虚拟专辑

陈爽 , 隋广慧 , 张欣颖 , 张鹏浩 , 黄彩霞

2026, 46(2):109-119. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.02.09

[摘要](87) [HTML](124) [PDF 7.99 M](82)

摘要:
为精确测量热端部件高温动应变，系统开展基于光纤传感技术的高温动应变测量方法研究。采用飞秒激光刻写耐高温光栅敏感结构，通过等离子热喷涂技术实现传感器在基底材料表面的安装，基于模拟热端部件工况的高温静应变校准装置和动应变校准装置进行传感器性能测试与评价。用于传感器高温工作耐受能力和应变测量精度考核验证的轮盘试验器试验结果表明：该传感器可耐受650 ℃高温环境，并且传感器离心应变实测值与设计仿真值误差小于5%；用于叶片振动载荷下动应变测量能力考核验证的高低周疲劳试验器试验结果表明：该传感器测得的共振频率测量值与理论值偏差约为1.3%，动应变幅值与设计预估量级相近。基于光纤传感技术的高温动应变测量方法为精确评估航空发动机热端部件应力分布和疲劳寿命、提前识别危险点提供了重要技术支撑。

2 液压管道曲面一体化成形制造的薄膜应变传感器

罗国希 , 张玉卓 , 贾增 , 李文岩 , 赵立波

2025, 45(5):79-89. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.05.08

[摘要](218) [HTML](117) [PDF 20.63 M](390)

摘要:
传统应变片在监测过程中存在应变传递误差大、响应慢等问题，严重制约了工程应用效能。针对航空液压管道应变、振动、卡箍松动等状态的实时监测需求，提出了一种在航空液压管道上原位制备薄膜应变传感器的方法。建立基底与应变丝栅敏感层之间的应变传递误差有限元分析模型，优化设计电阻应变栅的结构参数；采用磁控溅射技术制备Ni80Cr20应变敏感层等多层异质薄膜，通过五轴联动激光刻蚀工艺，实时调控激光入射角与焦点位置，实现对功能材料刻蚀深度的高精度控制。测试结果表明：在-40 ~ 100 ℃条件下，制备的薄膜应变传感器电阻漂移率D_DR为8.4 × 10^-5 h^-1，电阻温度系数T_TCR为1.3 × 10^-4 ℃^-1；在0 ~ 500 με应变条件下，该传感器的应变灵敏系数G_GF为2.03，响应时间仅为15 ns。通过力锤实验等验证了该一体化制造传感器对航空液压管道实时应变、振动、卡箍松紧程度等关键信息的检测与识别能力，该传感器在航空液压管道状态监测领域具有广阔应用前景。

3 硅基压阻式压力传感器疲劳试验与寿命预测建模研究

沈忱 , 陈晓松 , 史博

2026, 46(3):52-64. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.03.07

[摘要](116) [HTML](101) [PDF 9.99 M](82)

摘要:
硅基压阻式压力传感器在复杂环境下存在输出漂移、灵敏度下降等因素导致的可靠性不足与计量寿命缩短问题，本研究旨在系统揭示其稳定性退化的物理机制，并构建高精度寿命预测模型。运用失效物理分析理论，采用变幅循环载荷与加速疲劳试验方法，施加不同幅值的交变压力，对传感器进行加速测试；利用微观观察与性能监测完成对传感器失效退化数据集的建立，突破了膜片开裂、压敏电阻蠕变及封装应力失效等多机制耦合作用的分析难点，最终构建了单一压力载荷下的寿命预测模型。加速寿命试验证明：在施加140%量程的压力载荷条件下，约220万次循环后传感器线性度参数增长超过50%，判定为失效。本研究构建的模型预测寿命与实测数据误差小于15%，实现了有效的传感器失效周期预估，具有重要的理论和工程应用价值，为推动高可靠性硅基压力传感器在设计优化与寿命预测领域的发展提供重要支撑。

4 融合失效物理与虚拟试验的MEMS传感器寿命预测方法

于紫玄

2026, 46(3):42-51. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.03.06

[摘要](109) [HTML](189) [PDF 1.24 M](82)

摘要:
针对高可靠MEMS传感器整机寿命验证中存在的加速试验成本高、现有虚拟方法缺乏系统性建模与不确定性量化等问题，提出一种基于失效物理（Physics of Failure， PoF）的虚拟评估框架。通过多尺度数字样机与热-振耦合仿真获取局部应力，并构建模块化PoF模型库以预测关键器件关键失效模式的寿命。为量化制造工艺与服役环境中的不确定性，引入一种物理来源驱动的混合概率分布建模策略。在此基础上，建立“器件内多模式融合”与“器件间首达失效”两级竞争失效模型，以预测整机首达故障时间（Time-to-Failure， TTF）。以MPU9250为例进行验证，自主开展的热-振联合物理试验表明：数字样机精度良好（壳温偏差不超过± 0.2 ℃，模态误差< 5%），预测整机TTF为12 721 h，并准确识别出薄弱环节。该方法能有效减少对物理试验的依赖，提升寿命评估的效率与可信度。

5 机载传感器计量性能的自然环境试验方法探讨

施春英 , 张毅翔 , 胡莞鑫 , 邢润家

2025, 45(6):128-140. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.11

[摘要](160) [HTML](110) [PDF 928.39 K](233)

摘要:
为了准确评价机载传感器在自然环境长期、缓慢、综合累积作用下的计量性能，从机载传感器和自然环境的特性出发，对前期准备、试验方案、试验实施、结果分析和试验总结等方面的重要环节进行技术探讨，形成了一套相对通用的自然环境试验方法。通过自然环境试验，积累传感器计量指标变化的基础数据，为后续开展机载传感器计量性能的退化研究和计量周期研究提供支撑。

6 Ni含量及薄膜厚度对PdNi氢传感器环境稳定性的影响研究

张羽 , 杨宏伟 , 刘方 , 杨文刚 , 蒋洪川 , 邓新武

2025, 45(6):73-85. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.06

[摘要](179) [HTML](144) [PDF 18.41 M](331)

摘要:
O₂、H₂O对PdNi薄膜的氢气敏感性有较大影响，为了实现对电解水制氢、核电站储存、深海能源勘探等含氧高湿度环境中氢气浓度的监测，采用磁控溅射法、光刻及等离子刻蚀等方法制备PdNi薄膜氢传感器。通过调控PdNi薄膜中Ni含量、厚度，系统研究在O₂、H₂O干扰下Ni含量及厚度对PdNi薄膜氢传感器稳定性的影响；利用XRD、SEM、XPS等分析测试方法分别对PdNi薄膜结晶度、元素含量、元素价态等进行表征。实验结果表明：随着Ni含量升高，PdNi薄膜对氢气的响应受H₂O和O₂的影响越大，而增加膜厚可降低干扰但会削弱响应灵敏度。其中，Ni含量8.04%，厚24 nm的PdNi薄膜氢传感器虽受O₂和H₂O影响，但其响应曲线能在经历干扰后恢复至初始状态。该研究成果为开发应用于复杂环境下的氢传感器提供了重要支撑。

7 时速350 km及以上高铁的牵引和制动系统压力传感器芯片设计优化

郑德智 , 董晓源 , 陈傲北 , 孙颖 , 胡纯 , 王帅

2025, 45(5):108-117. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.05.11

[摘要](203) [HTML](84) [PDF 9.72 M](371)

摘要:
为应对高铁牵引与制动系统中复杂工况对压力传感器在高精度、宽动态范围及快速响应方面的严苛要求，本研究团队基于压阻效应机理，开展了高精度压力传感器芯片的制造与优化技术攻关。运用多物理场耦合建模理论，结合结构参数优化方法，系统研究了敏感膜片厚度、压敏电阻布局与掺杂浓度对传感器性能的协同影响机制，提出基于参数化设计方法的膜片刚度-灵敏度协同优化策略。通过开发八层掩膜版光刻工艺与氢氧化钾 / 异丙醇（Potassium Hydroxide / Isopropyl Alcohol， KOH / IPA）复合湿法刻蚀技术，实现悬膜厚度亚微米级控制精度。研究结果表明：优化后的传感器在灵敏度、非线性误差及过载耐受能力方面表现优异，灵敏度达到56.987 mV / kPa，非线性误差为0.048% FS（Full Scale，满量程），并在300%过载工况下仍保持结构完整性。本研究为高精度压力芯片的制造与优化提供了理论依据和技术支持，为保障高铁列车安全运行与核心部件国产化替代提供了关键技术支撑。

8 激光色散光谱高温气体传感技术研究进展

周晨 , 郭双 , 马柳昊

2025, 45(4):119-140. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.04.09

[摘要](329) [HTML](135) [PDF 19.84 M](479)

摘要:
激光色散光谱（Laser Dispersion Spectroscopy， LDS）是一种先进的光谱类气体检测技术，其具有宽动态范围检测特性以及对光功率波动的强免疫特性，已在痕量气体检测和燃烧诊断领域受到极大关注。从开展LDS技术研究的动机出发，系统介绍了基本光谱原理，构建了理论分析框架；重点阐述了外差相敏色散光谱技术（Heterodyne Phase-Sensitive Dispersion Spectroscopy， HPSDS）和啁啾色散光谱技术（Chirped Laser Dispersion Spectroscopy， CLaDS）的特征与实现方法，并探讨了免标定数学物理模型的构建方法。通过梳理近十年该技术在燃烧诊断、高温烟气监测、环境光学痕量气体探测等典型场景的应用案例，揭示了不同应用维度的技术需求特征。最后，针对现有检测灵敏度不足、测量系统复杂等瓶颈问题，从基础研究和应用需求两个维度展望了未来发展方向，为LDS技术的理论深化和工程化应用提供了系统化参考。

9 芯片级腔光力传感器谐振腔中的可控光机械耦合

李喆 , 鲜承伟 , 张怀英 , 匡鹏举 , 陈凯 , 黄勇军

2025(2):88-94. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.09

[摘要](526) [HTML](199) [PDF 2.52 M](850)

摘要:
腔光力传感器作为科技交叉领域的研究热点，其测量分辨力的提升对多种应用场景至关重要。本研究通过调节腔光力传感器中耦合光纤状态来改变腔内光场模态体积，实现光机械耦合的可控性，进而达到光机械耦合的强互锁状态。在二维光子晶体构成的芯片级腔光力传感器谐振腔系统中，成功实现了可控光机械耦合诱导的机械品质因数（Q值）提升和系统底噪的抑制。实验结果表明，在光机械耦合实现强互锁状态下，机械Q值相较弱互锁阶段提升了约10倍，系统底噪显著降低了约26 dB。此外，基于该方案的腔光力加速度传感器在6 kHz的加速度驱动下，实现了高达126.58 mV / g的灵敏度。这一成果不仅证实了可控光机械耦合在增强机械Q值和降低系统底噪方面的潜力，而且为腔光力系统的设计和应用提供了新思路，对光子学和微纳机械系统领域的发展具有重要的推动作用。

10 露点温度传感器发展趋势综述

聂晶 , 刘曦

2024(1). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.01.04

[摘要](1053) [HTML](274) [PDF 1.45 M](2707)

摘要:
介绍了目前露点温度传感器领域的研究现状，阐述了光学式、谐振式、电学式、热学式、重量式、化学式露点温度传感器的原理及构造，指出光学式露点温度传感器测量精度极高，其中冷镜式露点仪可作为湿度计量标准；谐振式露点温度传感器具有体积小、成本低、响应时间短、灵敏度高、可靠性好的特点；电学式露点温度传感器灵敏度高、功耗小，便于实现小型化、集成化；重量法是准确度最高的湿度绝对测量方法；化学法常用来测量低湿环境下的有机混合气体。探讨了露点温度传感器在环境监测、工业制造、医疗诊断等领域的应用情况，指出未来露点温度传感器将会向高精度、高稳定性、高响应的方向发展，且应用范围将进一步拓展，以满足极端环境下的测量需求。

11 单传感叶端定时信号固有频率动态提取方法

胡华辉 , 杨志勃 , 金若尘 , 杨来浩 , 田绍华

2024, 44(5). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.05.02

[摘要](487) [HTML](204) [PDF 5.41 M](681)

摘要:
为解决叶端定时采样信号的欠采样问题并应对传感器的局限性，提出了一种使用单传感器测量数据的叶片固有频率提取方法，通过构造多种虚拟信号将测量信号进行频移，提取动态变化信号的频率成分，结合先验信息提取叶片的固有频率信息。基于仿真和实验验证了该方法在固有频率提取上的有效性和准确性，同时展示了其在小样本数据处理上的潜力。该方法仅使用一支叶端定时传感器，克服了传感器布局的限制，在传感器使用数量最低的情况下，解决了欠采样带来的频率混叠问题，有望为航空发动机转子叶片在线监测提供技术支持。

12 QCM露点传感器水粘性影响的抑制方法研究

谷容睿 , 王中宇 , 白雪松 , 王国华 , 聂晶

2023(6). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.06.03

[摘要](866) [HTML](248) [PDF 11.28 M](860)

摘要:
为了解决基于主控温式的石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance， QCM）露点测量系统中冷凝水粘弹特性影响露点识别准确性的问题，对QCM电极进行疏水处理，改善凝结特性，减小水粘性引起的频率耗散，实现液态水质量变化引起的谐振频率偏移测量。在QCM电极上制备静态水接触角为133° ± 2°的疏水层并对其进行表征，将疏水电极与未经处理的电极用于露点识别实验，并与精密露点仪获得的标准露点进行比对。实验证明，通过疏水处理电极凝结面的方法能够有效提升QCM露点传感器的露点识别精度，为主控温式露点传感器结构的优化设计提供理论和实验依据。

13 大气环境温度与压力传感器的自动化标定系统研究

李强 , 王建航 , 胡纯

2023(6). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.06.09

[摘要](674) [HTML](278) [PDF 11.51 M](867)

摘要:
目前大气环境传感器的测试和标定主要依赖于人工手动操作完成，测试和标定效率较低，结果准确率较差。为解决该问题，在分析大气环境传感器工作原理的基础上，搭建了一套由真空泵电机、气压控制器、高低温箱、金属密封腔、标准数字温度计、工控机、待标定大气环境传感器等部分组成的大气环境传感器硬件测试平台，并设计了大气环境自动化软件测试系统，通过工控机控制标准环境，对标准环境参数进行周期采样，自动判定稳态并记录标定所需参数，从而拟合出标定曲线。对待标定温度和压力传感器进行自动化标定测试，结果显示：温度标定的拟合相关系数为0.994 5，重复性误差为0.087%；压力标定的拟合相关系数为0.996，重复性误差为0.046%，验证了测试系统的可行性。此研究成果为大气环境传感器快速部署应用提供了有力支撑，对于推动自动化技术在大气环境参数测量领域中的应用具有重要意义。

14 基于深度学习的高温环境下QCM湿度传感器温度补偿模型

冯俊一 , 崔健敏 , 温连鹏 , 王国华 , 聂晶

2023(5). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.05.04

[摘要](1010) [HTML](281) [PDF 2.88 M](1514)

摘要:
为减小高温低湿环境下温度漂移对传感器测量结果的影响，以基频4 MHz的石英晶体为基片，使用滴注法将氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）沉积在基片上，研制出一种基于石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）的湿度传感器。AT切石英晶片以及氧化石墨烯材料在高温环境中的温度漂移现象显著，导致传感器的频率输出发生漂移，因此使用深度学习方法对温度漂移进行修正，在不同的绝对湿度条件下，测试了反向传播（Back Propagation，BP）神经网络修正模型对QCM湿度传感器的适应特性。实验结果表明，通过深度学习方法得到的修正模型能够有效提高QCM湿度传感器的灵敏度、稳定性以及响应速度，对于研究温湿度耦合条件下的QCM湿度传感器的频率修正技术具有重要意义。

15 柔性可穿戴压电超声传感器研究进展

张敏 , 修坤皓 , 孙敬尧 , 王子莹 , 赵丽滨

2024, 44(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.03.05

[摘要](1032) [HTML](288) [PDF 6.97 M](3418)

摘要:
介绍了柔性可穿戴压电超声传感器压电层、背衬层、匹配层、封装层、电极层的结构设计和材料选择，论述了利用有限元分析（Finite Element Analysis， FEA）技术进行柔性可穿戴压电超声传感器模拟设计的优势，阐述了电极图案化等柔性可穿戴压电超声传感器制造领域中的关键技术，分析了柔性可穿戴压电超声传感器在深层组织成像、血流动力学监测、促进骨损伤恢复、辅助透皮给药等领域的应用情况。展望了柔性可穿戴压电超声传感器的发展方向，指出未来可通过应用高性能信号处理技术、改进超声探测成像算法、优化传感器结构设计方案等手段，进一步提升柔性可穿戴压电超声传感器的测量准确性、使用安全性和集成化程度，促进该类传感器市场化、产业化发展。

16 回音壁模式光学微腔传感研究进展

温棚宇 , 龙桂鲁 , 王敏

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.03

[摘要](1065) [HTML](278) [PDF 5.81 M](4378)

摘要:
简要回顾了近几年回音壁模式光学微腔在传感研究中的应用，其涉及领域包括位移传感、力传感、加速度传感、质量传感、纳米粒子传感、温度传感、角速度传感和奇异点增强传感。对回音壁模式光学微腔在不同领域的传感机理进行了简单介绍，并且对重要的实验工作进行了介绍，指出了提高传感精度的重要因素，为之后的理论和实验研究提供了一定的参考。

17 基于里德堡原子的电场传感技术

陈雪花 , 丛楠 , 罗文浩 , 张笑楠 , 王彦华 , 魏小刚 , 杨仁福

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.06

[摘要](1857) [HTML](396) [PDF 3.40 M](6672)

摘要:
概述了基于里德堡原子的电场传感技术的基本原理，分析了里德堡原子电场测量具有的高灵敏度、宽频、可溯源至国际单位制（International System of Units， SI）、高空间分辨力等优势。讨论了激光参数、探测器噪声、环境电磁场干扰等因素对里德堡原子场强测量灵敏度与测量频率响应带宽的影响，介绍了频率调制、重泵浦、参数优化等提高场强测量灵敏度的方式，并阐述了单辅助场原子外差法、双辅助五能级外差法等提升测量频率响应带宽的方法。探讨了里德堡原子电场传感技术在计量、通信、雷达、成像等方面的应用情况，指出应通过优化原子气室结构、设计高性能光电探测器、提升光学腔性能等方式进一步提高里德堡原子电场测量灵敏度；应深入研究里德堡原子电场测量的不确定度来源，并对里德堡原子传感器进行全面的测试和表征；应开展里德堡原子电场测量相关装置的小型化、工程化设计研究，从而进一步提升里德堡原子电场测量技术的实际应用性能。