自动环境感知与位置监测,能够感知环境的特征和人群的行为特征,满足智能空间设计的前期数据收集

图1. 传感器(左)和人工智能(右)迭代图

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传感器分类


传感器大致分为化学传感器,热传感器,电生理学传感器,脑电图(EEG)、心电图(ECG)、机械传感器、光学传感器等。其材料主要是电子填料、弹性体和电极是可伸缩导体等。

传感器分类

电导电填料和弹性体组成的电阻传感器

电阻压力传感器

为了提高压力敏感性,使用微结构空心球基导电聚合物、金字塔结构、金膜聚氨酯海绵、多孔结构、碳纳米管海绵。2019年,柔性和可穿戴的阻力压力传感器(FWPPS)基于所有纸张(如:纳米/纤维素纸,镀银/纳米线)已被提出,它显示出高灵敏度(1.5 kPa−1)。 材料:碳化硅(碳化硅)是一种化合物半导体,由于其高熔点、高杨氏模量和许多其他独特的特性而吸引了传感器的制造。如航空航天系统中的健康和性能监测。 原理:通过在垂直排列的电极之间放置导电弹性体来制造。为了提高电导率,根据由电纺丝纤维网络(TPUN)包围的热塑性聚氨酯(TPU),制作柔性压阻压力传感器。电阻压力传感器采用日常材料,在主动层和电极之间对双面界面进行微结构化,提高传感性能,并适用于检测生命体征和语音识别。

电容压力传感器

原理:电容压力传感器是一种根据平行板电容器的机制进行工作的装置。它的功能是在用外力处理时,通过改变板之间的距离来改变传感器的电容。电容压力传感器包括作为两个电极之间的中间体的介电层。当施加外部压力时,它引起介电层的变形,从而导致两个电极之间的距离减小,从而导致设备电容的变化。 材料:纳米纤维支架是一种简单简便的制备方法,与微结构弹性体相比,具有高孔体积、增加表比面积、充足的孔密度和离子膜等独特特性。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)是一种优秀的材料,使传感器更灵活、可弯曲、具有高导电性和透明度。高介电常数(钛酸钡)与微结构电极的融合显示灵敏度提高,压力范围缩小。 进展:2019年,采用喷墨全印法生产出一种柔性电容式压力传感器,在软机器人和可穿戴设备领域具有应用潜力。 3D打印制造传感器:该传感器在弹性体上用预先设计的电路逐层打印,这增加了集成密度,并提供了比单一打印技术更新的模块。

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压电压力传感器

原理:压力被施加时,压电压力传感器会在晶体的各个方面产生一个电信号(电荷)。 材料(e.g. 压电陶瓷):传统上,压电压力传感器由有机材料和无机材料组成。压电压力传感器是一种自供电的传感器,而它不需要任何外部电源,只测量动态压力。

摩擦电压力传感器

原理:当两种不同的摩擦电材料相互摩擦接触时,产生一个电荷。 材料:电极为聚苯胺(PANI),织物由聚己内酯(PCL)作为摩擦材料。


应用模块

生理传感器

传感器与感知不同类型运动有关,包括脉搏、心率、呼吸以及生理运动。 例如:基于MXene/聚两性聚合物水凝胶的柔性可穿戴表皮传感器。这种通过MXene/聚两性聚合物水凝胶组合制备的新型材料具有自恢复、自愈、自粘合和可拉伸性等突出特性,使传感器具有优异的传感性能。可以通过增强这些属性来提高传感性能。阳离子单体和阴离子单体的一步自由基聚合用于形成该水凝胶的主网络。

运动传感器

当传感器安装在手指的跖趾(MTP)关节上时,可以根据手指在不同弯曲状态下的运动来改变阻力。纺织传感器可以轻松区分细微的和潮汐脉冲信号。

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机械传感器

生化传感器