波长传感器

分光光度法可适用于在线仪器，是监控水和污水处理设备的重要方法。分光光度法是一种测定分子对光的吸光度的方法，此方法在在线传感器上的应用已越来越准确和可靠。WTW IQ SensorNet系列紫外(UV) 和紫外可见(UV Vis)传感器具有适用于特定污水处理应用的内置出厂校准，不仅提高准确性，还可减少校准的频次。内置UltraCleanTM超声波清洗，减少校准频次的同时完全去除更换损耗品的必要(如试剂或刮刷)，最大限度减轻了维护工作。本系列传感器甚至还支持通过单个传感器测量多个不同参数，如硝酸盐、亚硝酸盐、总悬浮物 (TSS)、紫外线透射率(UVT-254)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总有机碳量 (TOC)和其他碳参数。 本系列传感器是水和污水处理设备的一项重要投资，为操作人员提供极大便利。但是如何选择合适的传感器？为确保选择最符合应用的传感器，来看一下选择紫外可见传感器时需要考虑的5个问题。紫外和紫外可见传感器的优势1、无需试剂，即可在线进行硝酸盐、亚硝酸盐、COD、BOD、TOC、UVT-254、NOx和TSS测量2、单个传感器最多可测量并显示五个参数3、UltraClean™ 超声波清洁技术可防止结垢，维护较为简单4、持久耐用的材质：钛和PEEK(聚醚醚酮)即使在最恶劣的条件下仍可保持稳定5、紫外和紫外可见传感器每次测量可扫描256个波长，从而实现更好的准确度和浊度补偿6、工厂已针对过程中的位置进行了校准(进水、二级处理、出水）7、用户可自行校准，从而在应用情况不理想时提高准确度参数硝酸盐：来自硝化过程中NH4转化的人类排泄物的生物污染物。亚硝酸盐：来自人类排泄物的生物污染物，是硝化过程中NH4和NO3的中间型。生化需氧量：微生物在分解流水中的有机废物时消耗的氧气量。被看做是对存在的有机物的量化，并且排放量受到国家污染排放消除系统(NPDES)的排放限制。总有机碳：样品中有机结合的碳量。被认为是对存在的有机物的量化和水质指标。与BOD或COD相比，该测试通常是表示有机物的一种更方便直接的方式。紫外线透射率：在254mm 波长处透射的紫外线百分比。该参数用于指示水中的有机物含量，通常与BOD、COD和TOC相关。该测量值通常用于在消毒过程中自动控制紫外线剂量。总悬浮物固体：水样中被过滤器捕集的悬浮颗粒的净重。该参数通常用作水质的指标，并用于定量分析活性污泥系统(混合液悬浮物，MLSS)中存在的微生物。需要测量什么及测量原因选择紫外或紫外可见传感器时，需要搞清楚的首要问题是测量什么及原因。需要测量什么参数？应用场景是什么？如何使用传感器？取决于应用场景，通过单个传感器监控多个参数可能更为有益。以下是紫外可见传感器在污水处理中最常见的一些应用。 氮硝酸盐氮和亚硝酸盐氮是生物脱氮除磷(BNR)应用中常见的测量参数。硝酸盐在工艺优化中扮演着多种角色，如确保高效地完成硝化、监控硝酸盐去除、控制脱氧区的碳投加量以及确保出水中的氮含量达到排放标准。亚硝酸盐的使用情况较少，因为它是硝化工艺的中间阶段。如果污水处理设备出现亚硝酸盐积累问题或使用快捷反硝化工艺，监控亚硝酸盐将会很有用处。碳碳参数在污水处理中同样具有广泛应用。COD、BOD和TOC是量化样品内碳含量的常见测量参数，其中BOD和TOC专属于有机碳。例如，通常会测量二级处理中的COD来监控有机物负荷。在二级处理中，COD可指示一级或二级处理的效率，或量化需要碳源(反硝化和除磷)的生物处理工艺中的有机碳含量。此外，监控污水处理厂收集系统或进水设施中的COD有助于确定重度负荷来源或提供预警探测。长期以来，这些碳参数的测定都需要昂贵或耗时的实验室程序，因此难以实际使用。如今，借助在线紫外可见传感器，我们便可以利用这些参数实现原本难以实现的工艺控制和预警检测。紫外和紫外可见传感器具有广泛的应用，在某些情况下，通过单个传感器获得多个参数将对操作人员有所助益。例如，TSS是曝气池的常见测量参数，指示微生物浓度(MLSS –混合液悬浮物)。利用包括 TSS与COD组合的传感器，操作人员即可获得用于监控食料与微生物比(F/M 比)的必要信息。使用单个传感器监控多个参数可从单个传感器获得更多有用数据，从而带来附加值。选择紫外可见传感器时，确保查看各传感器的可测参数列表(表1)。单波长传感器和光谱传感器有什么不同？一些制造商仅生产单波长传感器，而其他像WTW一样的制造商除单波长传感器外还生产光谱传感器，后者可提供更多参数和更高的准确性。前面我们一直在谈论光谱传感器，在光谱传感器中，每次测量时都将扫描256个波长的紫外光和可见光以获得所需参数的浓度。此类传感器通过测量每种波长处的吸光率来生成“光谱足迹”。然后，根据传感器中编制的算法将每个“光谱足迹”计算为以 mg/L 为单位的浓度(Smith, 2019)。相比于单波长传感器，光谱测量的精度和准确度更高，因为物质分子会吸收一段波长范围内的光，而并非仅吸收单个波长。附加波长具有许多优势，包括为每个参数提供更多吸收数据、使用一系列波长进行浊度修正，甚至有助于检测不同形式的有机分子。紫外可见光谱传感器扫描的256个波长跨越紫外和可见光范围，从200至720nm(图1)。紫外光谱传感器扫描的256个波长范围为200-390nm。在这个波长范围内，紫外传感器将能够同时测定并区分硝酸盐和亚硝酸盐。硝酸盐和亚硝酸盐通常吸收短波长紫外光(250nm)，有机分子的吸收峰主要出现在250-350nm的紫外波长范围内。380 - 720nm范围内的光吸收来自每次测量时都会测量和进行修正的浊度 (Smith, 2019)。不过，我们仍然有两种使用对单个波长的吸收率来确定特定参数浓度的单波长传感器。UVT-254传感器（或 SAC-254）测量 254nm 波长处的透光率或吸光度(%)。254nm的紫外光能够被有机分子吸收，因此该传感器对测定饮用水和污水内的有机物浓度趋势非常有用。使用 UVT-254传感器，可以输出经过准确校准的COD、BOD和TOC相关值，还会再测一个波长 (550nm) 用于浊度修正。NOx传感器使用单个波长测量硝酸盐(NO3-N)和亚硝酸盐 (NO2-N) 的总和，这足以满足一些生物脱氮除磷应用中的氮监控需求。尽管单波长传感器可以提供有用的数据和趋势，但与光谱传感器相比，其准确度和可重复性不佳。使用单波长进行测量和浊度修正时，此类传感器可能无法检测到某些形式的有机分子，无法区分硝酸盐和亚硝酸盐，也无法准确补偿浊度。单波长和光谱传感器各有优势，所以哪种更适合您的应用呢？使用单波长传感器能够以适中的价格获得有机物或氮氧化物的趋势数据，并且甚至有些应用专门需要用到单波长传感器，例如紫外线消毒需要UVT-254。然而，光谱传感器已针对特定应用（进水、二级处理、出水）进行校准，并且由于此类传感器扫描256个波长，从而准确性、可靠性都比单波长传感器更高，浊度修正也更准确。测量光程是什么？为什么很重要？测量光程是指光源和探测器之间的距离，在分光光度法测量中非常重要。测量光程(又称狭缝宽度)是根据比尔-朗伯定律计算光吸收率时的一个计算因子，并且受样品水浊度的影响极大。因此，紫外可见传感器通常具有固定的测量光程，并针对特定应用提供不同的狭缝。IQ SensorNet紫外可见传感器有2种测量光程可供选择：1mm和5mm(图 2)。1mm狭缝用于监控未经处理的污水和二级处理，因为这些应用通常浊度较高。5mm狭缝用于监控处理后的出水、低浊度污水，有时还可用于监控一些地表水或饮用水应用。取决于应用类型，其他制造商可能还会提供10-50mm的测量光程。选择YSI紫外可见传感器时，注意701型号传感器为 1mm测量光程(适用于未经处理的污水或活性污泥)，705型号传感器为5mm 测量光程(适用于低浊度的处理后出水)。如何安装紫外可见传感器？紫外可见传感器一般比其他在线传感器更大、更沉，因此在确定安装选项时应特别考虑。与所有在线传感器相同，应基于安全性和可达性来选择安装位置和方式。要确保可以轻松接触到传感器，以便偶尔进行维护，因此有足够的操作空间非常重要。传感器的安装位置应符合要求的扶手和过道安全标准。同样，紫外可见传感器的安装也应易于使用，并使传感器易于操作。最后一点，由于传感器可能比较沉，安装的稳固性也非常重要，必须能够承受相应重量，尤其是对于存在堵塞问题的污水设备。紫外可见传感器在污水中最常见的安装方式为浸入式安装。浸入式安装通过将传感器直接浸入集水池或水流中，直接测量过程用水。WTW紫外可见传感器提供两种沉浸式安装选项：刚性安装或摆动/链条安装。刚性安装包括将紫外可见传感器固定至一个金属杆上，然后将金属杆安装至护栏或墙壁上。当需要较稳固的解决方案，如水比较湍急或水中有堵塞时，这种安装类型是最佳选择。对于一般的沉浸式安装应用，摆动和链条安装更具优势。使用这种安装，传感器将更容易操作，因为传感器悬挂在链条末端，通过链条便可轻松地在集水池中进行升降。摆动臂将传感器伸出集水池外面，但是也可容易接近，只需将传感器摆动至靠近护栏的位置就能够拆下传感器进行维护。 对于像处理后的污水出水、污水回用或饮用水等清水应用，流通池可能是最佳选择。在这些应用中，由于缺乏合适的位置或因NSF要求，不能使用沉浸式安装。使用流通池时，紫外可见传感器将采用壁挂式安装，流通池会形成一个腔体让水流经光学窗口。水流持续运送至传感器进行测量，然后排出。无论将WTW紫外可见传感器用于清水还是污水应用，选择最适合的安装选项都非常重要，这样既能够确保传感器正常运行，还可将维修工作量保持在最低限度。 如何维护？尽管紫外可见传感器的维护要求不高，且不需要试剂，但仍然需要偶尔进行保养以优化运行。相比于其他在线传感器，WTW紫外可见传感器具有所需维护工作量最少的巨大优势。本系列传感器具有内置的独特自动超声波清洗系统UltraCleanTM技术。该系统不仅有助于保持测试窗口长久清洁，而且整个系统都置于传感器内部，所以没有需要更换的密封件或挂刷。保持紫外可见传感器清洁对传感器性能至关重要。因此，紫外可见传感器通常带有自动清洁系统，这可有效降低传感器总的维护时间。WTW提供两种类型的自动清洁系统：一种是所有传感器中都已内置的UltraClean；另一种是空气清洁系统。UltraClean超声波清洁系统轻微振动传感器的光学窗口，清除堆积的固体。这种技术已被证明在具有较多固体的污水应用中非常成功，WTW的ViSolid(TSS)和VisoTurb(浊度)传感器中同样也应用了此技术。WTW紫外可见传感器的另一个自动清洁选项是空气清洁系统。该系统使用空气压缩机定期向光学窗口上喷放压缩空气，清除任何可能干扰测量的固体。WTW空气清洁系统直接与传感器相连，并且可以通过控制器进行编程控制，根据所需时间间隔进行清洁。两种自动清洁系统都能使传感器在废水应用中保持数周的准确读数。自动清洁系统非常有助于减少整体维护时间，但是为了达到最佳性能，仍然需要偶尔进行手动清洁。每两周从测量环境中取出紫外可见传感器进行一次手动清洁，可大大减少潜在的测量问题。手动清洁非常简捷，整个过程只需1分钟，包括用清水冲洗测量狭缝、使用清洗液清洗、用软布擦亮镜片然后彻底冲洗干净。此外，还应保持日常维护以确保传感器清洁。维护的另一方面是校准和验证。WTW紫外可见传感器使用实验室参照样品进行校准，用于调整传感器的原始信号与实验室浓度值相关联的斜率。如前文所述，光谱传感器已针对特定应用进行出厂校准，但也可以自行校准，使传感器的测量适应过程用水。单波长传感器也可对主要参数进行校准，但相关值(BOD、TSS、TOC 等)必须根据实验室测量值进行准确校准。应根据需要进行校准，例如当传感器首次安装、移动到新位置或传感器对参考样品的测量不准确时。WTW紫外可见传感器具有双通道测量系统，其中一个相同的参比通道用于监控并校正光源灯或探测器的老化，防止任何潜在校准漂移。这样可免去常规校准的麻烦，但是仍建议使用实验室参考样品对传感器测量值进行常规验证，以确保传感器的准确性。

近日，来自中国科学院安徽光学精密机械研究所、先进激光技术安徽省实验室、中国科学技术大学、法国滨海大学大气物理化学实验室联合研究团队发表了《基于钕铁硼环形磁体阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》论文。Recently, the joint research team from Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences, Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, University of Science and Technology of China, Laboratoire de Physicochimie de l′ Atmosph`ere, Universit´ e du Littoral C&circ ote d′ Opale, published an academic papers Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array.氮氧化物（NOx，包括二氧化氮（NO2）和一氧化氮（NO））是对流层臭氧的重要前体，同时也影响羟基和过氧基自由基的浓度。大多数气态化合物在被氧化和从空气中去除或转化成其他化学物质时，都会直接或间接接触到NOx。在典型的羟基自由基水平下，NOx的寿命取决于季节和光化学反应速率，通常为几小时。根据IPCC第六次评估报告，NOx的排放导致净正向变暖，因为它既形成短期臭氧（变暖），又破坏环境甲烷（冷却）。此外，NOx还导致酸沉降以及化学烟雾和气溶胶的形成。NO和NO2在大气光化学反应中起着核心作用，针对它们的检测有助于理解这两种气体的来源和去向，以及研究陆地生态系统与大气之间的NOx交换通量。Nitrogen oxides (NOx, the sum of nitrogen dioxide (NO2) and nitric oxide (NO)) are important precursors of tropospheric ozone, and they also influence the concentration of hydroxyl and peroxyl radicals. Most of the compounds that are oxidized and removed from the air or converted to other chemical species are in direct or indirect contact with NOx. At typical hydroxyl radical levels, the life time of NOx depends on the season and the photochemical reaction rate, which is typically a few hours. According to the IPCC sixth assessment report, the emissions of NOx result in net-positive warming from the formation of short-term ozone (warming) and the destruction of ambient methane (cooling). Additionally, NOx contributes to acid deposition and the formation of chemical smog and aerosols. Since NO and NO2 play a central role in atmospheric photochemical reactions, their simultaneous detection helps to understand the sources and sinks of these two gases, in addition to studying the NOx exchange fluxes between terrestrial ecosystems and the atmosphere.化学发光检测（NO + O3 → NO2 + O2 + hν）是测量NOx的传统方法。在通过化学发光反应（Mo + 3NO2 → MoO3 + 3NO）测量之前，NO2首先需要在高温（~325°C）下转化为NO。虽然这种方法被广泛使用，但其他氧化氮化合物，如过乙酰亚硝酸酯（PAN）和硝酸（HNO3），可能会在测量NOx浓度时引起交叉干扰。同时，这种方法不能区分NO和NO2。红外吸收法也可用于测量NO和NO2。在这种方法中，通常需要通过转化器将NO2还原为NO。由于NO和NO2是顺磁分子，法拉第旋转光谱（FRS）可以用作实现其高度敏感和选择性检测的潜在方法。FRS通过检测气态介质在纵向磁场中引起的光偏振状态的变化，实现对物种浓度的高灵敏度检测。该方法通过测量光学色散实现气体浓度的检测，因此其动态测量范围比基于比尔-兰伯定律的吸收光谱（动态范围上限≤10%）更大。FRS的另一个重要优势是它对于抗磁性分子（如水和二氧化碳）具有较强的抗干扰能力，从而使其具有高样品特异性。Chemiluminescence detection (NO+O3→NO2+O2+hν) is the conventional method for measuring NOx. NO2 first needs to be converted to NO at high temperature (~325 ◦ C) before it can be measured by chemiluminescence reaction (Mo+3NO2→MoO3+3NO). Although this method is more widely used, other oxidized nitrogen compounds, such as peroxyacetyl nitrate (PAN) and nitric acid (HNO3), can cause cross-interference in the measurement of NOx concentrations. Simultaneously, this method is non-selective in discriminating between NO and NO2. The infrared absorption method can also be used for NO and NO2 measurements. In this method, NO2 usually needs to be reduced to NO by the converter. As NO and NO2 are paramagnetic molecules, Faraday rotation spectroscopy (FRS) can be used as a potential method to achieve their highly sensitive and selective detection. FRS enables highly sensitive detection of species concentrations by detecting changes in the polarization state of light induced by a gaseous medium immersed in a longitudinal magnetic field. This method realizes the detection of gas concentration by measuring optical dispersion, so it has a higher dynamic measurement range than absorption spectroscopy (dynamic range upper limit ≤10%) based on Beer-Lambert law. Another significant advantage of FRS is that it is reasonably immune to diamagnetic species (e.g., water and carbon dioxide), which allows it to exhibit high sample specificity. 大多数这些报道的FRS传感器使用螺线管提供外部纵向磁场，从而导致能耗高和产生过多焦耳热。同时产生目标磁场所需的高电流交流电路会产生不受控制的电磁干扰（EMI），通常会降低FRS传感器的长期稳定性。此外，当前报道的FRS传感器只能在吸收池中进行单组分测量，不能满足复杂环境中同时进行多组分测量的需求。Most of these reported FRS sensors use solenoid coils to provide an external longitudinal magnetic field, which makes them suffer from high power consumption and excessive Joule heat generation. The high-current alternating current circuit required to generate the target magnetic field produces uncontrolled electromagnetic interference (EMI), which usually deteriorates the long-term stability of the FRS sensors. In addition, the currently reported FRS sensors are only capable of single-component measurements in the absorption cell and cannot meet the demand for simultaneous multi-component measurements in complex environments.在本研究中，提出了一种新型的低能耗FRS传感器，基于钕铁硼（NdFeB）环形磁体阵列，实现在单个吸收池中同时检测NO和NO2。分析了同轴双波长赫里奥特池（DWHC）的环形磁体阵列的磁场分布特性。使用两台室温连续波中红外量子级联激光器（QCL），波长分别为5.33 µ m（1875.81 cm&minus 1）和6.2 µ m（1613.25 cm&minus 1），同时探测DWHC内的磁光效应。通过对激光波长进行高频调制，有效抑制了1/f噪声。优化了双波长FRS NOx传感器的性能，包括调制幅度、调制频率、样品气压和分析器偏置角。本研究提出的FRS传感器为现场可部署的微量气体检测设备提供了理想解决方案。宁波海尔欣光电科技有限公司为此研究提供了HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞（MCT）光电探测器，用以分别检测2个激光束。In the present work, a novel low-power FRS sensor based on a neodymium-iron-boron (NdFeB) ring magnet array was proposed to achieve simultaneous detection of NO and NO2 in a single absorption cell. The magnetic field distribution characteristics of a ring magnet array coaxial to a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) were analyzed. Two room-temperature continuous wave mid-infrared quantum cascade lasers (QCL) with wavelengths of 5.33 µ m (1875.81 cm&minus 1) and 6.2 µ m (1613.25 cm&minus 1), respectively, were used simultaneously to probe magneto-optical effects within the DWHC. The 1/f noise was effectively suppressed by high-frequency modulation of the laser wavelength. The performance of the dual-wavelength FRS NOx sensor was optimized with respect to modulation amplitude, modulation frequency, sample gas pressure, and analyzer offset angle. The FRS sensor proposed in this work provides a preferable solution for field deployable trace gas detection equipment. The laser detected by two TEC-cooled mid-infrared thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K).(a) Schematic diagram of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor based on a NdFeB ring magnet array (b) Optical layout of the FRS NOx sensor.thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K),结论本研究开发了一种基于NdFeB环形磁铁阵列的双中红外波长FRS传感器，用于同时检测NO2和NO。在光学路径长度为23.7米，积分时间为100秒的条件下，NO2和NO的检测限分别为0.58 ppb和0.95 ppb。高频激光波长调制与外部静态磁场相结合，最大程度地减小了低频噪声对FRS信号的影响。基于有限元方法分析了使用的永磁体阵列的磁场分布特性，帮助确定与其耦合的吸收池长度。采用双波长赫里奥特池放大两种不同偏振光波长与氮氧化物分子之间的相互作用，从而实现了在单个吸收池内对两种顺磁分子的高灵敏度检测。本文提出的FRS NOx传感器在大气环境监测或生态系统NOx通量观测等领域，具有进一步发展成为便携式、可在实地使用的仪器的巨大潜力。Conclusion In this work, a dual mid-infrared wavelength FRS sensor based on a NdFeB ring magnet array was developed for the simultaneous detection of NO2 and NO. The detection limits for NO2 and NO were 0.58 ppb and 0.95 ppb, respectively, at an optical path length of 23.7 m and an integration time of 100 s. High frequency laser wavelength modulation was combined with an external static magnetic field to minimize the effect of low frequency noise on the FRS signal. The magnetic field distribution characteristics of the used permanent magnet array were analyzed based on the finite element method, which helped to determine the length of the absorption cell coupled to it. A dual-wavelength Herriott cell was used to amplify the interaction between two different wavelengths of linearly polarized light and nitrogen oxide molecules, thus achieving highly sensitive detection of two paramagnetic molecules within a single absorption cell. The FRS NOx sensor presented in this work shows great potential for further development into a portable, field-deployable instrument with applications in atmospheric environmental monitoring or ecosystem NOx flux observation. (a) Schematic diagram of a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) with a NdFeB ring magnet array (b) Characteristics of the magnetic inductance line distribution around a NdFeB ring magnet array (c) Ray tracing results in a DWHC (d) Spot distribution on a concave mirror.Optimization of laser modulation frequency for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Optimization of laser modulation amplitude for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.(a), (b) Measured FRS NOx signal as a function of analyzer angle (c), (d) Calculated FRS NOx noise as a function of analyzer angle (e), (f) Calculated SNR as a function of analyzer angle.Measured FRS NOx signal amplitude as a function of sample pressure.(a) , (b) FRS signals for different concentrations of NOx (c), (d) Linear dependence of FRS signal amplitude as a function of NOx concentration.Allan deviation plot of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Reference:Yuan Cao, Kun Liu, Ruifeng Wang, Guishi Wang, xiaoming Gao, Weidong Chen，Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array, Sensors & Actuators: B. Chemical 388 (2023) 133805https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133805

德国科学家研制出一种新型有机薄膜传感器，它能以全新的方式识别光的波长，分辨率低于1纳米。研究人员称，作为一款集成组件，这种新型薄膜传感器未来可替代外部光谱仪，用于表征光源。这一技术已经申请专利，相关论文刊发于最新一期《先进材料》杂志。　　光谱学被认为是研究领域和工业领域最重要的分析方法之一。光谱仪可以确定光源的颜色（波长），并在医学、工程、食品工业等各种应用领域用作传感器。目前的商用光谱仪通常“体型”较大且非常昂贵。　　现在，德累斯顿工业大学应用物理研究所（IAP）和德累斯顿应用物理与光子材料综合中心（IAPP）的研究人员与该校物理化学研究所合作，开发出了一种新型薄膜传感器，能以一种全新的方法识别光的波长，而且，由于其尺寸小、成本低，与商用光谱仪相比具有明显优势，未来或可成功替代后者。　　新型传感器的工作原理如下：未知波长的光激发薄膜内的发光材料。该薄膜由长时间发光（磷光）和短时间发光（荧光）的器件组成，它们能以不同方式吸收未知波长的光，研究人员根据余辉的强度推断未知输入光的波长。　　该研究负责人、IAP博士生安东基奇解释说：“我们利用了发光材料中激发态的基本物理特性，在这样的系统内，不同波长的光激发出一定比例的长寿命三重和短寿命单重自旋态，使用光电探测器识别自旋比例，就可以识别出光的波长。”　　利用这一策略，研究人员实现了亚纳米光谱分辨率，并成功跟踪了光源的微小波长变化。除了表征光源，新型传感器还可用于防伪。基奇说：“小型且廉价的传感器可用于快速可靠地确定钞票或文件的真实性，而无需任何昂贵的实验室技术。”　　IAP有机传感器和太阳能电池小组负责人约翰内斯本顿博士说：“一个简单的光活性膜与光电探测器结合，形成一个高分辨率设备，令人印象深刻。”

〖导读〗目前，国际通用的波前传感器主要是四波横向剪切干涉类型的波前传感器，这款波前传感器采用的是国际名企--法国Phasics的专利技术，并在实际应用中得到广大科研工作者的一致认可！ 四波横向剪切干涉类型的波前传感器采用的是法国Phasics对传统的夏克-哈特曼波前传感器的改进的专利技术： 四波横向剪切干涉和夏克-哈特曼技术的区别：PHASICS：SID4SH区别技术四波横向剪切干涉夏克-哈特曼是对夏克-哈特曼技术的改进，PHASICS全球售出超过300个探测器。强度采用傅里叶变换方法，测量对强度变化不敏感由于需要测量焦点位置，测量对强度变化灵敏关于测量精度，波前测量不依赖于强度水平。使用方便界面直观，利用针孔进行对准安装困难，需要精密的调节台SID4 产品使用方便。取样SID4-HR达300x400测量点64x6测量点（微透镜数量）SID4-HR具有很高的分辨率。这使得测量更可靠，也更稳定。数值孔径 NA：0.5NA：0.1SID4-HR动态范围更高。空间分辨率29.6μm115μmSID4-HR具有更好的空间分辨率。重复性2nm RMSλ/200( 5nm @1053 nm)更好的重复率，更稳定。获取频率10fps7.5fps分析速度快照明SID4的技术可以消色差。系统对不同波长和带宽响应一致。无需对每个波长进行校准。夏克-哈特曼技术基于微透镜，其特性依赖于波长（由于玻璃色散）。仪器需要对每个波长校正。PHASICS更灵活：可以测试宽波段，而不需要额外校准。Phasics波前传感器与传统哈特曼波前传感器测量结果对比： Phasics公司波前传感器具有高分辨率、消色差测量 、高动态范围 、高灵敏度、设计简洁紧凑、高性价比、测量可重复性高等优良特性 ，可广泛应用于光传输变换中波前特性分析中。谁来挑战我，法国Phasics公司的波前传感器，一款您不可错过的波前传感器：为了能让广大科研工作者更加直观的了解法国Phasics公司的波前传感器，我们瞬渺团队将出席4月14-16日在南京展览中心举办的---2017年中国（南京）国际教育装备暨科教技术展览会。届时，将展出该款波前传感器，瞬渺团队的技术工程师和销售精英亲临现场，为广大科研工作者全面解析法国Phasics公司的波前传感器！瞬渺团队对于瞬渺人来说，客户的支持是对我们团队最大的认可，面对日益激烈的国内市场，瞬渺将一直秉持客户为先的团队理念，为广大科研工作者带来专业的技术和售后支持！2017年4月14-16日，瞬渺团队将亲临南京-展览中心381展位（靠近交流会一区），届时，欢迎您前来咨询！

2023年8月14日在比利时鲁汶，imec作为纳米电子学和数字技术领域的全球研发和创新中心宣布成功集成了固定光电二极管结构到薄膜图像传感器中。通过添加固定光电栅和传输栅,薄膜成像器超过一微米波长的吸收质量终于可以被利用,以一种成本效益的方式解锁感知可见光之外光线的潜力。检测可见光范围之外的波长,例如红外光,具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车上的摄像头,以“看穿"烟雾或雾霭,以及用于通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过基于硅的成像器检测,但需要其他半导体材料来检测更长的波长,比如短波红外线(SWIR)。使用III-V材料可以克服这一检测局限。然而,制造这些吸收体的成本非常高,限制了它们的使用。相比之下,使用薄膜吸收体(如量子点)的传感器最近出现为一个有前景的替代方案。它们具有良好的吸收特性和与传统CMOS读出电路集成的潜力。尽管如此,这种红外线传感器的噪声性能较差,导致图像质量较差。早在20世纪80年代,固定光电二极管(PPD)结构就在硅CMOS图像传感器中引入。该结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光检测器结构,通过该结构, charges可以在积分开始前全部排空(允许在没有kTC噪声或前一帧影响的情况下复位)。因此,由于噪声更小、功耗性能更好,PPD主导了基于硅的图像传感器的消费者市场。 在硅成像之外,至今还不可能集成此结构,因为难以混合两种不同的半导体系统。现在,imec在薄膜图像传感器的读出电路中成功集成了PPD结构。 一种SWIR量子点光电检波器与一种氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管单片集成成PPD像素。 随后,该阵列被进一步处理在CMOS读出电路上以形成一个完整的薄膜SWIR图像传感器。 imec的“薄膜固定光电二极管"项目负责人Nikolas Papadopoulos 表示:“配备4T像素的原型传感器表现出显着低的读出噪声6.1e-,相比之下,传统的3T传感器超过100e-,证明了其良好的噪声性能。" 因此,红外图像的拍摄噪声、失真或干扰更小,准确性和细节更高。imec像素创新项目经理Pawel Malinowski补充说:“在imec,我们正在红外线和成像器的交汇处处于地位,这要归功于我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识。通过实现这一里程碑,我们克服了当前像素架构的局限性,并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实用的制造方法相结合的方法。下一步包括优化这项技术在各种类型的薄膜光电二极管中的应用,以及扩大其在硅成像之外的传感器中的应用。我们期待通过与行业伙伴的合作进一步推进这些创新。“研究结果发表在2023年8月《自然电子学》杂志"具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器"。初步结果在2023年国际图像传感器研讨会上呈现。原文: J. Lee et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure, Nature Electronics 2023.摘要使用硅互补金属氧化物半导体技术制造的图像传感器广泛应用于各种电子设备,通常依赖固定光电二极管结构。 基于薄膜的光电二极管可以具有比硅器件更高的吸收系数和更宽的波长范围。 但是,它们在图像传感器中的使用受到高kTC噪声、暗电流和图像滞后等因素的限制。 在这里,我们展示了具有固定光电二极管结构的基于薄膜的图像传感器可以具有与硅固定光电二极管像素相当的噪声性能。 我们将一种可见近红外有机光电二极管或短波红外量子点光电二极管与薄膜晶体管和硅读出电路集成在一起。 薄膜固定光电二极管结构表现出低kTC噪声、抑制暗电流、高满量容和高电子电压转换增益,并保留了薄膜材料的优点。 基于有机吸收体的图像传感器在940 nm处的量子效率为54%,读出噪声为6.1e–。

每种传感器技术的 QE 都不同，某种图像传感器达到 95% 的 QE。但是，它是由被检测光的波长和 半导体材料决定的。对于CCD、EMCCD、(em)ICCD 和sCMOS技术，在某些波长范围内可能达到 95% 的 QE，但可见光谱中近红色和紫外区域的光子具有较低的 QE，因此传感器的效率较低。为了改善这些区域的 QE，已经开发了Deep-depleted硅传感器和涂层传感器，从而增加了 QE。 　　大多数图像传感器都是由硅制成的。由于 QE 取决于材料，该元素的特性以及它如何与光相互作用非常重要。 　　在高纯度晶体形式中，相邻的硅原子彼此共价键合。打破这些键以产生电子/空穴对(~1.1 eV)需要大于带隙能量的能量。入射光的波长与光子吸收深度直接相关；波长越短，进入硅的深度越短。 　　Deep-depleted硅传感器比传统的硅传感器更厚 ，因此能够检测更长波长的光(即 700 nm，NIR)。NIR 光在硅中的穿透深度比典型的硅传感器更深，因此在没有深度耗尽的情况下，硅传感器对入射的 NIR 光有效透明。如下图所示，Deep-depleted硅传感器在 700 – 850 nm 范围内可提供 90% 的 QE，而传统硅传感器可提供 60% 的 QE。 为了进一步改善 QE，可以通过前照式或背照式设备来改变设备内传感器的方向。前照式设备的入射光通常通过并行寄存器的门进入传感器。这些栅极由非常薄的多晶硅组成，在长波长下相当透明，但在短于 400 nm 的波长下变得不透明。因此，在短波长下，栅极结构会衰减入射光。 　　如果硅传感器均匀变薄，图像可以聚焦在没有栅极结构的传感器后端。由于栅极结构没有光限制，背照式器件对光表现出高灵敏度，使 95% 的 QE 成为可能。采用前照式技术的图像传感器，入射光在撞击传感器之前必须穿过微透镜和金属线，从而降低了最大量子效率。背照式图像传感器的入射光首先会照射传感器，因此设备的 QE 不会降低。 InGaAs 传感器 　　只有当光子具有比材料的带隙能量更高或更短的波长时，半导体才会检测到光子。InGaAs 传感器是由 InAs 和 GaAs 的合金制成的半导体，传统的 InGaAs 传感器具有 x:1-x 的 InAs:GaAs 比率。由于 InGaAs不是天然存在的材料，因此必须在 InP 衬底上生长单晶。 　　InGaAs 传感器的带隙能量通常低于硅，这意味着它们能够检测更长的波长，例如短波红外 (SWIR) 区域 (900-1700 nm)。因此，InGaAs 摄像头在 950-1600 nm 区域内的 QE 80%。显示了典型 InGaAs 传感器的 QE 曲线。通过增加单晶内 InAs 的浓度，截止波长可以扩展到 2600 nm。 尽管 InGaAs 相机在 900 – 1700 nm 范围内具有高 QE，但远端波长截止会随着设备冷却而降低。每冷却 10 摄氏度，这通常会偏移 8 纳米。这意味着进入设备的光子吞吐量很重要，但是远端截止的这种转变可能是有利的，因为它允许传感器充当“可调”低通滤波器。 　　总结 　　QE 是衡量设备在将入射光子转换为电子方面的有效性的指标。不仅 QE波长取决于，它还取决于传感器材料。 　　如果能量高于半导体带隙能量，传感器将检测到入射光子。这就是为什么硅在 500-600 nm 之间具有 95% 的 QE，但对于较长的红外/较短的紫光波长具有较低的 QE，而 InGaAs 在 SWIR 范围(900-1700 nm)上具有高 QE，而不是可见区域或中红外波长范围( 1700 nm)。

奥地利安东帕公司全新推出Carbo 520光学二氧化碳传感器，它是一款易于在线安装的饮料生产流程 CO2 传感器。该系统可与您的样品直接接触，在 0 g/L 到 12 g/L 的整个测量范围内提供无漂移的CO2检测结果。详细参数：http://www.anton-paar.com/cn-cn/products/details/carbo-520-optical/co2-sensor/ ? 安装后免维护Carbo 520 Optical 是一种完全免维护的设备。它基于衰减全反射 (ATR) 光谱法来测量 CO2 浓度，传感器中无移动或机械部件，因此不存在磨损且无损耗品。操作传感器时无需准备外部清洗气体和外部压缩空气，因此也不存在需要操控的供气阀。 ? 所需运行成本最少Carbo 520光学二氧化碳传感器只需 24 V 10 W 的电源，耗电量与您的节能灯泡相同。除节能以及传感器使用寿命长之外，Carbo 520 Optical 还具有测量精确、测量速度快的特点，可最大限度降低您的成本，使您在原材料上的花费最少并严格按照规范进行生产。 ? 单次设置后可测量所有饮料Carbo 520的测量结果不受所测饮料的溶解度和糖组分的影响。无论测量可乐、啤酒、果酒还是其他饮料中的 CO2 含量 - 您都可以采用相同的测量方法，无需考虑任何饮料类型差异。 ? CO2 测量结果不受影响，值得信赖Carbo 520光学二氧化碳传感器提供绝对精确的测量结果，因为其设计为可避免其他类似光学系统中纂改测量结果的某些“陷阱”。由于传感器只测量 CO2 分子吸收的光的特定波长，因此该测量具有高度选择性且不受饮料中普遍存在的其他气体（比如氧气或氮气）的影响。另外，由于测量只在样品的表层进行，因此测量结果同样与各个样品的色度或浊度无关。 ? 可轻松测量通常难测的样品就准确度和卫生而言，测量含大颗粒物的饮料是一种特别的挑战。凭借 Carbo 520 二氧化碳传感器，可简单可靠地测量通常难测的样品（比如含果肉的果汁），因为安东帕传感器的构造中不含任何移动部件或卫生死角且该传感器适合于无菌应用。清洁该 EHEDG 认证传感器既轻松又高效。 ? 随时可获得即时测量结果安东帕二氧化碳传感器易于直接在线安装并因此能真正接触您的样品。即使最微小的浓度变化也会迅速进行实时报告，测量值每 4 秒更新一次。系统通信无障碍，可轻松连接 PROFIBUS、Modbus TCP、PROFINET、DeviceNet 和 EtherNet/IP 等现场总线。测量速度越快，则反应速度也就越快 - 从而优化控制和效率。关于安东帕（中国）奥地利安东帕有限公司（ANTON PAAR GMBH）是工业及科研专用高品质测量和分析仪器的全球领导厂商。公司成立于1922年，总部设在奥地利格拉茨，在全球12个国家和地区设有分公司直接提供销售和售后服务，并在其它主要地区设有代理销售、服务机构。作为世界上第一台数字式密度计的发明者，安东帕公司的产品占全球浓度、密度测量仪器仪表行业市场份额的70%。 安东帕公司的密度仪、黏度测量仪、流变仪、旋光仪、折光仪、固体表面Zeta电位分析仪、 SAXSess 小角X光散射仪、闪点与燃点测定仪、微波消解与合成设备等产品作为分析与质量检测工具，已广泛应用于啤酒饮料，石油，化工，商检，质检，药检等诸多领域和研究机构，并且已作为许多国家行业标准及计量校正仪器。我们的用户包括了一级方程式赛车队，炼油厂，和几乎所有的世界知名饮料制造商。

英国研究人员16日说，他们制造出了世界上最小的超声波传感器。它是如此微小，以至于可以在一根头发丝上排成队列。这一成果可广泛用于探索细胞内部等微观环境。　　英国诺丁汉大学当天发布公报说，该校应用光学研究小组制造出了这种微型超声波传感器。它比现有的超声波传感器要小许多，500个这种传感器排在一起才会达到一根头发丝的宽度。它同时具有超声波特性和光学特性，在感知到超声波时会微微变形，这种变形可以被照射它们的激光所探测到，从而获得超声波的信息 反过来，如果对它发出一个激光脉冲，它也可以受激向外发出超声波，探测目标对象。　　研究人员马特克拉克说，纳米技术的兴起带来了对微型超声波探测器的需求，他们开发的新设备将超声波探测技术推广到了纳米尺度上。目前人们比较熟悉的超声波应用是医疗检查，这种新型设备就可以用来对一个细胞的内部进行超声波检查，提供过去难以获得的生理信息。　　此外，这种超声波传感器的分辨率也很高，它所用的声波频率超出了可见光的频率，因此在理论上它可以获得比最好的光学显微镜还要清晰的图像。

氟利昂是一种化学物质，全称为氟氯碳化烃，化学式为CFC，也被称为Freon，它是一种无色、无味、无毒的气体。氟利昂具有稳定性高、不易燃、绝缘性好等特点，因此在制冷领域有着广泛的应用，主要是作为制冷剂。氟利昂制冷剂如发生泄漏，常温常压下均为气体，略有芳香味。但制冷机房相对环境密闭，而氟利昂特性，比空气质量重，会下沉到地面累积，氟利昂本身是无毒的，但当它与空气混合到一定浓度时，就会发生事故，造成窒息、死亡或严重伤害。人体吸入过多之后，会出现缺氧的状态，因此需要在制冷机房安装氟利昂传感器，检测氟利昂气体浓度。舒茨氟利昂传感器舒茨氟利昂传感器作为德国原装进口产品，以其卓越特点脱颖而出。具有准确度高、灵敏度高、可靠性高、易于使用等优点，它能够准确测量氟利昂浓度，适用于极低浓度的探测，且具有长时间的稳定运行能力。 主要特点 采用双波长技术的非色散红外(NDIR)气体传感器专为壁挂式检测器和室内空气监测设备的小浓度范围(2000 ppm范围)制冷泄漏检测而设计。其灵敏度和高精度也适用于食品储存设施、空调系统和科学研究领域。&bull 低漂移&bull 通过扩散进入气体&bull 3-6伏直流电源电压&bull LED状态指示&bull 可检测多种制冷剂应用场景舒茨氟利昂传感器可用于不同场景。制冷与空调系统监测：氟利昂传感器可以用于检测和监测制冷与空调设备中的氟利昂泄漏情况，确保系统的安全运行，减少对环境的损害。工业制造和化学工艺控制：一些工业及化学生产过程中需要使用氟利昂化合物。氟利昂传感器可以用于监测氟利昂的浓度，确保其在安全的范围内，并及时采取措施以防止泄漏。环境监测：氟利昂传感器可以应用于监测室内和室外环境中氟利昂的浓度，帮助评估环境污染程度和采取相应措施进行治理。温室气体排放控制：氟利昂是一种温室气体，对全球变暖有重要影响。氟利昂传感器可以应用于监测和测量氟利昂的排放量，帮助发现潜在的排放问题，并采取措施减少温室气体排放。 具体参数 测量原理非色散红外（NDIR），双波长测量范围0...1000 ppm全刻度响应时间约30秒数字分辨率1ppm重复性≤±20ppm线性误差（直线偏差)≤±30ppm长期稳定性（零）12个月内≤±50ppm长期稳定性（跨度）12个月内≤±60ppm工作温度－20...＋40℃舒茨氟利昂传感器为德国原装进口产品，采用非色散红外原理原理，实现对氟利昂气体浓度的检测。此外，配备特定的传感器芯片，如集成化芯片和微控制器等，以提供高灵敏度、高选择性、快速响应和低功耗等优点。这种结构优势使氟利昂传感器能够有效监测氟利昂气体，实现快速、准确的气体浓度测量，并适用于各种应用场景，为环境保护和可持续发展做出贡献。

还记得盗贼电影里出现的红外线吗？这简直是所有盗贼片的经典片段。仿佛电影中没有穿过红外线的盗贼，就不是好电影， 那么一直有个疑问，红外线传感器能否区分检测环境下的人和动物？红外传感器原理：所有温度高于0k的物体都无时无刻不在向周围发射红外能量。由于各种物体吸收与含有的热能量不同，向外辐射的热红外能量自然不同。利用红外探测器，能将被测目标的红外辐射能转换成电信号，经过放大、转换等一系列处理，最终准确测定出物体的温度。人体有恒定的体温，会发出特定波长在10μm左右的红外线，红外探测器正是利用红外线反射的原理。探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。这种探测器是以探测人体辐射为目标的。这样的称之为被动红外探测器， 动物也有热量会发射红外线，所以常规的吸顶式人体红外探测器是没办法区分人和动物的。技术的不断突破，也推动着红外传感器的市场应用进一步扩大。现在市面上也有一些防小宠物的红外报警器，被动红外探测器发展到今天，在技术上已经比较成熟，防小宠物是被动红外探测器的复一种重要的功能，每个生产厂家对抗小宠物干扰的处理方式是不一样的，但不外乎有两种方式:一种是物理方式，即通过菲涅尔透镜的分割方式的改变来降低由于小宠物引起误报的概率，这种方式是表面的，效果也是有限的。第二种方式是采用对探测信号处理分析方式主要是对探测的信号进行数据采集，然后分析其中的信号周期，幅度，极性 .这些因素具体反应出移动物体的速制度、热释红外能量的大小，以及单位时间内的位移。探测器中的微处理器将采集的数据进行分析比较，由此判断移动物体可能是人还是小动物 。由此看来，我们要注意的是被动红外探测器的防小宠物百的功能是相对的。这种相对性包括两个方面，一个是防宠物是相对的，相对于没有防宠物功能的探测器其误报率是大大降低了，它对小宠物的数量和大小有一定限度的。第二方面是安装位置是要有一定要求度的，并不是随意的安装就可以达到防小宠物功能。随着技术的不断研发，目前，红外探测传感器正朝着探测率更高，响应波长更大，响应时间更短，抗干扰性能更高，生产成本更低的方向发展。建大仁科RS-HW-N01型吸顶式人体红外传感器小巧玲珑，内部配置人体双元热释红外传感器和少量外接元器件，采用吸顶式安装，安装高度在2.5~6m之间，安装高度在3.6m时，能都形成直径6m的探测范围，将其用在机房环境监测系统中能够对机房环境实现360度的全方位探测，是一款稳定性较高的被动红外传感器。吸顶式人体红外传感器设备内部使用8-bit 低功耗CMOS处理器，采用先进的信号分析处理技术，配备较高性能的传感信号处理集成电路，具有超高的探测和防误报性能；具有抗RFI干扰（20~1000MHZ，如移动通信）的功能；设备具有自动温度补偿功能，在温度-10℃~50℃之间，相对湿度≤95%的环境内工作，不会出现凝露现象。使用者将人体红外探测器安装在机房出入口处，当有人非法闯入红外探测区域时，探测器会自动对他进行探测，若发现他在区域内活动，会立刻启动安全报警功能：设备上的LED指示灯变亮，并把告警信息通过环境监控主机上传至机房环境监测系统，系统也会在给管理人员发送有人非法入侵告警信息。吸顶式人体红外传感器的测量范围如下图：人体红外传感器起到智能安防的作用。为方便用户使用，还具有报警延时和延时报警的功能，在具体使用中用户可根据情况，将报警持续时间调整为30s、10s或5s；延时报警则通过管理软件进行设置修改。安装人体红外传感器不仅仅是为了防贼，更重要的是保障人身安全。侵入者的非法反侦测技术手段的提高，普通的门禁不能完全阻止他们，而吸顶式红外探测器性能稳定，具有超高的探测和防误报性能，安装后也不易被人发现，被广泛应用于楼盘别墅、厂房、仓库、商场、写字楼等场所，进行安全防范。

该研究首次提出了一种聚合物多模波导，其特征在于开创性的匙形几何形状，用于设计表面等离子体共振（SPR）生化传感器。通过在匙形波导上层叠约60nm的金纳米膜来实现等离子体元激发。由于波导的特殊几何结构，确定了两个不同的传感区域：一个位于勺子颈部的平面传感区域和一个位于碗上具有倾斜表面的凹面传感区域。体感度（Sn）与传感器发射/收集光的方式（平行或垂直于波导的主轴）和被询问的感测区域（平面颈部或角碗）相关，表明传感器的性能可以根据所选的测量配置方便地调整。SPR传感器的特性表明，颈部的Sn为750nm/RIU，碗部的Sn为950nm/RIU。为了进一步检查特殊的传感特征并评估应用环境，这两种受体都对人血清白蛋白（HSA）具有特异性：碗区的抗体（高Sn）；颈部区域（低Sn）上的分子印迹纳米颗粒（纳米MIP）。实验结果表明，免疫传感器的检测限（LOD）为280 pm，纳米MIP传感器的检测极限（LOD），为4.16fm。HSA多传感器的总体响应包含八个数量级，表明匙形波导提供多尺度检测，并具有设计多分析物传感平台的潜力。图1（A）匙形光波导的几何形状（B）碗面角度的细节（C）等离子体传感平台的设置（D）光导效应的变化可以在未涂覆波导上被理解为光散射的变化。图2基于匙形聚合物波导的实验SPR传感器配置。图3（A）共振波长变化。图4是（A）纳米MIP的功能化感测区域的表面形貌的原子力显微镜3D视图；（B）抗体功能化传感区。图5（A ）具有抗体受体的等离子体光谱，获得的HSA浓度范围为0.53-5300nm。（B）相对于空白的共振波长变化的绝对值，绘制为HSA浓度的函数（半对数标度）；(C）具有纳米MIPS受体的等离子体光谱，HSA浓度范围为0.53–530 fM。(D）相对于空白的共振波长变化的绝对值。原文题目：Spoon-shaped polymer waveguides to excite multiple plasmonic phenomena: A multisensor based on antibody and molecularly imprinted nanoparticles to detect albumin concentrations over eight orders of magnitude.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114707

未来值得关注的四大领域　　随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求，四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。　　一是可穿戴式应用。据美国ABI调查公司预测，2017年可穿戴式传感器的数量将会达到1.6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等，实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前，可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展，如电子肌肤等。日前，东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状，单位面积重量只有3g/m2，是普通纸张的1/27左右，厚度也只有2微米。　　二是无人驾驶。美国IHS公司指出，推进无人驾驶发展的传感器技术应用正在加快突破。在该领域，谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果，通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪，以每秒20次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智能软件进行分析，预测相关路况未来动向，同时结合谷歌地图来进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达、佛罗里达和加利福尼亚州获得上路行使权。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发，有的车型已接近量产。　　三是医护和健康监测。国内外众多医疗研究机构，包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光(NIR)的图像传感器，其原理是照射近红外光LED后，使用专用摄像元件拍摄反射光，通过改变近红外光的波长获取图像，然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。　　四是工业控制。2012年，GE公司在《工业互联网：突破智慧与机器的界限》报告中提出，通过智能传感器将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材料科学的限制，并将改变世界的运行方式。报告同时指出，美国通过部署工业互联网，各行业可实现1%的效率提升，15年内能源行业将节省1%的燃料(约660亿美元)。2013年1月，GE在纽约一家电池生产企业共安装了1万多个传感器，用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据，而工厂的管理人员可以通过iPad获取这些数据，从而对生产进行监督。超声波气象站集合了7个传感器，为工业生产提供了一流的天气监测信息，为预防一些灾害事件提供可靠信息，从而提高效率，降低和总的成本。　　此外，荷兰壳牌、富士电机等跨国公司也都在该领域采取了行动。

p　　大气中超细颗粒物的检测首次有了低成本便携式利器。近日，北京大学物理学院肖云峰研究员和龚旗煌院士带领的课题组，成功制备了基于纳米光纤阵列的全光传感器，新传感器的单颗粒粒径分辨率首次达到10纳米。/pp　　颗粒物的高灵敏传感检测在环境监控、国家安全和生化研究等方面具有重要意义。基于光学方法的传感技术具有非物理接触、易于操作且灵敏度高等优势，故而传统光纤传感器已在高灵敏检测领域“大显身手”。/pp　　肖云峰对科技日报记者解释：“国际学术界研究表明，当光纤直径减小至光波长量级时，光纤外部产生显著的倏逝场(尺度约在百纳米量级)，其对周围环境的微弱变化极为敏感，因此，可利用颗粒物在倏逝场中的散射效应，实现对超细颗粒物的传感与尺寸分布测量。”/pp　　据肖云峰介绍，在新研究中，他们首先精确地计算了散射效率与散射体尺寸和光纤直径的关系，预测了纳米光纤传感器的最优几何尺寸和探测极限 随后进行了高灵敏度的纳米光纤阵列的设计和制备，并通过优化光纤模式，实现了单个标准聚苯乙烯纳米颗粒的传感和测量，粒径分辨率达10纳米。/pp　　课题组利用这一传感器对2015年和2016年北京冬季大气细颗粒物进行了持续监测，直接获得了百纳米尺度细颗粒物的粒径分布信息及实时演化图，以此数据为基础计算得到的细颗粒物质量浓度数据与官方公布的数据趋势符合良好，展示了此成果具有较高的应用价值。/pp　　龚旗煌院士说：“与其他传感器相比，纳米光纤型传感不仅精度高，且成本低、操作简单、便于携带，可快速精准地检测出大气中的超细颗粒物，有望为环境保护和雾霾形成机理研究提供一种新的工具。”/pp　　这项成果发表在重要光学期刊《光：科学与应用》上，研究得到了国家自然科学基金委、科技部等的支持。/p

p　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作，成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器，实现对重金属离子的超灵敏检测。br//pp　　倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件，大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层，在特定的波长形成一系列离散的谐振峰，光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此，倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料，具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点，以及从可见到红外广阔的光谱响应范围，在光学检测方面展现出巨大的应用前景。br/　　该研究中，研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合，揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用，借助于倾斜光栅这种独特的光学结构，构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术，将黑磷纳米片高效地附着在光纤器件表面，不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性，该黑磷光纤传感器能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子，具有超高的灵敏度、超低的检测限，以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发，将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台，从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。br/　　相关研究成果发表于Sensors and Actuators B: Chemical。该研究得到了国家自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/4ba34206-8377-4380-a6fe-692cf085a316.jpg" title="1.jpg" style="width: 600px height: 326px " width="600" vspace="0" hspace="0" height="326" border="0"//ppstrong图.a)：黑磷倾斜光纤光栅器件及其光学调制示意图，b)：重金属离子检测的实验步骤，c)：不同重金属离子浓度下TM模式共振的光谱图，d)：不同重金属离子浓度下光谱的共振强度图。/strong/p

光谱仪在材料分析、天文学、食品化学以及医学诊断等许多领域都有应用。市场需求正在迅速增长，但光谱仪的尺寸阻碍了其在更广泛领域的普及。因此，市场急需高性能的紧凑型光谱仪，不断缩小光谱传感器尺寸已成为当前的研究热点。为了使光谱仪小型化，已经进行了各种尝试，例如传统的色散方法、傅里叶变换干涉技术（FTI），以及使用带有随机滤波器阵列和窄带通滤波器的探测器等。与色散和傅里叶变换干涉系统相比，滤波器阵列与探测器的集成，由于无需长光路和光学元件的精确对准来获得高分辨率而具有优势。此外，将滤波器阵列与电荷耦合器件（CCD）或CMOS图像传感器（CIS）等探测器集成，可以通过单次捕捉二维图像实现高光谱成像。特别是，与随机滤波器方案相比，窄带通滤波器阵列的集成无需进行后处理分析。然而，为了获得高分辨率需要大量的信道，意味着更复杂的制造工艺，例如蚀刻和沉积，因为每个信道都需要不同厚度的薄膜。为了解决这个问题，有研究使用组合蚀刻技术来制造多信道。业界对光谱仪中使用的窄带通滤波器的谐振结构进行了研究，但大多数研究仅限于改变电介质多层膜的厚度，以形成不同波长和品质因数的光学腔。这对于器件的大规模生产很麻烦，因为它需要过多的电介质沉积、蚀刻和光刻步骤，尤其是在像素尺寸级别的制造工艺。据麦姆斯咨询介绍，三星高级技术研究所光子器件实验室的Jaesoong Lee及其同事通过将被称为超表面的亚波长纳米结构集成到直接位于CMOS图像传感器顶部的带通滤波器阵列中，开发出了一种紧凑型超光谱（meta-spectral）图像传感器。由于窄带通滤波是通过亚波长光栅结构而不是通过改变层的厚度来调谐的，因此所有信道都可以通过一步光刻工艺制造。这种方案简化了制造，并且与CMOS工艺完全兼容。这种紧凑型超光谱图像传感器具有窄带高效率、与相邻信道的低串扰和高光谱分辨率。利用该器件，研究人员从波长混合图像中获得了高光谱图像。超光谱图像传感器示意图超光谱图像传感器制造研究人员在CMOS图像传感器晶圆（三星S5K4E8）上采用标准的洁净室工艺（包括PECVD和干法蚀刻）制作了超表面带通滤波器阵列。首先，研究人员为底部介质反射器沉积了多层硅和二氧化硅；然后利用电子束光刻定义纳米柱阵列；再使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）形成纳米柱阵列，并再次沉积二氧化硅以填充纳米柱之间的间隙；然后进行化学机械抛光（CMP）工艺，以平整二氧化硅顶面；最后，为顶部反射器沉积了一层由硅和二氧化硅制成的多层膜。超光谱图像传感器制造过程示意图高光谱成像为了验证演示其高光谱成像性能，研究人员拍摄了由3 x 5颗多波长LED组成的LED面板的光谱图像。每颗LED可以发射多个波长的组合，这些波长被选择以显示以下大写字母：770 nm显示“S”，810 nm显示“I”，850 nm显示“A”，950 nm显示“T”，如下图（a）底部所示。超光谱成像仪的高光谱成像演示作为概念证明，研究人员拍摄了一张所有LED都打开的面板照片，如上图（b）顶部所示。图像中的所有字母都无法区分，因为面板上的所有LED都已打开。通过将这个组合图像分成20个信道，如上图（b）底部所示，研究人员发现了隐藏的“SAIT”字母。在对应829.1 nm的信道11处，由于810 nm和850 nm LED的宽带发射，“I”和“A”被结合在一起。对于更长的波长（信道12和信道13），研究人员观察到字母“I”变得更模糊，而字母“A”变得更清晰。通过实验结果，研究人员证实了这款超光谱图像传感器具有良好的光谱成像性能。

前言 风电功率预测是指对未来一段时间内风电场所能输出的功率大小进行预测，以便安排调度计划。风功率预测意义重大：通过风功率预测系统的预测结果，电网调度部门可以合理安排发电计划，减少系统的旋转备用容量，提高电网运行的经济性；提前预测风功率的波动，合理安排运行方式和应对措施，提高电网的安全性和可靠性；对风电进行有效调度和科学管理，提高电网接纳风电的能力；指导风电场的计划检修，提高风电场运行的经济性。 测风塔系统测风塔系统是风功率预测重要组成部分，其包括：风塔、传感器、电源、数据处理存储装置、安全与保护装置和传输设备等。传感器分为风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器等，用来测量指定的环境参数为风功率预测提供依据。其中风速风向传感器以机械式和超声波测量为主。机械式风速风向传感器造价低，但是也存在着非常明显的缺陷：风速升高或降低时，由于惯性作用，升速或减速慢；有活动部件，极易磨损，易受沙尘等恶劣天气的损耗，易受冰冻、雨雪干扰，需定期维护； 对于阵风测量精度低；启动风速阈值高；风杯受到的风压力正比于空气密度，空气密度的变化将会影响测量精度； 风速和风向分立式，需要单独拉线，成本增加；本地采集端需要数据采集器进行模拟量到数字量的转换，成本增加而超声波风速风向仪很好地解决了以上的不足，技术成熟，安装方便，同时数字接口输出，可以节省本地数据采集器的成本。 Lufft测风塔解决方案Lufft作为全球专业的气象传感器供应商，其提供的超声波传感器WS200-UMB和气象五参数WS500-UMB很好地满足地测风塔数据的要求。WS200-UMB可以安装在30米、50米、70米和80米测量风速和风向，而WS500-UMB安装在10米高度测量风速、风向、温度、湿度和气压等参数。本文将从组成、传感器、数据采集、供电、防雷和通讯等几个方面阐述。 系统组成根据规范要求，系统配置包括：传感器（4* WS200，1*WS500）、机箱、太阳能板、电池和支架等组成。其中机箱内含有：电源模块、太阳能控制器、数据采集模块、通信模块，防雷模块、开关和接线端子等部件。 Lufft测风塔系统框图 现场安装示意图 传感器参数气象五参数WS500-UMB可以测量风速、风向、温度、湿度、露点温度、空气密度和气压，并配备电子罗盘，修正真风向。同时输出测量质量，判别测量输出数据的有效性。超声风探头配备加热功能，供电允许的情况下，有效抵制结冰积雪。 WS200-UMB WS500-UMB Lufft超声风传感器和气象五参数，性能良好，提供的数据丰富，产品特色总结如下:数字接口输出，无需外接数据采集器进行模数转换，可以直接连接数字通信模块（光端机或DTU），降低成本；除基本数据外，气象五参数还可以输出空气密度和风速风向的标准偏差数据；配备电子罗盘，现场安装施工难度大，人为调正北指向误差大，可用设备自身的修正风向；通过配置传感器参数，可以通过预留的接口连接第三方降水传感器，数字接口统一输出；探头具备加热功能，供电允许的情况下，可以有效防止结冰引起传感器的无法测量的问题，保证数据的完整性；测风质量是Lufft产品特有的技术指标，是传感器自身在测量过程中，单位时间内测量的有效次数与总次数比值的百分比；其体现了测量数据的有效性，尤其是同一地点不同设备输出数据的差别比较大的情况下，判断孰优孰劣的有力依据。 数据采集存储由于Lufft的传感器都是RS485数字接口，可以采用总线模式连接到数据采集模块或通信模块。同时，数据的采集和存储相对比较简单，不需要专门的数据采集器，可以选择带多个RS485口和以太网口的RTU模块（存储功能可以定制）。通信协议可以使用市场主流的Modbus协议。

所谓气体传感器，是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测，测量该气体在传感器附近是否存在，或在传感器附近空气中的含量。因此，在安全系统中，气体传感器通常都是不可或缺的。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。气体传感器的分类从检测气体种类上，通常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导 体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器。从使用方法上，通常分为便携式气体传感器和固定式气体传感器。从获得气体样品的方式上，通常分为扩散式气体传感器（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式气体传感器（是指通过使 用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）。从分析气体组成上，通常分为单一式气体传感器（仅对特定气体进行检测）和复合式气体传感器（对多种气体成分进行同时检测）。按传感器检测原理，通常分为热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器、气相色谱式气体传感器等。先来了解一下气体传感器的特性：1、稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。2、灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制或爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。3、选择性选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。4、抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到优。接下来是关于不同气体传感器的检测原理、特点和用途：一、半导体式气体传感器根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用 半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理） 等。可以检测百分比浓度的可燃气体，也可检测ppm级的有毒有害气体。优点：结构简单、价格低廉、检测灵敏度高、反应速度快等。不足：测量线性 范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。二、固体电解质气体传感器固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质，当用作气体传感器时，它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液中，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，几乎在石化、环保、矿业、食品等各个领域都得到了广泛的应用，其重要性仅次于金属—氧化物一半导体气体传感器。这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间，选择性、灵敏度高于半导体气体传感器，寿命长于电化学气体传感器，因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。三、催化燃烧式气体传感器这种传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器，即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层，在一定温度下，可燃气体在表面催化燃烧，因此铂电阻温度升高，导致电阻的阻值变化。由于催化燃烧式气体传感器铂电阻外通常由多孔陶瓷构成陶瓷珠包裹，因此这种传感器通常也被称为催化珠气体传感器。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体，但实际应用中有很多例外。这种传感器通常可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。四、电化学气体传感器电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。包含原电池型气体传感器、恒定电位电解池型气体传感器、浓差电池型气体传感器和极限电流型气体传感器。1、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫等。2、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析（根据电解过程中消耗的电量，由法拉第定律来确定被测物质含量）传感器。这种传感器用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。3、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。4、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。主要优点：体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。主要不足：易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。五、PID——光离子化气体传感器PID由紫外光源和气室构成。紫外发光原理与日光灯管相同，只是频率高，能量大。被测气体到达气室后，被紫外灯发射的紫外光电离产生电荷流，气体浓度和电荷流的大小正相关，测量电荷流即可测得气体浓度。可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物，PID对挥发性有机化合物灵敏度很高。六、热学式气体传感器热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的。其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其主要工作原理是在一定温度下，一些金属氧化物半导体材料的电导率会跟随环境气体的成份变化而变化。其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸 气、酒精乙醚蒸气等。七、红外气体传感器一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。这种传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端，当有气体时，对红外光产生吸收，接收到的红外光就会减少，从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接收器，使检测更准确、可靠。优点：选择性好，只检测特定波长的气体，可以根据气体定制；采用光学检测方式，不易受有害气体的影响而中毒、老化；响应速度快、稳定性好；利用物理特性，没有化学反应，防爆性好；信噪比高，抗干扰能力强；使用寿命长；测量精度高。缺点：测量范围窄；怕灰尘、潮湿，现场环境要好，需要定期对反射镜面上的灰尘进行清洁维护；现场有气流时无法检测；价格较高。八、磁学式气体分析传感器在磁学式气体分析传感器中，常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围宽，是一种十分有效的氧量测量传感器。常用的有热磁对流式氧量分析传感器（按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式）和磁力机械式氧量分析传感器。主要用途：用于氧气的检测，选择性极好，是磁性氧气分析仪的核心。其典型应用场合有化肥生 产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。九、气相色谱式分析仪基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析传感器。在发电厂锅炉试验中，已有应用。工作时，从进样装置定期采取一定容积的气样，在流量一定的纯净载气（即流动相）携带下，流经色谱柱，色谱柱中装有称为固定相的固体或液体，利用固定相对气样各组分的吸收或溶解能力的不同，使各组分在两相中反复进行分配，从而使各组分分离，并按时间先后流出色谱柱进入检测器进行定量测定。根据检测原理，气相色谱式分析仪又细分为浓度型检测器和质量型检测器两种。浓度型检测器测量的是气体中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。常用的检测器有TCD热导检测器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。优点：灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。不足：定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于 试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。十、其他气体传感器1.超声波气体探测器这种气体探测器比较特殊，其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时，就会形成湍流，产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素，超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞产生热能和振动。热能快速分散，但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是否有空气泄漏。这类探测器通常用于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。2.磁氧分析仪这种气体分析仪是基于氧气的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象，测量混合气体中氧气的一种物理气体分析设备。这种设备适合自动检测各种工业气体中的氧气含量，只能用于氧气检测，选择性极好。

风既有大小，又有方向，因此风的预报包括风速和风向两项。风速，是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率，常用单位是m/s。风速是没有等级的，风力才有等级，风速是风力等级划分的依据。一般来讲，风速越大，风力等级越高，风的破坏性越大。在气象上，一般将风力大小划分为十七个等级。 气象上把风吹来的方向确定为风的方向。风来自北方叫作北风，风来自南方叫作南风。当风向在某个方位摇摆不能肯定方位时，气象台站预报就会加以“偏”字，比如偏南风。利用风向可以在人们的生活、生产、建厂、农业、交通、军事等各种领域发挥积极作用。 测量风速时可以使用测风器，风压板扬起所过长短齿的数目，表示风力大小。测量风向时可以使用风向标，风向标对的风向箭头指在哪个方向即表示当时刮什么方向的风。 同时测量风速和风向可以使用超声波风速风向传感器。超声波风速风向传感器是一款基于超声波原理研发的风速风向测量仪器，利用超声波时差法来实现风速风向的测量。由于声音在空气中的传播速度会和风向上的气流速度叠加，如果超声波的传播方式和风向相同，那么它的速度会加快；反之则会变慢。所以在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风速和风向。超声波风速风向传感器与传统的风速风向传感器相比，它不需要维护和现场校准， 360°全方位无角度限制，没有启动风速的限制，可以同时获得风速、风向的数据；无移动部件，磨损小，使用寿命长；采用随机误差识别技术，大风下也可以保证测量的低离散误差，使输出更平稳。 超声波风速风向传感器安装也比较简单方便。那超声波风速风向传感器可以应用在哪些方面呢？ 超声波风速风向传感器可以应用在新型能源开发领域，一些重要的设备十分容易受到风速变化的影响；可以应用在工矿领域，为了确保煤矿安全生产的正常进行，相关部门也推出了针对矿井环境必须使用风速传感器这类设备的规定；可以应用在塔式起重机，当大风影响起重机工作时，它会发出报警；也可以应用于气象领域和煤矿等。

日前，中科院长春光机所在国内首次研制出碱金属原子光学传感技术专用的795nm和894nm 垂直腔面发射激光器(VCSEL)。该器件采用完全自主的结构设计、材料生长和芯片工艺研制而成，芯片体积仅为0.05立方毫米(0.5mmx0.5mmx0.2mm)。器件高稳定单模态激光输出高于0.2毫瓦，工作电流低于1.5毫安，功耗低于3毫瓦，工作温度超过100℃，可作为核心光源用于芯片级原子钟、原子磁力计、原子陀螺仪等碱金属原子传感器。　　基于原子光学技术的精密传感需要一些特定的波长(如795nm和894nm等)并且满足窄线宽、低功耗、可直接调制、单模和稳定偏振态的光源来激发碱金属原子。传统灯泵浦光源方案的传感器存在的体积大、功耗高、稳定性差等问题一直是困扰原子光学传感器小型化的主要难题。垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为一种新型的半导体激光器，具有窄线宽、低功耗、高调制频率、小体积和容易集成等特征，因此基于VCSEL的相干布居俘获(CPT)方法使得原子光学器件的微型化和低功耗应用成为可能。　　目前，国外只有个别实验室和公司具有制作该类原子光学传感器专用VCSEL的能力。中科院长春光机所大功率半导体激光组在十余年研究基础上成功制备出性能符合要求的VCSEL器件，为国内原子传感器的研制提供了必需的核心元器件并掌握了自主知识产权，目前正在与国内相关单位开展合作研究，促进芯片级原子传感器的产品开发。这些产品将应用于航天、国防以及民用领域，例如：精密计时技术、单兵卫星精确定位，长航时远距离惯性导航，高灵敏度水下金属磁场测量等。　　 795nm VCSEL 芯片(左)和TO46封装器件(右)

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所与西北大学合作，在表面功能化光纤传感器研究方面取得重要进展。研究基于通信单模光纤开发出一种免标记、高灵敏度、高选择性的法布里-泊罗(Fabry-Perot)型干涉探针。该探针具有测试便捷、成本低、温度稳定性高等特点，在生物大分子光谱检测方面具备广泛应用前景。 　　胆固醇是细胞膜、脂蛋白、神经细胞和脑细胞中的重要脂质大分子，其浓度与心脏病、高血压、动脉硬化、中风等疾病密切相关。因此，胆固醇水平检测备受关注。与目前常用的电化学法、酶分析、液相色谱、质谱等检测方法相比，光纤光谱检测方法具有体积小、抗电磁干扰、成本极低、免标记等突出特点，在生物化学检测领域备受关注。 　　传统的光纤光谱检测器件(如长周期光栅、倾斜光栅、表面刻蚀布拉格光栅等)受到制备仪器要求严格、温度及形变交叉敏感等困扰，在实用性上有较大局限。 　　该团队从光纤干涉理论及光与物质的相互作用理论出发，采用单模光纤和光纤插芯制备光纤光谱检测器件，通过范德瓦耳斯力在光纤插芯端面依次贴覆环氧树脂-氧化石墨烯(GO)-β环状糊精多层功能膜，基于最外层β环状糊精的疏水型空心分子结构与胆固醇的靶向性吸附结合原理，实现对胆固醇分子的高灵敏度光谱浓度检测，并在尿素、葡萄糖、抗坏血酸、人体血红蛋白等生化分析领域常见干扰物作用下可以呈现出强选择性，具备可重复制备和可重复检测特性，检出限达到3.5M, 灵敏度为3.92 nm/mM。该成果为表面功能化光纤器件在生化光谱分析领域的应用提供了新的思路和手段。 　　此外，研究通过X射线光电子能谱(XPS)探究EDC/NHS活化GO羧基对分子间键合相互作用影响以及β环状糊精和胆固醇分子的成键作用特性，对检测机制进行了验证分析。 　　相关研究成果发表在Analytica Chimica ACTA上。西安光机所为第一完成单位及通讯单位。图1.(a)为实验装置，(b)(c)为干涉结构。图2.(a)胆固醇检测光谱；(b)参杂/未参杂样本检测波长的Langmuir拟合；(c)选择性；(d)器件制备重复性测试。图3.XPS结果。(a) EDC/NHS未活化/活化羧基传感器的XPS光谱；(b)活化羧基传感器的N 1s光谱；(c)(d)分别为经过/未经过EDC/NHS活化羧基传感器的C1s光谱,(e)(f)分别为其O1s光谱EDC/NHS处理的传感器 (g)EDC/NHS活性羧基示意图。

美国麻省理工学院工程师开发出一种用于激发任何荧光传感器的新型光子技术，其能够显著改善荧光信号。通过这种方法，研究人员可在组织中植入深达5.5厘米的传感器，并且仍然获得强烈的信号。　　科学家使用许多不同类型的荧光传感器，包括量子点、碳纳米管和荧光蛋白质，来标记细胞内的分子。这些传感器的荧光可以通过向它们照射激光来观察。然而，这在厚而致密的组织或组织深处不起作用，因为组织本身也会发出一些荧光。这种“自发荧光”淹没了来自传感器的信号。　　为了克服这一限制，研究团队开发了一种被称为“波长诱导频率滤波（WIFF）”的新技术，使用三个激光来产生具有振荡波长的激光束。当这种振荡光束照射到传感器上时，它会使传感器发出的荧光频率增加一倍。这使得研究人员很容易将荧光信号与自发荧光区分开来。使用该系统，研究人员能够将传感器的信噪比提高50倍以上。　　这种传感器的一种可能应用是监测化疗药物的有效性。为了证明这一潜力，研究人员将重点放在胶质母细胞瘤上。这种癌症的患者通常选择接受手术，尽可能多地切除肿瘤，然后接受化疗药物替莫唑胺，以消除任何剩余的癌细胞。　　但这种药物可能有严重的副作用，且并非对所有患者都有效，所以研究人员正在研究制造小型传感器，这样就可以植入肿瘤附近，从体外验证药物在实际肿瘤环境中的疗效。　　当替莫唑胺进入人体后，它会分解成更小的化合物，其中包括一种被称为AIC的化合物。研究团队设计了可以检测AIC的传感器，并表明他们可以将其植入动物大脑中5.5厘米深的地方，甚至能够通过动物的头骨读取传感器发出的信号。　　这种传感器还可以用于检测肿瘤细胞死亡的分子特征。　　除了检测替莫唑胺的活性外，研究人员还证明可以使用WIFF来增强来自各种其他传感器的信号，包括此前开发的用于检测过氧化氢、核黄素和抗坏血酸的基于碳纳米管的传感器。　　研究人员说，新技术将使荧光传感器可跟踪大脑或身体深处其他组织中的特定分子，用于医疗诊断或监测药物效果。相关研究论文近日发表在《自然纳米技术》上。

美国科学家研发出一种可以在极端条件下使用的新型光学压力传感器。这种光纤传感器不但可以测量高达1800万帕(2620磅/平方英寸)的压力，将感测头放进-196°C的液态氮中或者加热到538°C，性能也不会有明显改变。 这种传感器的概念来自于密西西比大学检测仪器和分析实验室(DIAL)的ChujiWang和SusanScherrer，他们将有名的“腔环降光谱法”(cavityring-downspectroscopy,CRDS)技术应用在光纤传感器上，制造出一个名为\"fiberringdownsensor\"的仪器。其操作关键在于光脉冲的衰减时间强烈取决于在光纤环所造成的衰减，因此任何造成光纤传输改变的现象如外部的压迫(压力)，都可藉由监控衰减时间而加以测量。Wang表示这种新传感器具有许多优于布拉格光纤(FBGs)和光纤Fabry-Perot干涉仪(FPPI)之处，并认为这个新设计可以带动全新一代的物理传感器。 这种传感器是由两个相同的2×1光纤耦合器(99:1分路比例)及和一种标准单模光纤(CorningSMF-28)所连接，构成65M的长回路。研究员人将一个波长1650nm的脉冲经由一个耦合器射入回路 该脉冲每在环内绕行一圈，强度就会略微减弱，其衰减时间及强度则由另一个耦合器连续加以监控。实验上对一段8mm长的光纤传感器施加重量的结果显示，该传感器可以测量高达1800万帕的压力。如果把保护层(Jacket)去掉，虽会降低它的感测范围，可是能增加其灵敏度。

众所周知，现代生物医学成像的进步帮助医生在诊断和治疗上取得越来越大的突破，X光、计算机辅助断层摄影(computer aided tomographic，CT)、磁共振成像、核与超声波成像，生物医学成像技术越来越精细。因此，研究和诊断生物医学应用通常需要成像仪具备较高的空间分辨率、准确的色彩还原度以及弱光条件下较高的灵敏度，而且许多情况需要同时具备这三种因素，才能提高数据的可靠性。选择医学成像相机要考虑的因素选择合适的显微镜学相机、组织学相机、细胞学/细胞遗传学相机、落射荧光相机，对于临床应用进行正确诊断或在研究工作过程中提供可靠数据具有至关重要的作用。那么要如何判断机器视觉相机是否适合您的应用呢？你需要考虑这些因素：01分辨率与色彩精度现代生物医学成像相机所需的分辨率取决于样品中目标结构相对于相机像素大小的放大率，也就是说，显微镜应用的高分辨率可以通过2MP、25MP或介于这两者之间的相机来实现。它取决于光学元件对样品中目标结构进行的相对于相机像素大小的放大率，为了选出能实现所需分辨率的相机，首先要确定待解析样本中最小结构的尺寸，然后将其乘以光学系统中的镜头放大率，从而得出投射到相机传感器上的结构尺寸。如果结构的尺寸至少是相机传感器上像素的2.33（Nyquist）倍，那么相机可以解析此机构。例如，如果这些投射的结构尺寸是~8um，那么3.45um像素的相机可以解析这些结构。测量分辨率还可以用其他方法（如线对数），但上述方法可以通过简单计算，找到用于测试的相机的选项。组织学、细胞学和细胞遗传学等成像应用使用较大范围的白光（~400nm至700nm），或使用此范围内的选定波长（例如565nm）。如果这批样品中的样本不是活动的（即固定的），则可以暴露于亮光下，不会有污渍褪色或样品被杀死的风险。这种情况下，相机的主要要求是高分辨率和色彩还原度。反过来说，弱光灵敏度不是一个重要因素。02灵敏度、量子效率及动态范围对于活体样本的成像应用，面临的挑战是避免样本在太强光线下过度曝光，否则会使荧光分子褪色或杀死样本。这些应用通常使用一种称为落射荧光技术，落射荧光技术可用于固定样本和活体样本。有的标本很难获得或价格昂贵，而且制作样本的材料和人工费用很高。因此，能保护样品质量的系统有助于降低这些成像应用的持续成本。落射荧光使用经过过滤的高能量波长，以刺激样品发出低能量波长。低能量波长再经过过滤返回相机。这种情况下，可以对样品使用强度较小的破坏性光，因此其要求是灵敏度。即便发射光能量较低，具有出色灵敏度的相机也可以提供高质量的图像。如需查找具备出色灵敏度、在弱光条件下性能良好的型号，您可以侧重于以下三种技术规格：灵敏度、量子效率以及动态范围。灵敏度是得到与传感器所观测噪声等效的信号所需的光子数，数值越小越好。量子效率是指给定波长下转化为电子的光子——值越高越好。动态范围是信号与噪声（包括颞暗噪声）的比值，颞暗噪声是指无信号时传感器内的噪声，动态范围值越高越好。通常单色型号的弱光性能优于彩色型号。03因素综合对于同时使用白光和落射荧光的应用，可以选择FLIR配备Sony全新转换增益功能的相机型号，此功能可以优化传感器，实现高灵敏度或高饱和容量。弱光环境较高的转换增益，因为在此条件下，读取噪声被更大程度地弱化，从而产生较低的灵敏度阈值，非常适合在短时曝光下检测弱信号。强光条件下饱和容量得到了Maximun，获得的动态范围得以增强，因此稍低的转换增益是这种情况的理想选择，Maximun动态范围将受限于12位 ADC。挑选合适的机器视觉相机在选择相机时，较新的CMOS传感器是个很好的出发点。较新的传感器通常性能更好（价格可能还更低）另外，如果针对的应用程序需要在几年内购买多个相机（如持续生产诊断仪器），那么就要选择生命周期不会很快结束的相机，否则您可能要承受提前设计替换相机的成本费用。FLIR生产的机器视觉相机型号有200多种，广泛应用于采用新CMOS传感器的三大系列：Blackfly S、Oryx 和 Firefly。01FLIR Blackfly SFLIR Blackfly S系列相机的传感器、外形尺寸及接口最为广泛。这些相机提供USB3和GigE两种型号，功能广泛，设计初期易于整合。板级Blackfly S型号是全功能盒装产品的微型版本，特别适合空间受限和嵌入式的应用，其功能广泛，性价比高，分辨率可达24MP，是生物医学和生命科学应用的选择。FLIR Blackfly S USB3FLIR Blackfly S 板级02FLIR Oryx10 GigEFLIR Oryx相机系列拥有适配最快10GigE接口的高分辨率传感器，能够以60FPS的速度捕捉4K分辨率、12位的图像。Oryx的10GBASE-T接口是经过验证且广泛部署的标准，能够在线缆长度超过50米的经济实惠的CAT6A上或者长度超过30米的CAT5e上提供可靠的图像传输。03FLIR Firefly DLFLIR Firefly相机系列的外壳尺寸娇小、重量轻、功耗低且价格实惠。Firefly DL型号还能够运行已经过训练的神经网络，可用于物体检测或分类。所有FLIR机器视觉彩色相机都可以通过不同的白平衡选项的形式自定义色彩还原，并使用特殊色彩校正矩阵，这对于生物医学成像非常重要，医学成像中，色彩准确度的涵义不同，这取决于人类对诊断的视觉分析以及实现数据准确性的机器可读格式之间的对比。另外，FLIR 机器视觉Blackfly S、Oryx 和Firefly相机系列可通过GenICam3及 Spinnaker SDK进行控制和编程，它们自一开始设计时就以轻松开发与部署为理念时，确保我们能更快进行应用开发和测试。随着医学科技的进步对于现代生物医学成像的需求也将更加严格对于如何选择医学成像相机

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心研究员王磊团队在基于布拉格光栅光纤传感原理在微创手术的应用——活体组织触诊的研究中实现了活体组织的精准力信息反馈和肿块信息的定位检测功能。相关研究成果以Development of a Fiber Bragg Grating-based Force Sensor for Minimally Invasive Surgery ―Case Study of Ex-vivo Tissue Palpation为题，发表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上。　　随着医疗技术的快速发展，微创手术（MIS）逐渐成为现实。但是，传统手术中发现的一些问题仍与MIS有关。例如，在进行微创外科手术期间，医护人员会暴露在手术室中发现的放射线和整形外科危害中。引入机器人辅助微创手术的技术成为了比传统微创手术更好的替代方案；然而，机器人辅助手术过程中伴随着外科医生的触觉丧失。外科医生通过操作机器人来进行微创手术，手术期间医生无法直接接触人体组织并且分析人体器官，因此无法保证所进行的手术的可靠性。在传统手术过程中，医生通过触觉去感知器官的异常情况，进而判断器官中是否存在肿瘤和肿块。但随着医疗机器人的普及，这种可获得的触觉信息尚未有效集成到机器人辅助的微创手术中，因此要求机器需要具有更高精确度和灵敏度的触觉信息反馈。深圳先进院科研人员在此基础上提出一种用于微创手术组织触诊中的高灵敏度布拉格光栅光纤（FBG）传感方案，与以往的电容式传感方案不同，光纤传感器与手术期间的磁共振(MR)系统和成像系统兼容。 　　为此，研究设计了用于微创手术的一维远端力传感器。其中，传感器结构中嵌有双光栅元件可用于解耦传感器在使用过程中受到的应变和温度交叉影响，实现更精准的力觉检测。研究中，科研人员基于双光栅元件结构设计出发，推导出相应的柔性结构理论模型。通过fmincon函数对柔性件进行了基于物理模型的优化设计，确定了结构的关键参数。采用有限元法对柔性件的静态和动态特性进行分析，在理论基础上验证了该柔性件的可行性。为了进一步提高传感器性能，并基于前馈神经网络对数据进行标定，该网络模型可精准预测力与波长偏移量的关系。研究还进行了温度补偿实验，验证了双光栅元件能够有效的进行温度解耦方案。实验结果表明，FBG传感器能够在1N范围内感知力值，平均相对误差小于满量程的2%；温度补偿后的误差0.8 mN。科研人员进一步对猪肝器官进行组织触诊实验，验证所提传感器设计在微创手术中的有效性和适用性。 　　研究实现了组织触诊中器官肿块信息的精准力反馈和定位检测，并提出了新型的温度解耦方案和传感器标定方法，为微创手术中手术机器人的触觉信息检测提供了有效技术路线，有望推动手术机器人在介入式医疗中的手术路径导航和机器控制中的应用。 　　研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。 　　论文链接

近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能 尽缘、无感应的电气性能 耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区，如核辐射区)，起到人的线人作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。　　基本工作原理及应用领域　　光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送进调制器，使待测参数与进进调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送进光探测器，经解调后，获得被测参数。　　光纤传感器的应用于对磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的丈量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了很多行业多年来一直存在的技术困难，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用：　　1、市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松驰、施工应力和动荷载应力，从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。　　2、电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受电磁场的干扰，无法在这类场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时丈量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普遍光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布传感能力，利用这种特点我们可以连续实时丈量光纤沿线几公里内各点温度，定位精度可达米的量级，丈量精度可达1度的水平，非常适用大范围交点测温的应用场合。　　在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。　　光纤传感器助力物联网发展市场容量将近万亿　　自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。　　我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于&ldquo 布里渊效应连续分布式光纤传感技术&rdquo 通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。　　传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。　　光纤传感技术在物联网中的应用　　通过上述分析得知，物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。以下是对光纤传感技术在物联网中的应用进行详细的探讨。　　目前应用最广的光纤传感器有四种，分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。其中，光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型，干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段，谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代，布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器 光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器，这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测，把水中的声音信号转换成光信号，再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号，这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型 在光纤光栅传感器的产品中包括应变传感器、温度传感器和压力传感器，其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点，它们大部分属于光强型和干涉型，并且各有利弊。自今年来电力的发展是突飞猛进的，这种情况下，面对着强大电流的测量问题，光纤电流传感器可以很好的避免一些由于电力过强而引发的事故。

3D工业视觉传感器供应商立仪科技获得浩澜资本独家投资的数千万人民币的A轮融资，据悉，本轮融资将主要用于市场拓展、新品研发及补充流动资金。立仪科技成立于2014年，是一家专注于精密光学检测的公司，旗下有光谱共焦传感器等产品。公司的点共焦传感器已经量产，且服务多家头部客户；线共焦产品原型机已打样，正研发商业量产版本。主流的3D工业视觉的技术路线包括线激光、光谱共焦、条纹结构光、TOF、双目等技术路线。光谱共焦传感器是目前市场精度最高且能应用于各种特性的表面和复杂形状测量场景的新型传感器，其市场主要被基恩士等国外厂商占据，但国产率较低。光谱共焦传感器的原理是通过使用特殊的透镜及光学系统，拉开不同颜色光的焦点分布范围，形成特殊放大色差，使其根据不同的被测物体到透镜的距离，会对应一个精确波长的光聚焦到被测物体上。通过测量反射波的波长，就可以得到被测物体到透镜的精确距离。光谱共焦目前正处于技术迭代周期。激光技术的研发目前已逐渐见顶，而市场对测量传感器的需求越来越广，市场需求正从人工监测向自动化监测产品发展。与传统的激光相比，光谱共焦技术精度较高，且材料适应性更广，稳定性更高。立仪科技创始人兼CEO刘杰波表示：“我们之前曾做过三维激光扫描研究，过程中意识到激光扫描很难完成一些对高精度扫描有需求的测试任务，便开始向光谱共焦转向。”目前，立仪科技有点共焦位移和线共焦位移两类传感器产品，产品型号超百种。点共焦传感器上，立仪科技在拿到天使轮融资后，于2019年完成点共焦原型产品的量产。至今，公司的点共焦已经迭代到第三代，进入华为、三星、苹果供应链。除在产品设计上有着多项创新外，公司还开发了为国外禁止出口的激光干涉光谱共焦校准仪等专用仪器工装，且工艺经过量产验证，能帮助产品更好生产。在性能上，其传感器可以做到光强提高200%，线性度提高200%，反射干扰降低50%。价格上，产品售价比国外产品低。产品示意图公司2020年开始研发线共焦产品，目前已有原型机，是已能完成三维形状物体的扫描，具有精度高材料适应性好、无盲区、效率高等优点，可广泛应用于半导体、新能源、3C等领域。本轮融资完成后，立仪科技也将集中精力，研发商业化量产版本线共焦产品。未来，公司还将继续研发高光谱+AI传感器和光纤传感器。

中国科学技术大学郭光灿院士团队在基于里德堡原子的低频射频电场测量上取得重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组利用非共振外差方法实现了基于里德堡原子的低频射频电场精密探测，相关成果以“Highly sensitive measurement of a MHz RF electric field with a Rydberg atom sensor”为题发表在国际应用物理期刊《Physical Review Applied》上。 　　里德堡原子由于其较大的电偶极矩和极化率等独特性质，在微波测量领域展现出巨大应用潜力。基于里德堡原子的量子传感器在测量精度﹑抗干扰性以及可朔源等方面有望超越传统微波接收系统，因此该研究方向受到广泛关注，例如：美国陆军研究室、桑迪亚国家实验室等开展了相关研究，并取得了重要进展[Physical Review Applied 13, 054034 (2020)，Physical Review Applied 15, 014047 (2021)]。尽管里德堡原子传感器在GHz高频微波频段探测取得了重要进展，但在MHz附近的低频波段却遇到困难，测量灵敏度较低，其主要原因在于低频电场与里德堡原子之间的耦合是一种弱的非共振相互作用，受限于光谱测量分辨率，人们难以测量微弱微波电场造成的扰动，这就限制了里德堡原子微波测量向低频波段的扩展。 　　在本工作中，研究团队基于AC Stark效应和非共振外差技术，通过引入一个本地振荡电场来放大系统对微弱信号电场的响应，最后通过测量探测光的电磁诱导透明光谱得到信号电场的强度。研究团队实现了对30-MHz微波电场(波长近10米)的高灵敏度测量，最小电场强度为37.3µV/cm，灵敏度为−65 dBm/Hz，动态范围超过65 dB。此外，研究团队还演示了1 kHz振幅调制(AM)信号的传输和接收：通过对探测光束信号进行解调，并分别方波和正弦波调制下提取初始调制信息，保真度均达到98%。图1 (a)里德堡态激发 (b)传感器示意图图2 (a)系统灵敏度 (b)和(c)AM解调信号演示 这项工作提高了MHz电场的原子传感器灵敏度，有助于原子电场传感技术的发展。该工作对里德堡原子传感器的在其他领域的应用，如远程通信、超视距雷达和射频识别(RFID)也有参考价值。 　　中科院量子信息重点实验室硕士研究生刘邦为本文的第一作者，丁冬生教授、史保森教授为本文的共同通讯作者。该成果得到了科技部、基金委、中科院、安徽省重大科技专项以及中国科学技术大学的资助。

背景在恶劣环境中的设施将大大增加对气象海洋学参数信息的需求。处于这些环境中的操作员们希望能减少安装的传感器平台数量以提升效率。欧洲大型传感器平台的一家主要制造商选择与我们合作，结合利用 Aanderaa MOTUS 波浪传感器与 Aanderaa 多普勒流速剖面仪，以监控海浪和洋流。通过联合激光雷达与其他传感器，我们致力于为最终用户提供完整的解决方案以实现高质量的气象海洋学监控。MOTUS 波浪传感器MOTUS 波向传感器的产品经理 Stig B. Øen 为我们介绍了更多有关 MOTUS 传感器的最新动态：针对来自 MOTUS 传感器用户和 MOTUS 浮标用户的反馈，我们始终用心倾听并积极响应，为此我们专门对传感器进行了升级：添加了一些基于竖向时间序列位移的波浪参数，并新增了 NMEA AIS 模式。MOTUS 传感器中的新增参数包括：平均波周期 T1/3；有效波高 H1/10；平均波周期 T1/10波；高 H1/1；平均波周期 T1/1；参考东向和北向水平时间序列，可配置为 2Hz 或 4Hz 采样。有关 MOTUS 波浪传感器的参数，请查阅数据表。MOTUS 适用于不同尺寸的浮标为了测量海浪特征，在理想情况下，传感器平台应完美地跟随水面运动。如果未应用补偿，则 MOTUS 传感器会根据安装位置的竖向平台位移计算波高。波向则基于水平浮标位移的方向。为了在众多不同类型的浮标中脱颖而出，MOTUS 传感器提供以下补偿功能。偏心补偿：在不同形状的大型浮标的旋转原点处安装传感器通常难度较大。通过向传感器提供其安装位置相对于旋转原点的信息并激活传感器偏心补偿功能，可以补偿误差。浮标响应/传递函数：如果浮标无法满足在所有频率下均理想地跟随水面，则可以通过激活和修改浮标传递函数来补偿限制。Anderaa 开发了一款简单工具，以帮助您了解不同尺寸形状浮标的期望阻尼因子。磁性：如果传感器受到电磁干扰，则可以将外部罗盘直接连接到 MOTUS 传感器。MOTUS 适用于海上风力/海上设施结合使用 Aanderaa 提供的海浪和洋流传感器与其他传感器（例如环境传感器和激光雷达），可为您提供完整的预研究平台和全面投产的海上风电场。MOTUS 传感器可在其内部完成对波浪参数的所有处理，通过实时/近实时输出基于频率和时间的参数，提供风浪和涌浪的全波频谱。对于海上风电场的运营来说，监控该区域的海浪将有助于确定是否将船只或技术人员派往现场、缩短停运时间，以及对健康、安全和环境保持高度关注。

光谱电化学（SEC）测量在分析化学中起着至关重要的作用，利用透明或半透明电极对电化学过程进行光学分析。电化学读数提供了有关电极状态的信息，而透射光谱的变化有助于识别电化学反应的产物。 据麦姆斯咨询报道，近日，波兰华沙理工大学（Warsaw University of Technology）的研究人员开发了一种增强型光谱电化学装置，其中，基于双域（光学和电化学）光纤的传感器直接用作工作电极，同时像光谱电化学一样单独测量分析物的光学特性。该传感器采用反射（探针状）配置，其中只有短纤芯部分涂有氧化铟锡（ITO）并浸入分析物中。对ITO纳米涂层的性能进行了优化，以满足在期望的反射光谱范围内获得损失模式共振（LMR）的条件。基于LMR和分光光度计的测量在单独的光路中进行。这产生了一种具有电化学激活的两个垂直定向光谱通道的新形式。相关研究成果以“Enhanced spectroelectrochemistry with lossy-mode resonance optical fiber sensor”为题发表在Scientific Reports期刊上。 在这项工作中，ITO-LMR传感器是基于聚合物包层的石英（PCS，芯径 = 380 μm）多模光纤。由于传感器设计为反射（探针状）配置以有效地引导在光纤端面之一处反射的光，因此使用直流磁控溅射技术在其中一个光纤端面上沉积一层铝膜。必须注意的是，只有当LMR传感器用作工作电极时，传感器/电极的光学询问（通道2中的光学测量）才是可能的，而当使用铂网或ITO涂覆的载玻片时则不可能。增强型SEC装置（LMR传感器作为工作电极）的示意图 增强型SEC装置提供了三种类型的询问读数：电化学测量、与分析物体积相对应的光谱分析（类似于标准SEC）、反映传感器/电极表面状态的LMR光谱分析。在每个询问路径中，分别用铁氰化钾和亚甲基蓝两种氧化还原反应探针进行循环伏安法（CV）实验。随后，在传感器的计时电流（CA）测量期间进行同步测量，并检查读数之间的相互关系。（A）铁氰化钾和亚甲基蓝溶液中LMR传感器的CV扫描；（B）LMR光谱的演变，其中施加电压以诱导氧化还原探针的氧化和还原；（C）计时电流响应，显示LMR传感器在亚甲基蓝溶液中的可重复响应。LMR传感器支持的增强型SEC配置中的多步电流法测量结果（铁氰化钾作为氧化还原探针）LMR传感器支持的增强型SEC配置中的多步电流法测量结果（亚甲基蓝作为氧化还原探针） 总而言之，研究人员开发了一种基于ITO的损失模式共振光纤传感器的增强型光谱电化学测量系统。由于ITO膜的优化厚度和光学性质，在光学域中观察到了LMR，而ITO的电学性质允许将传感器也用作电化学装置中的工作电极。通过检测两种氧化还原探针，即铁氰化钾和亚甲基蓝，证明了该方法。由于LMR强烈地依赖于外部介质的属性和传感器表面发生的变化，因此外加电压的变化会引起共振波长的移动以及特定波长的透射。此外，外加电压引起的变化具有高度可逆性。与标准工作电极相比，“针状”形式的传感器结构紧凑，因此在测量系统内传感器的放置方面提供了很大的灵活性，并能够减小分析样品的体积。此外，这种传感器的制造具有可扩展性，高度可重复性和低成本。利用ITO-LMR增强型光谱电化学装置，增加了关于工作电极表面状态、氧化还原反应本身的信息，并交叉验证了获得的结果，从而提高了分析的灵敏度。这种三通道系统将来可以应用于其他分析，也可以应用于需要使用便携式系统的传感应用。论文信息：https://www.nature.com/articles/s41598-023-42853-0延伸阅读：

p　　光纤传感器是近年来势头正猛的“科技新贵”，因为它有极高的灵敏度和精度、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、能与数字通信系统兼容等优点，已被广泛应用于电网系统、道路监控、轨道交通、食品安全等领域。/pp　　紧贴时代发展趋势，由中国光学工程学会光纤传感技术专家工作委员会、中国光纤传感技术及产业创新联盟组织的2019第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会将于2019年8月5日-7日在北京国家会议中心组织召开。/ppstrong　　科技新贵之光纤传感器/strong/pp　　光纤传感技术是一种新型传感技术。通过光的反射、折射和吸收效应，光学多普勒效应、声光、电光、磁光和弹光效应等，可使光波的振幅、相位、偏振态和波长等参量直接或间接地发生变化，因而可将光纤作为敏感元件来探测各种物理量。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 404px height: 263px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/b0818f87-2205-4c37-9840-bd1f8c595af5.jpg" title="113.jpg" alt="113.jpg" width="404" height="263"//pp　　中国已成为全球光纤传感器消费最大国，在国产化进程有一定的突破。据了解，以南京大学、深圳中科传感为代表的大学及研究院等机构，基本掌握了全套的光纤传感器方案。而在光纤传感系统的核心部件上，厦门彼格的窄带光源、世维通的铌酸锂波导等为代表相关的器件，都不甘落后争相实现自主研发。/pp　　纵观整个行业市场，目前中国光纤传感器的自主研发仍是“短板”，总体市场化水平仍落后外国。据统计，中国传感器新品研制率落后美日等国近10年，产业化水平落后10-15年。未来，中国光纤传感市场产业化格局有待提升，物联网技术的加持，将推动中国光纤传感市场走向新一轮发展高峰。/pp　　strong光纤传感器应用场景分析/strong/pp　　物联网俨然已经成为光纤传感器国产化的重要推手。物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网提供更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。可见，光纤技术在物联网中有很广阔的应用前景。/pp　　正是敏锐捕捉到光纤传感器技术在上述领域日益紧密的行业风向，第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会致力于全面拓展光纤传感器科技应用领域终端，聚焦智能电网、矿山安全、轨道交通、海洋与环境、地质与水利等各个应用行业，展现国内巨头企业相应的创新综合解决方案。/pp　　光纤传感器在智能电网领域起到重大作用。利用光纤传感技术对输电线路进行安全监控，通过对输电线路上发生的触碰光缆、接头盒、光芯等扰动的实时监测，采集和分析信息，判定扰动发生的位置、类型、强度，以帮助线路维护人员及时发现输电线路的破坏行为，有效解决对线路损毁的预警监测，为电力系统提供告警、智能分析和辅助决策支持。/pp　　光纤传感器也同样发力道路安全领域。伴随着工业与交通运输的发展，桥梁的跨度增加以及结构的复杂趋势，使得其安全隐患受到更多的关注。把光纤传感系统埋入水泥结构形成能够感知应力和断裂损伤的能力。同时，利用张力传感器感受隧道容易发生塌方的局部的变形情况，这些信息可以与互联网相结合，实现对这些基础设施的长期稳定的实时监测，减少事故的发生。/pp　　光纤传感器在轨道交通领域的作用也不容小觑。以中国自主研发的高铁列车代表作——和谐号380AL为例，一辆列车里的传感器数量多达1000多个，平均每40个零部件里就有一个是传感器。它们承担着状态监视、故障报警、车载设备控制等功能。中国工程院院士、中车株洲所总经理丁荣军曾一语道破光纤传感器的重大作用，它对于收集列车的运行状态信息、高速综合检测列车、钢轨探伤、轨道状态远程监测、室内外环境综合传感等方面都起到了不可或缺的作用。/pp　strong　行业翘楚荟萃 看点十足/strong/pp　　第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会目前已进入倒计时，诚邀您八月相聚北京国家会议中心，感受这个绽放出耀眼科技光芒的盛会!/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 514px height: 295px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/f9808917-ffd1-4382-89fa-a8893f2e65a4.jpg" title="115.png" alt="115.png" width="514" height="295"//pp　strong　看点一：大咖领衔名企云集 定义光智造未来/strong/pp　　会议将邀请清华大学教授廖延彪、北京航空航天大学张惟叙教授、加拿大皇家科学院院士鲍晓毅及国内光纤传感领域的优秀研究团队等亲临现场助阵。会议内容涉及光纤传感系统在轨道交通、海洋与环境领域应用、矿山安全、智能电网、地质与水利工程中的应用等。/pp　strong　看点二：匠心巨制 同期展会争奇斗艳/strong/pp　　会议现场将同期举办第十一届光电子· 中国博览会，会议还将呈现激光智能制造、全球高校· 研究所· 重点实验室创新技术、红外微光技术及应用、智能信息、光学制造、精密光学与光电检测六大主题展，吸引了从光学元器件到终端用户应用的众多行业龙头企业及科研机构参展。/pp　　strong看点三：精准孵化采购新商机尊享高端定制贵宾服务/strong/pp　　第十一届光电子· 中国博览会将为光电行业的高管及专业买家提供新产品、新资讯、新方向、新商机贵宾导向服务，提升买家参观体验感，使买家豪享高端定制上中下游产品的一站式采购服务。/pp　　本届光博会展商参展/参观登记/参会注册均已全面上线，欢迎登陆展会官网或官方微信预约登记。/pp　　展会报名地址：http://www.cipeasia.com//ppbr//p