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地平线上的高灵敏度微传感器

2019-04-19 10:13:10   来源:

无线微传感器通过允许用户测量以前不受研究限制的空间(例如有毒区域,车辆组件或人体中的偏远区域),启用了监控环境的新方法。然而,研究人员因数据质量的有限改善和这些设备的灵敏度而受到阻碍,这些设备源于与其运行环境相关的挑战以及对占地面积极小的传感器的需求。

纽约城市大学研究生中心,韦恩州立大学和密歇根理工大学高级科学研究中心(ASRC)的研究人员今天在Nature Electronics上发表的一篇新论文解释了具有远远超出传统传感器可以通过借用量子力学的概念来构建。

由ASRC光子学计划主任AndreaAlù和研究中心物理学教授Einstein领导的团队领导的团队和Wayne State University教授Pai-Yen Chen开发了一种设计微传感器的新技术,可以显着提高灵敏度和占地面积很小。他们的方法涉及使用等谱奇偶校验时间倒数缩放或PTX对称来设计电子电路。“读取器”与满足此PTX对称性的无源微传感器配对。该对实现了高灵敏度的射频读数。

“为了使传感器小型化以提高其分辨率并实现大规模传感设备网络,提高微传感器的灵敏度至关重要,”Alù说。“我们的方法通过引入广义对称条件来满足这一需求,该条件能够在小型化的足迹中实现高质量读数。”

这项工作建立在量子力学和光学领域的最新进展基础上,这些研究表明,在空间和时间反演下对称的系统,或奇偶时间(PT)对称,可能为传感器设计提供优势。本文将这一特性推广到更广泛的设备,满足更一般的对称形式 - PTX对称性。这种对称性特别适合保持高灵敏度,同时大幅减少占地面积。

研究人员能够在基于射频电子电路的遥测传感器系统中显示这种现象,与传统传感器相比,该系统显示出显着提高的分辨率和灵敏度。基于微机电(MEMS)的无线压力传感器具有先前PT对称器件的灵敏度优势,但关键的是,广义对称条件允许器件小型化并且能够在紧凑的电子电路中在低频下实现有效实现。

这种新方法可以使研究人员克服目前在部署无处不在的,不引人注目的微传感器无处不在的网络中的挑战,以监测大面积区域。在物联网和大数据时代,这种网络对于无线健康,智能城市和网络物理系统非常有用,它们可以动态收集和存储大量信息,以便进行最终分析。

“开发具有高灵敏度的无线微传感器是生物植入物,可穿戴电子产品,物联网和网络物理系统中实际应用的主要挑战之一,”Chen说。“虽然微型微加工传感器一直在不断发展,但遥测读出技术的基础仍然保持不变,因为它的发明。这种新的遥测方法将成为长期追求的目标,即成功检测非接触式微传感器的微小物理或化学驱动“。