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嵌入在柔性透明硅樹脂中的波導檢測器與現(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）的波導組成。在波導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)視器和光學透明的觸摸屏和設備.1 來自電子和電信研究所（ETRI;韓國大田）和漢陽大學（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，將嵌入式光學傳感器整合到大面積區(qū)域也應該是可行的。 該裝置通過測量通過精確排列的一對光波導（稱為光子隧道結陣列）的光流來工作。波導彼此平行并嵌入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）的光可以進入第二通道2.當施加壓力時，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入設備，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)出其他光學壓力傳感器，但這是第一個將傳感結構嵌入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用于人體內部或內部，例如，用于監(jiān)測血壓。” 曲面可能 在諸如空氣動力學和流體動力學的研究領域中，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效應。 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功率的變化為140％。這個概念驗證演示表明該設備能夠感應低至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移到實際設備。一種是開發(fā)一種更簡單的方法來連接光纖，使光線進出傳感器。在開發(fā)他們的原型時，研究團隊使用了精確對準工具，這在大多數(shù)商業(yè)應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)應用需要二維傳感器陣列。這可以通過將一維薄片旋轉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用進行優(yōu)化。 |
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