電池傳感器

根據(jù)瑞典公司Insplorion與創(chuàng)新咨詢機(jī)構(gòu)RISE Acreo的研究發(fā)現(xiàn)，通過局部表面電漿共振（LSPR）技術(shù)，可望在電池監(jiān)測、生物傳感等應(yīng)用中大量生產(chǎn)低成本的納米傳感器。

研究人員們的初探性研究——“為電池應(yīng)用實(shí)現(xiàn)小型化納米傳感器系統(tǒng)”（Miniaturization of a nanosensor system for batteries），驗(yàn)證了打造低成本光纖傳感器系統(tǒng)的可能性，可望滿足電池監(jiān)測以及體內(nèi)診斷和制造產(chǎn)業(yè)等其他應(yīng)用的需求。研究人員采用Insplorions的納米等離子感測（NPS）技術(shù)進(jìn)行這項(xiàng)研究。NPS的技術(shù)基礎(chǔ)就在于利用了所謂“局部表面電漿共振”（LSPR）的物理現(xiàn)象。

這項(xiàng)研究的目的是探索設(shè)計(jì)基于NPS的光纖傳感器系統(tǒng)，并以低成本實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

Insplorion執(zhí)行長Patrik Dahlqvist表示：“該研究計(jì)劃的重要結(jié)論是證實(shí)我們能夠用大量元件實(shí)現(xiàn)具競爭力的制造價(jià)格，以及了解它如何以大量制造擴(kuò)大規(guī)模。我們可以為適合利基型應(yīng)用的首批電池打造低廉的傳感器系統(tǒng)。然而，這還需要經(jīng)過一些技術(shù)的發(fā)展與驗(yàn)證，才能打造進(jìn)入廣泛市場的傳感器系統(tǒng)?！?/p>

LSPR技術(shù)是在金屬納米顆粒中傳導(dǎo)電子的一種連貫性集體空間振蕩作用，它能經(jīng)由近可見光直接激發(fā)。共振條件（即可激發(fā)LSPR的光波長/顏色）由納米顆粒的電子特性、其尺寸、形狀和溫度以及納米顆粒附近的介電環(huán)境等各種組合而限定。

納米等離子感測利用金屬納米顆粒（通常是銀或金）作為局部感應(yīng)元素，提供了獨(dú)特的性質(zhì)組合；包括超高靈敏度、小樣本量/體積（取決于傳感器的納米顆粒尺寸，通常約在50-100nm尺寸范圍內(nèi)），以及實(shí)現(xiàn)快速、即時(shí)（毫秒時(shí)間分辨率）遠(yuǎn)端讀取的能力。

NPS芯片的納米架構(gòu)（來源：Insplorion）

在Insplorion申請專利中的NPS芯片架構(gòu)中，傳感是通過在透明基底上非互動(dòng)的相同金屬納米圓盤之納米制造陣列實(shí)現(xiàn)的。然后用其上沉積的樣品材料（如納米顆粒薄膜）的介電間隔層薄膜（僅幾十納米）覆蓋該金屬圓盤陣列（傳感器）。傳感器納米顆粒接著被嵌入于傳感器，除了經(jīng)由LSPR偶極場外，在實(shí)體上并不與所研究的納米材料相互作用。后者滲透穿過間隔層，并在其表面及其表面附近存在相當(dāng)大的強(qiáng)度，因此能傳感該位置的電介質(zhì)變化。

研究公司Future Market Insights表示，全球表面等離子共振市場預(yù)計(jì)將在2017-2027年間以6.3%的復(fù)合年增長率（CAGR）成長，并將在2027年達(dá)到近13億美元的營收。為了實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量與性能，來自醫(yī)院、診所、門診手術(shù)中心、護(hù)理中心和參考實(shí)驗(yàn)室等終端用戶對于高階、表面等離子共振的需求持續(xù)增加，將為長期使用表面等離子共振技術(shù)帶來機(jī)會，并推動(dòng)進(jìn)一步的成長。

成像系統(tǒng)將是其中最大的細(xì)分市場之一，別是隨著越來越多的免標(biāo)簽檢測技術(shù)取代標(biāo)簽檢測技術(shù)的趨勢進(jìn)展。其他也預(yù)計(jì)會有顯著成長的細(xì)分市場是生物傳感器。

最近的一項(xiàng)應(yīng)用強(qiáng)調(diào)來自中國蘇州大學(xué)（Soochow University）的研究，該研究將LSPR技術(shù)用于智能窗戶，使其得以因應(yīng)環(huán)境情況調(diào)整特性，而無需任何人工干預(yù)。這項(xiàng)研究基于熱致變色材料的適應(yīng)性行為，可因應(yīng)溫度變化而改變顏色。原型智能窗戶利用LSPR將來自環(huán)境太陽光的光子轉(zhuǎn)換為局部熱能。這觸發(fā)熱致變色窗戶從透明切換到不透明，以阻擋進(jìn)一步射入的陽光。

　　日前，全球領(lǐng)先的電量傳感器制造商LEM萊姆電子宣布推出經(jīng)過驗(yàn)證的新一代Sentinel產(chǎn)品Sentinel3，可對不間斷電源(UPS)系統(tǒng)中的后備電池健康狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。Sentinel3的性能提升使其與最新型的UPS設(shè)計(jì)體系能夠完全融合，順應(yīng)了UPS設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(比如無變壓器UPS)?！　　　∽鳛橐豢钚铍姵乇O(jiān)測傳感器，Sentinel3適用于對數(shù)據(jù)中心和醫(yī)院等用戶從各種規(guī)格的UPS到兆瓦級備用電源的蓄電池的電壓、溫度和阻抗進(jìn)行測量。Sentinel3通過專用通訊總線將對VRLA(閥控鉛酸蓄電池)、膠體電池或富液固定電池組的測量結(jié)果上報(bào)給監(jiān)控系統(tǒng)，從而可以了解UPS電池組在其使用過程中的真實(shí)健康狀態(tài)。Sentinel3可以確保電池組能夠提供所需輸出，同時(shí)在不斷開電池組的情況下可在線識別出失效電池。　　　　新型UPS的設(shè)計(jì)者研發(fā)了一些新技術(shù)，例如采用快速IGBT(絕緣柵雙極晶體管)來淘汰掉體積龐大且造價(jià)昂貴的變壓器以降低成本。這種情況下，電池組以浮充模式運(yùn)行時(shí)將受到更高紋波電流的影響，因此監(jiān)測電路必須能應(yīng)對重疊高幅，快速瞬變的高共模電壓的影響?！　　　∪R姆的Sentinel3蓄電池傳感器的特點(diǎn)是根據(jù)這一更具挑戰(zhàn)性的測量環(huán)境更新了內(nèi)部算法，同時(shí)保持了Sentinel系列產(chǎn)品的一貫精度，同時(shí)提高了電磁兼容能力，增強(qiáng)了整體的魯棒性。Sentinel3測量電壓范圍為0.9-16V，測量精度為/-0.5%；測量阻抗范圍為0.05-250mΩ，測量重復(fù)度為/-2%。在/-600V，20kHz重復(fù)率共模電壓下，Sentinel3具有高達(dá)20kV/μsec的共模瞬態(tài)抗擾度?！　　　?