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嵌入在柔性透明硅樹脂中的波導(dǎo)檢測器與現(xiàn)有的電傳感器相比具有明顯的優(yōu)勢。
基于光的壓力傳感器由一系列彼此并排（頂部）的波導(dǎo)組成。在波導(dǎo)之間的間隙變窄的情況下，來自第一通道的光可以跳入第二通道（底部）。較高的壓力使間隙變窄，允許更多的光線從通道1移出并進(jìn)入通道2.  （圖片來源：Suntak Park，電子和電信研究所，韓國大田） 基于光的新型壓力傳感器可以創(chuàng)建敏感的人造皮膚，為機器人提供更好的觸摸感，可穿戴的人體血壓監(jiān)視器和光學(xué)透明的觸摸屏和設(shè)備.1 來自電子和電信研究所（ETRI;韓國大田）和漢陽大學(xué)（韓國首爾）的研究人員報告了一種傳感器，該傳感器通過分析穿過聚二甲基硅氧烷（PDMS）中嵌入的微小隧道的光量變化來檢測壓力，一種常見的有機硅類型。與以前類型的壓力傳感器相比，靈活，透明的設(shè)備對溫度均勻的壓力敏感，并且不易發(fā)生故障。研究人員表示，將嵌入式光學(xué)傳感器整合到大面積區(qū)域也應(yīng)該是可行的。 該裝置通過測量通過精確排列的一對光波導(dǎo)（稱為光子隧道結(jié)陣列）的光流來工作。波導(dǎo)彼此平行并嵌入PDMS中。對于它們的長度的一部分，它們足夠接近使得穿過第一管（通道1）的光可以進(jìn)入第二通道2.當(dāng)施加壓力時，PDMS被壓縮，改變通道之間的間隔并允許更多的光進(jìn)入通道2.壓力也引起PDMS折射率的變化。 光通過一端的光纖進(jìn)入設(shè)備，另一端由光電二極管收集。隨著壓力的增加，更多的光線在通道2中蜿蜒而在通道1中更少。測量從每個通道的遠(yuǎn)端出來的光的亮度告訴研究人員施加了多少壓力。 雖然已經(jīng)開發(fā)出其他光學(xué)壓力傳感器，但這是第一個將傳感結(jié)構(gòu)嵌入PDMS中。嵌入式可保護其免受污染。 韓國大田電子和電信研究所的Suntak Park說：“有機硅片可以放置在顯示器面板上以啟用觸摸屏，或者可以作為人工皮膚層包裹在機器人表面上，用于觸覺交互。” “考慮到PDMS是一種非常著名的生物相容性，無毒材料，傳感器片甚至可以應(yīng)用于人體內(nèi)部或內(nèi)部，例如，用于監(jiān)測血壓。” 曲面可能 在諸如空氣動力學(xué)和流體動力學(xué)的研究領(lǐng)域中，測量彎曲表面上的壓力分布可能是重要的。 Park表示，這些傳感器可用于研究飛機，汽車和船舶表面的壓力相關(guān)效應(yīng)。 為了測試該裝置，研究人員在傳感器頂部放置了“按壓短管”并逐漸增加壓力。在一個5毫米長的傳感器中嵌入50微米厚的PDMS片材，研究人員測量了在約40千帕的壓力下光學(xué)功率的變化為140％。這個概念驗證演示表明該設(shè)備能夠感應(yīng)低至1 kPa的壓力，與人的手指大致相同的靈敏度水平。心跳之間的血壓變化約為5kPa。 Park說，需要采取幾個步驟將傳感器從實驗室演示轉(zhuǎn)移到實際設(shè)備。一種是開發(fā)一種更簡單的方法來連接光纖，使光線進(jìn)出傳感器。在開發(fā)他們的原型時，研究團隊使用了精確對準(zhǔn)工具，這在大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用中使用太昂貴且耗時。電信公司用于在其系統(tǒng)中耦合光纖的另一種方法是尾纖，應(yīng)該使該過程更容易。 此外，該團隊使用一維傳感器測試了他們的方法，而大多數(shù)應(yīng)用需要二維傳感器陣列。這可以通過將一維薄片旋轉(zhuǎn)90度并將其放置在另一個上面來實現(xiàn)，從而創(chuàng)建交叉陰影陣列。傳感器的尺寸以及它們之間的間距也可能需要針對不同的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。 |
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