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國外研發能用來做5G基站的有機溫度傳感器

近日,ICE公司研究人員生產出一款突破性的有機溫度傳感器,能夠承受最極端的輻射暴露。這項開創性的技術就取決于“雪樹蟋蟀”有機傳感器

傳感網絡

溫度是一個最常被測量的物理參數,以前網上盛傳的這一說法。“家里或野外露營沒有溫度計時,可以數數窗外蟋蟀的叫聲,它們一分鐘鳴叫的次數,除以2,加9,再除以2,就是當時的攝氏溫度。”那么,蟋蟀的鳴叫與溫度之間到底有沒有確切的關系呢?

其實,早在1890年美國物理學家就已算出用蟋蟀叫聲測溫度的公式,并得出蟋蟀的發聲器官也是它的散熱器官的結論。

蟋蟀屬于變溫動物,鳴叫的頻率會隨著溫度升高而變快。蟋蟀的發音并不是出自它的好嗓子,而是它的翅膀。當溫度升高時,蟋蟀為了適應溫度的變化,就要加快翅膀的振動次數,就像我們感到熱了,要加快扇扇子的速度一樣,只是蟋蟀的翅膀振動加快是本能的。不過,蟋蟀品種繁多,每種蟋蟀的抗熱能力、振翅能力不同,鳴叫的頻率本身便不一樣。而國外的雪樹蟋蟀品種,對溫度最敏感。

 

國外研發能用來做5G基站的有機溫度傳感器

 

雪樹蟋蟀

目前,航空航天和軍事客戶長期以來一直在尋求能夠在極端輻射環境下工作的溫度傳感器。最近發現,這種需求對于成功部署新的5G無線技術也至關重要。迄今為止,所有已知的溫度傳感器方法都存在單粒子翻轉(SEU)問題,或會因暴露在中子和/或總電離劑量(TID)下而徹底失效。因此,對耐輻射器件的需求變得意義深遠。

近日,國外ICE公司研究人員生產出一款突破性的有機溫度傳感器,能夠承受最極端的輻射暴露。這項開創性的技術就取決于“雪樹蟋蟀”有機傳感器。

雪樹蟋蟀的叫聲“唧唧聲”隨溫度變化而變化,它與阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程相關。此次研究人員采用先進同步檢測技術鎖定此雪樹蟋蟀的“唧唧聲”,同時采用高級非線性濾波器完全屏蔽掉脈沖噪聲。

此外,雪樹蟋蟀的晝夜節律編碼成了“唧唧聲”中的相位分量;可通過運用Park變換和Clark變換對其進行解碼,從中推斷出相對時間,進而形成5G應用所需的基本實時時鐘(RTC)外設功能。

 

國外研發能用來做5G基站的有機溫度傳感器

 

有機傳感器擴展溫度試驗

另外,雪樹蟋蟀可以抵抗強烈輻射而不損失精度。甚至還可以采用多個蟋蟀,來提供平均響應讀數和附加冗余度。使用單個蟋蟀可以實現8位精度,而使用多個蟋蟀則可以實現高達20位的精度,因為噪聲源獨特非相關。然而,當將其用于5G無線基站時,某些呼叫可能在寂靜期間經歷“唧唧聲”饋通效應。

這項技術的一個早期問題是蟋蟀的低溫響應有限——在大約+4℃時,該有機傳感器會停止運行。但是,通過簡單的水和乙二醇溶液處理,可以擴展該傳感器在低溫下的工作,而且由此產生的非線性問題也可以通過向混合物中添加2%的咖啡因而得到校正。這樣做可以將其工作范圍擴展到-55℃,因此可滿足軍用級溫度范圍,只是抖動略有增加。

這種傳感器補償方法可以在美國的49個州合法使用,僅在加利福尼亞州由于2%的咖啡因溶液可能致癌而受到禁止——然而,ICE也在積極游說州立法者豁免有機、非轉基因認證、自由放養的蟋蟀使用。

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