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国外研发能用来做5G基站的有机温度传感器

近日,ICE公司研究人员生产出一款突破性的有机温度传感器,能够承受最极端的辐射暴露。这项开创性的技术就取决于“雪树蟋蟀”有机传感器

传感网络

温度是一个最常被测量的物理参数,以前网上盛传的这一说法。“家里或野外露营没有温度计时,可以数数窗外蟋蟀的叫声,它们一分钟鸣叫的次数,除以2,加9,再除以2,就是当时的摄氏温度。”那么,蟋蟀的鸣叫与温度之间到底有没有确切的关系呢?

其实,早在1890年美国物理学家就已算出用蟋蟀叫声测温度的公式,并得出蟋蟀的发声器官也是它的散热器官的结论。

蟋蟀属于变温动物,鸣叫的频率会随着温度升高而变快。蟋蟀的发音并不是出自它的好嗓子,而是它的翅膀。当温度升高时,蟋蟀为了适应温度的变化,就要加快翅膀的振动次数,就像我们感到热了,要加快扇扇子的速度一样,只是蟋蟀的翅膀振动加快是本能的。不过,蟋蟀品种繁多,每种蟋蟀的抗热能力、振翅能力不同,鸣叫的频率本身便不一样。而国外的雪树蟋蟀品种,对温度最敏感。

 

国外研发能用来做5G基站的有机温度传感器

 

雪树蟋蟀

目前,航空航天和军事客户长期以来一直在寻求能够在极端辐射环境下工作的温度传感器。最近发现,这种需求对于成功部署新的5G无线技术也至关重要。迄今为止,所有已知的温度传感器方法都存在单粒子翻转(SEU)问题,或会因暴露在中子和/或总电离剂量(TID)下而彻底失效。因此,对耐辐射器件的需求变得意义深远。

近日,国外ICE公司研究人员生产出一款突破性的有机温度传感器,能够承受最极端的辐射暴露。这项开创性的技术就取决于“雪树蟋蟀”有机传感器。

雪树蟋蟀的叫声“唧唧声”随温度变化而变化,它与阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程相关。此次研究人员采用先进同步检测技术锁定此雪树蟋蟀的“唧唧声”,同时采用高级非线性滤波器完全屏蔽掉脉冲噪声。

此外,雪树蟋蟀的昼夜节律编码成了“唧唧声”中的相位分量;可通过运用Park变换和Clark变换对其进行解码,从中推断出相对时间,进而形成5G应用所需的基本实时时钟(RTC)外设功能。

 

国外研发能用来做5G基站的有机温度传感器

 

有机传感器扩展温度试验

另外,雪树蟋蟀可以抵抗强烈辐射而不损失精度。甚至还可以采用多个蟋蟀,来提供平均响应读数和附加冗余度。使用单个蟋蟀可以实现8位精度,而使用多个蟋蟀则可以实现高达20位的精度,因为噪声源独特非相关。然而,当将其用于5G无线基站时,某些呼叫可能在寂静期间经历“唧唧声”馈通效应。

这项技术的一个早期问题是蟋蟀的低温响应有限——在大约+4℃时,该有机传感器会停止运行。但是,通过简单的水和乙二醇溶液处理,可以扩展该传感器在低温下的工作,而且由此产生的非线性问题也可以通过向混合物中添加2%的咖啡因而得到校正。这样做可以将其工作范围扩展到-55℃,因此可满足军用级温度范围,只是抖动略有增加。

这种传感器补偿方法可以在美国的49个州合法使用,仅在加利福尼亚州由于2%的咖啡因溶液可能致癌而受到禁止——然而,ICE也在积极游说州立法者豁免有机、非转基因认证、自由放养的蟋蟀使用。

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