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可打印的传感器,厉害了我的大台湾
传感器
    IAM机器人网
    2019-05-07 20:32
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通常使用的湿度和二氧化碳传感器在高温下工作或需要红外收发器。这些传感器——包括光学传感器、压电器件、碳纳米管、金属氧化物器件和聚合物复合材料——具有复杂的电路,因此价格昂贵。此外,他们大多是由电池供电,这些电池不方便且更换昂贵。


为了解决这些问题,国立台湾大学电子工程研究所(NTU GIEE)的研究人员开发了一种低成本、低能耗的湿度和二氧化碳传感平台,可以用廉价的喷墨打印机在室温下打印。这种基于有机传感膜的传感器技术创新,与传统的气体传感器相比,具有许多关键的优势。


研究人员的传感器能够在室温下运行,无需红外线收发器和加热功耗,使功耗非常低(低至10μW湿度传感器和5μW二氧化碳传感器)。该团队表示,这是第一个多环境参数(温度/二氧化碳/湿度)传感平台,它为长期运行提供了真正的自供电功能。


由于聚合物复合材料具有灵敏度高、生产成本低、功耗低、响应时间合理等特点,所以团队采用聚合物复合材料作为湿度和CO2测量传感器。采用p型绝缘硅片(SOI)作为器件衬底。使用氮气清洗和干燥基质,然后加热去除表面的湿度。


该传感器由两个平行电极之间的传感膜(Cr/Au)构成,以聚3,4-乙二氧噻吩和聚苯乙烯-磺酸盐(PEDOT:PSS)为原料,与氧化铝-氧化锌(偶氮)共混而成。二氧化碳传感器采用的是由emeraldine base-聚苯胺EB-PANI和PEDOT: PSS组成的传感膜,比例为1/1。二氧化碳传感器的传感范围从500ppm到10000ppm。

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由于传感器的工作功率很低,研究人员设计了一种互补的金属氧化物半导体片上系统(SoC)来放大和读出传感器获得的信号。SoC包括模拟前端接口电路、模拟数字转换器、数字控制器和电源管理单元(PMU)。


数字控制器是用来驱动传感电路小频宽比3.2μW减少功耗。PMU将染料敏化太阳能电池模块的电源转换并调整为SoC电路所需的电源电压。SoC系统可以由可充电的锂离子电池供电,电池由光伏传感器通过片上集成充电器电路充电。测量信息可以显示在电子页上或web浏览器上,并通过无线模块存储在云服务器上。


NTU GIEE团队开发的传感器非常适合于湿度和二氧化碳浓度至关重要的应用领域,如食品安全、零售、农业、制药和健康、仓库和存储。它们还可以作为广泛应用于许多物联网应用的监测系统的一部分,例如监测空气质量、土壤和数据中心。

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