Высокочувствительный и быстродействующий тензометрический датчик на основе быстросоединенных микро/нановолокон

[ad_1]

Высокочувствительный и быстродействующий тензометрический датчик на основе быстросоединенных микро/нановолокон

Принцип работы тензодатчика на основе МНВ-ответвителя. (а) Схематическая диаграмма структуры датчика деформации. (б), (в) Оптические микрофотографии МНВ ответвителя до и после незначительного изменения зазора соответственно. Диаметр МНВ составляет около 900 нм, а радиус изгиба — 50 мкм. (d) Реакция устройства на метроном на трех разных уровнях громкости. (e) Измерение пульсовой волны на кончике пальца в реальном времени в нормальных условиях (72 удара в минуту) и после физической нагрузки (85 ударов в минуту). На вставке показана фотография датчика, прикрепленного к кончику пальца для проверки пульса кончика пальца, а масштабная линейка составляет 1 см. Кредит: Compuscript Ltd.

Новая публикация от Оптоэлектронные достижения обсуждает высокочувствительный и быстродействующий оптический датчик деформации.


Датчики деформации играют важную роль во многих приложениях, таких как гибкая электроника, мониторинг состояния здоровья и мягкая робототехника, благодаря их превосходной реакции на механические деформации. В настоящее время датчики деформации, о которых сообщается, в основном ориентированы на высокую растяжимость и высокую чувствительность при больших деформациях для обнаружения движения, однако низкая чувствительность при микродеформациях (≤1%) может ограничивать их применение при обнаружении микросмещений и мониторинге слабых физиологических сигналов.

Недавно для обнаружения физиологических сигналов были продемонстрированы различные типы датчиков электрической деформации, основанные на микроструктурах, таких как структуры островков, перколяции и микротрещины. Однако сложность обработки и высокая чувствительность к электромагнитным помехам затрудняют их практическое применение. Кроме того, оптоволоконные оптические датчики предлагают привлекательные преимущества по сравнению с их электронными аналогами, включая электрическую безопасность, невосприимчивость к электромагнитным помехам и малые размеры.

Как сочетание волоконной оптики и нанотехнологий, микро/нановолокна (МНВ) вызывают растущий интерес исследователей из-за их потенциала в обновлении и расширении волоконной оптики и гибких датчиков в микро/нано масштабе. В частности, оптический ответвитель на основе эванесцентно связанных MNF является многообещающей структурой для высокочувствительного оптического зондирования, поскольку эффективность связи сильно зависит от показателя преломления окружающей среды, длины связи и зазора между двумя соседними MNF. Недавно был предложен высокочувствительный и быстродействующий оптический тензодатчик с двумя затухающе связанными оптическими микро/нановолокнами (МНВ), встроенными в полидиметилсилоксановую (ПДМС) пленку.

Датчик деформации имеет коэффициент тензометрии до 64,5 для деформации ≤ 0,5% и разрешение деформации 0,0012%, что соответствует удлинению 120 нм на устройстве длиной 1 см. В качестве проверки концепции реализовано высокочувствительное измерение пульса на кончике пальца. Свойства быстрой временной частотной характеристики до 30 кГц и чувствительность к давлению 102 кПа-1 позволяют датчику обнаруживать звук. Такие универсальные датчики могут быть очень полезны для мониторинга физиологических сигналов, распознавания голоса и обнаружения микроперемещений.

Авторы этой статьи предлагают высокочувствительный и быстродействующий оптический датчик деформации, как показано на рисунке 1а. Каждый U-образный МНВ имеет диаметр 0,9 мкм и радиус изгиба 50 мкм. Поскольку исчезающее поле экспоненциально затухает вне МНФ, эффективность связи очень чувствительна к зазору между двумя МНФ. Таким образом, любое смещение между двумя MNF будет отражаться изменением оптической интенсивности на выходном порте, тем самым реализуя высокочувствительное определение деформации.

Вся структура встроена в пленку PDMS соответствующей толщины, чтобы гарантировать, что деформация передается на датчик с высокой точностью. Пленка PDMS может изолировать чувствительную область от воздуха, тем самым избегая непредсказуемых помех сигнала, вызванных осаждением пыли и другими внешними изменениями окружающей среды. На рисунках 1b и c показано, что такой ответвитель чувствителен к ширине зазора, поскольку интенсивность выходного сигнала резко меняется при незначительном изменении ширины зазора. Специально разработанная структура MNF и гибкость PDMS наделяют датчик высокой чувствительностью и хорошей пластичностью.

Датчик достиг коэффициента чувствительности 64,5 в диапазоне деформации 0–0,1% и быстрой временной частотной характеристики до 30 кГц для обнаружения звука. Датчик также может обнаруживать звуковые колебания (рис. 1d) и отслеживать в реальном времени пульс человека на кончике пальца (рис. 1e). Кроме того, датчик обладает такими свойствами, как простая структура устройства, низкие требования к источнику света и детектору. Кроме того, используя преимущество нечувствительного к длине волны отклика устройства, галогенная вольфрамовая лампа и спектрометр, используемые в экспериментах, могут быть заменены экономически эффективными устройствами, такими как светодиод и фотодиод, соответственно, что благоприятно для носимой системы обнаружения слабого физиологического сигнала.

Предлагаемый новый датчик откроет простой путь к недорогим, чувствительным многофункциональным гибким датчикам с большим потенциалом в медицинском мониторинге здоровья, распознавании голоса и обнаружении микроперемещений.


Разработка высокопроизводительных носимых датчиков смещения с высоким напряжением


Дополнительная информация:
Вэнь Ю и др. Высокочувствительный и быстродействующий тензометрический датчик на основе мимолетно связанных микро/нановолокон, Оптоэлектронные достижения (2022). DOI: 10.29026/oea.2022.210101

Предоставлено Компускрипт Лтд.

Цитата: Высокочувствительный датчик деформации с быстрым откликом на основе быстросоединенных микро/нановолокон (2022 г., 17 октября), полученный 17 октября 2022 г. с сайта https://phys.org/news/2022-10-highly-sensitive-fast-response-strain. HTML

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.



[ad_2]

Source link

(Посещений всего:14 times, 1)

Вячеслав

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Next Post

Тайна скелетов вампиров, захороненных в Ирландии

Вт Окт 18 , 2022
[ad_1] Археологи сделали ужасную находку, которая может быть прямо из фильма ужасов. Было обнаружено несколько человеческих скелетов 8-го века с большими камнями, застрявшими во рту — исследователи считают, что местные жители сделали это, чтобы помешать мертвым вернуться на Землю в качестве зомби. Исследование началось более шести лет назад с исследования […]

Вам может понравиться