知識窗▏新型傳感器及其在海洋中的應用案例

2021-02-23 溪流的海洋人生

傳感器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不誇張地說,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種複雜的工程系統,幾乎每一個現代化項目,都離不開各種各樣的傳感器。觀察目前感測技術,發展已經成熟的有光應用、聲音、動態、壓力等感測器,尚在開發階段的是生物細胞、腦波等感測器。

納米科技的進步也使感測器更精準及細微,從動作、血液流動、到腦波偵測運算,就像許多電影情結,未來電子、機器設備不僅能更超越人類的感測範圍,也能更即時分析作出判斷,與人們的生活密切結合,觸覺、嗅覺、味覺三種感測方式,是目前科學家研究發展的重心。由於傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用,世界各國都十分重視這一領域的發展,新型傳感器技術不斷發展,下面就來具體梳理一下。

⒈觸覺感測器

觸控面板是觸覺感測最主要的產品,近期開始走紅的「指紋辨識」技術,也是觸覺感測的一種應用,指紋辨識器一般採用電容式的觸控屏,從前使用在保全系統、犯罪偵防上,後來置入智慧型手機,應用在指紋鎖、個人認證及行動支付方案等。

如果將觸覺進一步衍伸到如皮膚般能感測壓力、溫度、表面紋路,應用到機器人。使得機器人身上將有層仿真皮膚,協助特定類型的機器人可以利用觸覺工作,例如提升抓取物品的準確性。這種電子皮膚技術也嘗試能使用在原本沒有觸覺的機械義肢、或皮膚移植的可能。觸覺感測器不斷以仿生物特性的角度持續開發中。

⒉氣體感測器

氣體感測器應用上常用於酒精偵測、可燃性氣體偵測、環境氣體偵測等,在環境空氣檢測上可用於室內空氣品質的偵測,搭配溫、溼度、氣壓計形成智慧空調系統,主動調整室內、車內空間的空氣品質,並達到節能與安全維護的目的。

氣體感測器的製作是利用加熱氧化物後表面吸附氣體,再進行催化產生電阻的變化產生感測訊號。偵測不同氣體所用的元件略有不同,因此目前單一感測器通常僅限特定某類型氣體的偵測,例如可燃性性氣體、二氧化碳、汙染型氣體、氫氣等,又稱為」電子鼻」或」嗅覺感測器」。

⒊生物感測器

如果是以一般感測技術(光學、壓力等)來辨識生物特徵,稱為生物辨識技術,不同於生物感測器,則是直接以相關的生物分子產生化學反應來感測,兩者皆是測量生物量的方法,前者發展較快且已能置入行動裝置,後者測量出的數據則更為精準,但離商品化還需努力。

生物辨識技術,指的是如指紋辨識器、人體特徵分析,如臉部、指紋、虹膜辨識等。主要透過光感測器、電流、磁力或電磁波等方式,來測量心跳、心律、血氧濃度、血壓等基本的生理訊號。現有商品化設備的感測模式通常是在感測器前端(探針)加入生物分子,與受測物作用後,再透過轉換元件轉為電子訊號。

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