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传感器的前世今生-“武装到牙齿”
来源:赛斯维传感器网 发表于 2014/12/5

  传感器在技术水平和功能上的迅速发展,一方面来自于计算机、检测等技术的发展,另一方面则源于应用领域需求的驱动。满足了医疗设备、导航设备、移动终端对高度精确的电子罗盘功能的需求。

  近年来,在汽车领域,用于检测由于坠落、倾斜、运动、定位、振动和冲击等产生的力的变化的加速度传感器,被广泛用于安全气囊系统、电子稳定控制系统、电子泊车制动系统等解决方案。

  基于MEMS的压力传感器可以测量大气压也可测量血压、胎压,为家电、医疗、消费电子、工业控制和汽车市场提供了强大的解决方案。

  “武装到牙齿”

  今年以来,全球几大消费电子巨头纷纷发力抢占以智能眼镜及智能手表为代表的可穿戴设备市场。

  在本轮可穿戴设备的追逐热潮中,传感器已然成为可穿戴设备产业链上最重要的组成部分。

  2014年初,谷歌宣布,正在研发一款血糖监测隐形眼镜,通过使用微型血糖传感器和无线发送器,依靠对人的眼泪分析就能监测出体内血糖浓度,可让患者摆脱对血糖仪的依赖。英特尔公司也宣布耗资1亿美元收购Basis Science公司,该公司的传感器技术可以监测心率、血流量和散热量。

  9月初,芬兰赫尔辛基的睡眠传感器公司Beddit宣布最新一轮融资获800万美元。这家公司的传感器,就是通过穿戴者心脏收缩力检测个人的心跳,用胸壁运动探测呼吸的节律。胸带测量使用者就寝时间、起床时间、睡眠时间,检测心率、睡眠质量和呼吸运动,包括打鼾。

  常见的可穿戴式物理传感器产品,包括可以监测心率的智能手机与智能手表,更加精确测量心率和心血管指标的胸带式传感器,放在跑鞋或鞋垫上,测量运动节奏、速度和距离的计步器。在不断发展的电子元件与新服装材料的推动下,传感器开始与服装集成,被应用到身体撞击检测、生物信号监控、生物力学监控和生物反馈等方面。

  随着非植入式电化学和生物传感器的发展,可穿戴式传感器可以利用对眼泪、唾液、汗液,以及皮肤组织液等体液的检测来填补实时监测体内疾病及药效的空白。

  谷歌的血糖监测隐形眼镜,就是通过泪液与血液间葡萄糖含量的相关性,应用于糖尿病的监测和管理。

  过去镶嵌在假牙上的唾液传感器,现在已改进成了在牙齿上的图腾,并与远程无线数据传输相结合,实时反映人体情绪、激素、营养和代谢的情况。

  此外,汗液、皮肤组织液、甚至尿液中也都有可以反映人体健康状况的物质。针对这些指标,大大小小的公司都在研发各种既轻小又精准的传感器,为实时检测人体健康状况创造了条件。

  今年7月底,售价仅79元的小米手环颠覆了手环市场。小米生态链产品总监夏勇峰对财新记者说,这已经是手环的成本价格。

  小米手环最主要的成本来自蓝牙芯片和加速度传感器,可以实现手机解锁、运动量监测、睡眠质量监测等功能。其中来自美国ADI亚德诺半导体的加速度传感器,号称是最低功耗的运动传感器、最省电的军用运动传感器。据该公司介绍,在美国的军用头盔上,也用了三颗同样的传感器

  加速度传感器在进入消费电子市场之前,实际上已被广泛应用于汽车电子领域,主要集中在车身操控、安全系统和导航,典型的应用如汽车安全气囊(Airbag)、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序(ESP)、电控悬挂系统等。

  今年9月初,在上海召开的生物大数据研讨会上,军事医学科学院微生物流行病研究所教授杨瑞馥指出,基于微流控、生物传感器和微机电技术的POCT(point-of-care testing)快速检测技术,让检测设备越来越小型化,可以让检测走出实验室,来到野外、车载和家庭。

  POCT可以解释为随时随地的检测,由于这种技术快速简便,效率高,成本低,检验周期短、标本用量少,而且试剂稳定且便于保存和携带,已经被广泛用于临床,甚至自我检测。

  一个例证是,美国《时代周刊》评选出的2013年十大医疗突破中,就包括了一种能显示怀孕多久的家用验孕棒。该测试装置的原理,通俗来说就是把在原先医院中才能做的荷尔蒙人绒毛膜促性腺激素的水平检测,集成为一种生物传感器。

  在POCT上应用的生物传感器技术,是利用离子选择电极、底物特异性电极、电导传感器等特定的生物检测器进行分析检测。该类技术是酶化学、免疫化学、电化学与计算机技术结合的产物。现在不仅有微型血糖检测仪,微型测序仪,甚至还有包含多种药物,可以实时检测患者体内状况,选择性释放药物的智能药丸。

  在高小龙看来,我们现在所接触到的仅仅是可穿戴设备的冰山一角。先进的传感器将被整合到许多领域当中,例如服装、婴儿纸尿片和创可贴等。他认为,在不影响分辨率的前提下改进传感器的尺寸和功耗是推出更多应用的第一步。其他即将涌现的很酷的传感器应用包括智能配药系统和能够改善患者生活质量的医疗设备、机器人家电产品,以及汽车主动安全系统。(未完待续)

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