传感器产业化刻不容缓助力疫情防控 传感器是如何工作的

　　传感技术与计算机、通信技术同称为信息技术三大支柱，被称为电子五官，是万物互联的基础，关乎和影响着大数据、5G、人工智能、虚拟现实等技术创新应用与产业发展。在此次新 炎疫情下，传感器在疫情管控中的作用至关重要。
人类永远不会摆脱疾病，但通过科技创新与技术进步完全可以实现有效的预防和治疗。近期，突如其来的新 炎疫情席卷而来，牵动着全国人民的心。一场为阻断疫情肆意扩散，防止进一步漫延的战役全面打响。在这次全民紧急行动战役中，除了疫情防护用品和设施外，以5G、人工智能、虚拟现实等为代表的一大批前沿性新技术开始应用。
新技术催生下的智能化呼吸机、监护仪、制氧机、负压救护车等医疗产品都展现在疫情防控di一线，在危重病人抢救以及抑制病毒扩散中发挥了重大作用。由此可见，高科技产品在助力疫情防控中的功效，以及应对各种紧急突发事件中的角色都不容忽视。
作为疫情各种数据采集的基础技术与核心部件，传感器的关键作用更是无可比拟。其中声敏、力敏、磁敏、气敏、光敏、温湿度、RFID射频、介质生物(试纸、酶电极)等八大敏感元器件及传感器无一例外地应用于各种防控措施和场景之中，有其不可替代性。传感器在本次疫情管控中发挥着极为重要作用。
疫情中的红外传感器技术
从目前各种症状来看，虽然发热不是判断感染肺炎的为一指标，但在没有完全精准有效的方法前，体温检测就成为判断是否感染的关键指标。面对公共场所庞大的流动人口，要在移动状态下快速、准确、及时检测并筛查出非正常体温至关重要。这对于非接触式的红外测温仪来说，已不是困难的问题，不论是立式红外测温仪，还是手持耳温枪、额wen枪等红外检测设备，都能准确达到精度要求。在此类设备中，主要发挥功效的就是能达到医用计量标准和参数指标要求的高精度、高可靠和高稳定性、一致性的红外温度传感器。
红外测温仪是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。人体的红外辐射的热像信号，经过光学接收器传输给调制器，在消除大面积的背景干扰信号后，将红外辐射的热像信号转变成电信号，再经过放大器和信号处理，并按照仪器内设的算法和目标发射率校正后，最终转变为被测目标的温度值。简单来说，红外传感器在接收到物体发出的能量后，通过其光学系统将红外能量转换成电信号，通过模型算法及参数校准，将其转换为医用级的高精度温度值。相对于其他类型的测温方式，红外测温方式的优势在于快速、直观、非接触检测。
目前，呼吸机是眼下患者最需要的医疗设备，改善呼吸是重要治疗手段。由于病毒感染后，呼吸困难是危重病人的典型症状，而呼吸机能使肺泡在呼气末保持一定压力，增加功能残气量，防止肺泡萎陷，从而改变通气和换气功能，实现对病人进行辅助呼吸治疗的目的。持续正压通气(CPAP)的呼吸机装置，可强迫空气进入肺部，在整个呼吸周期内人为施加一定程度的气道内正压。如果病人出现呼吸暂停，CPAP呼吸机可根据预设的频率进行必要的机械通气。这就需要呼吸机中设计安装多个传感器，用于实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度等参数指标，以保持患者获得持续、舒适的呼吸功能。因此，呼吸设备都会安装有气体质量流量、压力、湿度、温度和磁等传感器。而这些种类的传感器同样在其他临床应用中发挥着独特的作用。
传感器技术在疫情中的应用
重症患者其动脉血液中的氧含量高低是医生用于检测和评价生命体特征的重要指标。
目前，常用的医用氧传感器是电化学式，俗称氧电池。氧气进入传感器后，内部所含的铅(Pb)逐渐被氧化成PbO2，其寿命只能1年左右。作为创新型替代产品，一种顺磁原理的氧气传感器逐步开始使用。其工艺较复杂，价格较高，但寿命长，是非消耗品，可长期使用不用更换。此外，若通过夹带式可穿戴设备进行血氧饱和度监测，可避免采血抽样,实验室手工分析等繁杂过程，是实现动态变化的实时信息获取与监测的有效方法，即可以保障病情判断的准确性、及时性以及血氧动态变化的连续性。伴随氧传感器同时使用的还有医用二氧化碳传感器，疫情防控中的应用场合更为普遍。包括呼吸机、救护氧舱、麻醉剂、婴儿培养箱、ICU病房以及住院隔离区环境监测等等。
除此之外，疑似患者甄别试纸、试剂数据、医疗可穿戴产品、大小型制氧机、医用机器人、护理机器人等等。以及各种实验、化验检测；医疗器械与监控设备，智能化医院环境与装备设施，甚至是生产医疗相关产品的自动化、智能化、数据信息化过程无疑大量使用了各种不同结构类型的传感器，传感器在医疗中的应用更是数不胜数，举不胜举。
总之，作为数据采集的功能器件和信息化基础产品，传感器可量化精准地获取人体血糖、血脂、血氧、血压、心动、脑电、皮电、体温等所有反映健康体征的生理参数指标。
在本次疫情中，传感设备在医疗行业应用可谓是无处不在。人们期待着通过疫情防控呈现出的不同场景和突出问题，给相关企业提供相关技术信息和创新思路，使得业内企业以此为契机，通过跨界的融合与协同，不断创新出更多的生物医学传感器，以满足国家对应急突发事件预警检测和防控监测的及时性需求。
传感器产业化迫在眉睫
在当前的疫情防控中虽然暴露了诸多科技创新应用问题，但是也为以感知技术为代表的产业化和技术创新创造了良好的发展契机，明确技术创新的具体目标和方向，形成了新的发展机会。然而，在当前国际竞争背景下，受长期市场垄断和技术封锁的制约，要想从发达国家获取核心技术和关键工艺是不可能的。而国内众多的传感器企业均为中小型企业甚至是小微型企业，具有较强的创新意识和创新动力，但完全依靠慢慢积累各种资源实现高技术、高投入的自主创新，显然是创新能力不足！长此已久，自然难以形成国际竞争能力，逐步会失去信心。这也是我国当下传感器产业发展的尴尬与无奈。

另外，全面提升产业化能力。重点支持半导体、陶瓷、金属、高分子、超导、光纤、纳米等材料及各种复合材料为基础的工艺技术开发，鼓励企业加大对力、磁、气、光、热、湿、离子敏、射线敏、生物敏、毫米波、激光雷达等生产工艺级装备投入，促进产业化整体水平的提高。
提升产品智能化水平。重点支持具有数字补偿、网络化、智能化、多功能复合技术传感器产品。推进产品向集成式、复合式、微型化、高可靠、高稳定性、低功耗、低成本等多功能、一体化、标准化方向发展；重点支持并推进面向物联网、移动互联网、工业互联网、新一代通信网络，以及智慧城市、机器人等发展需求，以及个性化指标和特点突出的智能化传感器产品的产业化，打通产、用壁垒和瓶颈。
完善技术标准体系。制定行业规范与标准，加快提升传感器产品的第三方检测等公共服务能力，鼓励企业设立符合公共服务能力和标准要求的专业产品检测中心。鼓励传感器及应用行业领域组建产业联盟，制定联盟标准，积极促进跨行业、跨专业、跨企业横向联合。针对当前我国传感器产业技术、工艺、人才、市场等行业发展现状，结合疫情防控战役需求和暴露出的问题，以及产业长期发展需要，应当制定统筹规划和战略性扶持相关政策，逐步形成我国传感器产业的自主可控和市场繁荣。
首先需要提升传感器行业的战略地位，把传感器定为国家产业发展重点目标，列为国家战略项目，在十四五规划中列为重点支持，优先发展的内容。
具体希望国家设立专项资金予以支持，全面提升行业影响力和国际竞争力。重点提升敏感机理、敏感材料、新型工艺的创新性研究与开发能力，加快推进用于物理量、化学量、生物量中的半导体、陶瓷、高分子有机、光导纤维等各种新型敏感材料、复合功能材料的创新研发和产业化；重点提高基于MEMS、薄膜、介质隔离、微熔式、硅-硅键合与熔封、塑料封装、特殊结构封装等各种新型工艺技术的应用水平和能力。北京恒瑞鑫达科技有限公司是集专业设计、开发、生产与销售于一体的高新技术股份制企业，专注于新型材料试验机的研制、材料检测技术的提高及材料试验方法的创新，是国内先的材料试验检测仪器的生产企业。恒瑞鑫达以精美的产品、精湛的技术、精良的品质、精心的服务赢得了广大用户和市场份额，产品畅销全国，拥有一大批国内外著名科研院所及企业用户，是国内试验机行业发展速度zui快的企业之一。
注重高端人才培养。鼓励专业机构和科研院所对传感器产业链专业化高端人才培养；注重跨界融合与复合型人才培养；重点培养有创新能力的企业家人才。鼓励并支持通过市场化的重组、收购兼并，形成龙头企业和行业领军企业，提升全行业竞争力。

                                        压力传感器的日常维护
压力传感器正确安装
通常压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的。如果将传感器强行安装在过小的孔或形状不规则的孔中，就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏。选择合适的工具加工安装孔，有利于控制安装孔的尺寸。另外，合适的安装扭矩有利于形成良好的密封。但是如果安装扭矩过高就容易引起传感器的滑脱，为防止这种现象发生，通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。在使用这种化合物以后，即使安装扭矩很高，传感器也很难被移动。

●检查安装孔的尺寸
如果安装孔的尺寸不合适，传感器在安装过程中，其螺纹部分就很容易受到磨损。这不仅会影响设备的密封性能，而且使压力传感器不能充分发挥作用，甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损（螺纹工业标准1/2-20 UNF 2B），通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测，以做出适当的调整。

●保持安装孔的清洁
保持安装孔的清洁并防止熔料堵塞对保证设备的正常运行来说十分重要。在挤出机被清洁之前，所有的压力传感器都应该从机筒上拆除以避免损坏。在拆除传感器时，熔料有可能流入到安装孔中并硬化，如果这些残余的熔料没有被去除，当再次安装传感器时就可能造成其顶部受损。清洁工具包能够将这些熔料残余物去除。然而，重复的清洁过程有可能加深安装孔对传感器造成的损坏。如果这种情况发生，就应当采取措施来升高传感器在安装孔中的位置。

●选择恰当的位置
当压力传感器的安装位置太靠近生产线的上游时，未熔融的物料可能会磨损传感器的顶部；如果传感器被安装在太靠后的位置，在传感器和螺杆行程之间可能会产生熔融物料的停滞区，熔料在那里有可能产生降解，压力信号也可能传递失真；如果传感器过于深入机筒，螺杆有可能在旋转过程中触碰到传感器的顶部而造成其损坏。一般来说，传感器可以位于滤网前面的机筒上、熔体泵的前后或者模具中。

●仔细清洁
在使用钢丝刷或者特殊化合物对挤出机机筒进行清洁前，应该将所有的传感器都拆卸下来。因为这两种清洁方式都可能会造成传感器的震动膜受损。当机筒被加热时，也应该将传感器拆卸下来并使用不会产生磨损的软布来擦拭其顶部，同时传感器的孔洞也需要用清洁的钻孔机和导套清理干净。

●保持干燥
尽管传感器的电路设计能够经受苛刻的挤出加工环境，但是多数传感器也不能绝对防水，在潮湿的环境下也不利于正常运行。因此，需要保证挤出机机筒的水冷装置中的水不会渗漏，否则会对传感器造成不利影响。如果传感器不得不暴露在水中或潮湿的环境下，就要选择具有极强防水性的特殊传感器。

●避免低温干扰
在挤出生产过程中，对于塑料原料而言，从固体到熔融状态应当具有充足的“浸透时间”。如果挤出机在开始进行生产前还没有达到操作温度，那么传感器和挤出机都会受到一定程度的损坏。另外，如果传感器从冷的挤出机上被拆除，材料就可能粘附在传感器顶部引起震动膜的损坏。因此，在拆除传感器之前，应确认机筒的温度足够高，机筒内部的物料处于软化状态下。

●防止压力过载
即使压力传感器测压范围的过载设计最高能够达到50％（超出最大量程的比率），从设备运行的安全角度考虑也应该尽量避免冒险，可以选择被测压力处于量程范围之内的传感器。在通常情况下，所选传感器的较佳量程应该是被测压力的2倍，这样即使挤出机在极高的压力下运行，也能避免压力传感器受到损坏。

注塑机上压力传感器的选型和安装

压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内，它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。该数据可被记录在监测系统中，以用于实时调节模塑压力，并在模塑后进行检查或者排除生产过程中出现的故障。值得一提的是，这种经采集的压力数据可以成为针对此模具和此材料的通用工艺参数，换句话说，该数据可以在不同的注塑机上（使用相同的模具）指导生产。在此只讨论压力传感器安装在模腔内的情况。
压力传感器的类型
目前，在模腔中使用的压力传感器有两种类型，即平装型和间接型。平装型传感器是通过在模腔后面钻一个安装孔而插入模腔的，它的顶部与模腔的表面平齐，其电缆则从模具中穿过而与位于模具外表面的监测系统接口相连接。这种传感器的优点是不会受到脱模时的压力干扰，但是在高温条件下它很容易损坏，造成安装困难。
间接型传感器分为滑动式和纽扣式两种结构。它们都能将塑料熔体施加在顶出器或固定销上的压力传递给模具顶出板或动模板上的传感器。滑动式传感器通常安装在已有的推件销下的顶出板上。而在进行高温模塑时，或者把低压传感器用于小顶销时，滑动式传感器一般会被安装在模具的动模板上，这时推件销通过顶出器套而起作用或者另使用一个过渡销。过渡销具有两个作用，一是在使用现有顶出器的情况下，它能使滑动式传感器免受脱模压力的干扰。另一作用是当生产周期短、脱模速度快时，它能使传感器不受顶出板快速加速和减速的影响。
滑动式传感器顶部的推件销的大小决定了所需传感器的大小。当模腔内需要安装多个传感器时，模具设计人员对它们使用同样大小的顶销，以避免模塑商出现设置错误或者调校错误。由于顶销的作用是向传感器传递塑料熔体的压力，故而不同的制品要采用不同尺寸的顶销。
 
一般来说，纽扣式传感器要固定在模具内的某个凹窝处，由此使传感器的安装位置必须是加工人员感兴趣的位置。若要拆卸这种传感器，则必须打开模板或者预先在结构上进行一些特殊的设计。

根据纽扣式传感器在模具内的位置的不同，可能需要在模板上安装电缆的集线盒。与滑动式传感器相比，纽扣式传感器的压力读数更可靠。这是由于纽扣式传感器始终被固定在模具的凹窝内，而不像滑动式传感器那样可以在钻孔内发生移动。因此应当尽可能地使用纽扣式传感器。
压力传感器的安装位置
如果压力传感器的安装位置正确，则它能够为模塑商提供大量有用的信息。除了一些特例以外，用于过程监控的传感器通常应当被安装在模腔的后三分之一处，而用于控制模塑压力的传感器则应当安装在模腔的前三分之一处。对于极小型制品，压力传感器有时安装在流道系统内，但是这会使传感器监测不到浇口的压力。需要强调的是，当注料不足时，模腔底部的压力为零，因此位于模腔底部的传感器就成为监测注料不足的重要手段。随着数字传感器的使用，使得每一个模腔内都可以安装传感器，而从模具到注塑机的连接则只需一根网络线。如此一来，只要将传感器安装在模腔的底部，无需其它任何过程控制的接口，就可以杜绝注料不足的发生。
在上述大前提下，模具设计和制造商还要决定究竟在模腔内的哪一个凹窝处放置压力传感器，以及电线或电缆出口的位置。其设计原则是电线或电缆从模具内穿出来后不能够随意移动。一般的做法是在模具底座上固定一个连接器，然后使用另外一根电缆将模具与注塑机以及辅助设备连接起来。

压力传感器的重要作用
模具制造商能够利用压力传感器对即将交付使用的模具进行严格的试模，以对模具的设计加工进行改进。制品的成型工艺可以在次试模或者第二次试模的基础上进行设置和优化。这种经优化了的工艺可直接用于以后的各次试模中，从而减少了试模次数。随着试模的完成，不仅使模具达到了质量要求，而且还使模具制造商获得了一套经过验证了的工艺数据。这些数据将作为模具的一部分而交付给模塑商。如此一来，模具制造商提供给模塑商的就不仅仅是一套模具，而是模具和适合此模具的工艺参数复合在一起的一种解决方案。这种方案与单纯提供模具相比，其内在价值得到了提升。不但使试模成本大大降低，而且也缩短了试模的时间。
过去，制模厂家在被其用户告之模具常常出现充填不好、关键尺寸不正确等问题后，由于无从得知塑料在模具中的状态，他们只能根据经验来揣测发生问题的原因，从而不但会使其走弯路，而且有时还不能彻底解决问题。而现在他们只要根据模塑商从压力传感器所收集到的有关塑料在模具中的状态信息进行分析，就可以准确地判断出问题的症结所在。
尽管并不是每一套模具都需要压力传感器，但是每一套模具都可以从压力传感器所提供的信息中获益。因此，所有的制模商都应当了解压力传感器在优化注射模具中所起的重要作用。那些相信压力传感器的使用在制造精密模具中起关键作用的模具制造商能够使他们的用户更为快速地生产出符合质量要求的产品，同时还可以促进他们的模具设计和制造技术的提高。

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