近日，ICE公司研究人員生產(chǎn)出一款突破性的有機(jī)溫度傳感器，能夠承受最極端的輻射暴露。這項(xiàng)開創(chuàng)性的技術(shù)就取決于“雪樹蟋蟀”有機(jī)傳感器。

傳感網(wǎng)絡(luò)

私信關(guān)注評(píng)論點(diǎn)贊收藏1.58k　　溫度是一個(gè)最常被測(cè)量的物理參數(shù)，以前網(wǎng)上盛傳的這一說(shuō)法。“家里或野外露營(yíng)沒(méi)有溫度計(jì)時(shí)，可以數(shù)數(shù)窗外蟋蟀的叫聲，它們一分鐘鳴叫的次數(shù)，除以2，加9，再除以2，就是當(dāng)時(shí)的攝氏溫度。”那么，蟋蟀的鳴叫與溫度之間到底有沒(méi)有確切的關(guān)系呢?

其實(shí)，早在1890年美國(guó)物理學(xué)家就已算出用蟋蟀叫聲測(cè)溫度的公式，并得出蟋蟀的發(fā)聲器官也是它的散熱器官的結(jié)論。

蟋蟀屬于變溫動(dòng)物，鳴叫的頻率會(huì)隨著溫度升高而變快。蟋蟀的發(fā)音并不是出自它的好嗓子，而是它的翅膀。當(dāng)溫度升高時(shí)，蟋蟀為了適應(yīng)溫度的變化，就要加快翅膀的振動(dòng)次數(shù)，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(dòng)加快是本能的。不過(guò)，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(guó)外的雪樹蟋蟀品種，對(duì)溫度最敏感。

雪樹蟋蟀

目前，航空航天和軍事客戶長(zhǎng)期以來(lái)一直在尋求能夠在極端輻射環(huán)境下工作的溫度傳感器。最近發(fā)現(xiàn)，這種需求對(duì)于成功部署新的5G無(wú)線技術(shù)也至關(guān)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(zhuǎn)(SEU)問(wèn)題，或會(huì)因暴露在中子和/或總電離劑量(TID)下而徹底失效。因此，對(duì)耐輻射器件的需求變得意義深遠(yuǎn)。

近日，國(guó)外ICE公司研究人員生產(chǎn)出一款突破性的有機(jī)溫度傳感器，能夠承受最極端的輻射暴露。這項(xiàng)開創(chuàng)性的技術(shù)就取決于“雪樹蟋蟀”有機(jī)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(guān)。此次研究人員采用先進(jìn)同步檢測(cè)技術(shù)鎖定此雪樹蟋蟀的“唧唧聲”，同時(shí)采用高級(jí)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(jié)律編碼成了“唧唧聲”中的相位分量;可通過(guò)運(yùn)用Park變換和Clark變換對(duì)其進(jìn)行解碼，從中推斷出相對(duì)時(shí)間，進(jìn)而形成5G應(yīng)用所需的基本實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)外設(shè)功能。

有機(jī)傳感器擴(kuò)展溫度試驗(yàn)

另外，雪樹蟋蟀可以抵抗強(qiáng)烈輻射而不損失精度。甚至還可以采用多個(gè)蟋蟀，來(lái)提供平均響應(yīng)讀數(shù)和附加冗余度。使用單個(gè)蟋蟀可以實(shí)現(xiàn)8位精度，而使用多個(gè)蟋蟀則可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)20位的精度，因?yàn)樵肼曉椽?dú)特非相關(guān)。然而，當(dāng)將其用于5G無(wú)線基站時(shí)，某些呼叫可能在寂靜期間經(jīng)歷“唧唧聲”饋通效應(yīng)。

這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)早期問(wèn)題是蟋蟀的低溫響應(yīng)有限——在大約+4℃時(shí)，該有機(jī)傳感器會(huì)停止運(yùn)行。但是，通過(guò)簡(jiǎn)單的水和乙二醇溶液處理，可以擴(kuò)展該傳感器在低溫下的工作，而且由此產(chǎn)生的非線性問(wèn)題也可以通過(guò)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(kuò)展到-55℃，因此可滿足軍用級(jí)溫度范圍，只是抖動(dòng)略有增加。

這種傳感器補(bǔ)償方法可以在美國(guó)的49個(gè)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(shuō)州立法者豁免有機(jī)、非轉(zhuǎn)基因認(rèn)證、自由放養(yǎng)的蟋蟀使用。