光場景下也能輸出細節豐富、色彩真實的畫面。

基于SFCPixel-2和PixGain技術，SC580XS的讀取噪聲(RN)低至0.7e-，并在相關多采樣技術(CMS)的加持下，其CMS 4x噪聲降幅可達40%。據悉，較行業同規格產品，SC580XS的讀取噪聲(RN)和固定噪聲(FPN)分別顯著降低約33%和32%，PRNU小幅降低4%，使其畫質更細膩。

【傳感器的主要分類和選型原則】

基本介紹

傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。傳感器具有微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化等特點，它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

主要分類

按用途

壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。

按原理

振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。

按輸出信號

模擬傳感器：將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。

數字傳感器：將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號（包括直接和間接轉換）。

膺數字傳感器：將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出（包括直接或間接轉換）。

開關傳感器：當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。

按其制造

工藝集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。

薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底（基板）上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。

厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。

陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠、凝膠等）生產。完成適當的預備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。

每種工藝技術都有自己的優點和不足。由于研究、開發和生產所需的資本投入較低，以及傳感器參數的高穩定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。

按測量目

物理型傳感器是利用被測量物質的某些物理性質發生明顯變化的特性制成的。

化學型傳感器是利用能把化學物質的成分、濃度等化學量轉化成電學量的敏感元件制成的。

生物型傳感器是利用各種生物或生物物質的特性做成的，用以檢測與識別生物體內化學成分的傳感器。

按其構成

基本型傳感器：是一種最基本的單個變換裝置。

組合型傳感器：是由不同單個變換裝置組合而構成的傳感器。

應用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機構組合而構成的傳感器。

按作用形式

按作用形式可分為主動型和被動型傳感器。

主動型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對被測對象能發出一定探測信號，能檢測探測信號在被測對象中所產生的變化，或者由探測信號在被測對象中產生某種效應而形成信號。檢測探測信號變化方式的稱為作用型，檢測產生響應而形成信號方式的稱為反作用型。雷達與無線電頻率范圍探測器是作用型實例，而光聲效應分析裝置與激光分析器是反作用型實例。

被動型傳感器只是接收被測對象本身產生的信號，如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。

選型原則

要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。

靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

頻率響應特性

傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真。實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應越高，可測的信號頻率范圍就越寬。在動態測量中，應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過大的誤差。

線性范圍

傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

穩定性

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩定性。影響傳感器長期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其使用環境進行調查，并根據具體的使用環境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環境的影響。傳感器的穩定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

精度

精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統測量精度的一個重要環節。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器阿特拉斯空壓機配件。如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求。

審核編輯 黃宇