高灵敏度微传感器即将出现

发布时间：2020-04-27 12:19:56 【来源：】

无线微传感器使用户能够测量以前无法进行研究的空间，例如有毒区域，车辆部件或人体偏远区域，从而实现了监测环境的新方法。然而，由于与它们所处的环境有关的挑战以及对占地面积极小的传感器的需求，这些设备的数据质量和灵敏度的改进有限，从而使研究人员感到困惑。

纽约市立大学，韦恩州立大学和密歇根理工大学研究生中心的高级科学研究中心(ASRC)的研究人员今天在《自然电子》上发表了一篇新论文，该论文解释了新设备如何远远超出了其功能。可以通过借鉴量子力学的概念来构建常规传感器。

该小组由ASRC光子学计划主任和研究生中心爱因斯坦物理学教授安德里亚·阿鲁(AndreaAlù)领导，以及韦恩州立大学(Wayne State University)教授陈排仁(Pai-Yen Chen)开发了一种设计微传感器的新技术，该技术可以显着提高灵敏度和灵敏度。占地面积很小。他们的方法涉及使用等光谱奇偶时间倒数缩放或PTX对称性来设计电子电路。“读取器”与符合这种PTX对称性的无源微传感器配对。该对实现了高度敏感的射频读数。

阿鲁说：“在推动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的过程中，提高微传感器的灵敏度至关重要。”“我们的方法通过引入广义的对称性条件满足了这一需求，该条件使得能够在小型化的占用空间内获得高质量的读数。”

这项工作基于量子力学和光学领域的最新进展，这些进展表明，在空间和时间反转下对称的系统或在奇偶时间(PT)对称的系统可能为传感器设计提供优势。本文将这种特性推广到了满足更广泛的对称形式(PTX对称)的更广泛的设备类别。这种类型的对称性特别适合于保持高灵敏度，同时极大地减少占位面积。

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，该系统显示出了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以前PT对称设备的灵敏度优势，但至关重要的是，广义对称条件既可以使设备小型化，又可以在紧凑的电子电路中实现低频高效实现。

这种新方法可以使研究人员克服目前在部署无处不在的持久性微传感器网络以监控大面积区域方面的挑战。在物联网和大数据时代，这种网络可用于无线医疗，智慧城市和动态收集和存储大量信息以进行最终分析的网络物理系统。

陈说：“开发高灵敏度的无线微传感器是生物植入物，可穿戴电子设备，物联网和网络物理系统实际应用中的主要挑战之一。”“虽然微型微机械传感器取得了持续的进步，但是遥测技术的基本原理自发明以来就一直保持不变。这种新的遥测方法将使人们长期追求成功的目标，即成功地检测非接触式微传感器的微小物理或化学驱动。”

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