创新传感平台,解锁传统传感器超高灵敏度

发布时间:2024-04-06 21:00:06

传统传感器超高灵敏度

 

ep增强型相位传感平台。来源:《科学进展》(2024)。DOI: 10.1126/sciad .adl5037

 

从探测引力波到医学诊断的生物组织成像,光学传感器是许多科学和技术努力的支柱。这些传感器利用光来检测它们所监测的环境特性的变化,包括化学生物标志物和温度等物理特性。提高在噪声中检测微弱信号的灵敏度一直是光学传感领域面临的一个挑战。

 

来自圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院电气与系统工程系的Edwin H. & Florence G. Skinner教授Lan Yang的新研究揭示了特殊点(EPs)的力量,用于先进的光学传感。在4月5日发表在《科学进展》杂志上的一项研究中,杨和第一作者、杨实验室的博士生毛文波(Wenbo Mao,音)表明,在可以发生非凡光学现象的系统中,这些独特的eps特定条件可以部署在传统传感器上,以实现对环境扰动的惊人灵敏度。

 

Yang和Mao开发了一种ep增强传感平台,克服了以前方法的局限性。传统方法需要对传感器本身进行修改,而他们的创新系统具有一个EP控制单元,可以插入物理分离的外部传感器。这种配置允许仅通过调整控制单元来调整EPs,从而实现超高灵敏度,而无需对传感器进行复杂的修改。

 

Yang说:“我们已经实现了一个新的平台,可以将EP增强到传统的光学传感器上。”“该系统代表了ep增强传感的革命性扩展,显着扩展了其适用性和通用性。任何相敏传感器都可以通过连接到这种配置来获得更高的灵敏度和更低的检测极限。只需调整控制单元,这种EP配置就可以适应各种传感场景,如环境检测、健康监测和生物医学成像。"

 

通过将传感和控制功能解耦,Yang和Mao有效地避开了迄今为止阻碍其广泛采用的EPs操作传感器的严格物理要求。这为EP增强技术应用于广泛的传统传感器扫清了道路——包括环形谐振器、热和磁传感器,以及拾取振动或检测生物标记物扰动的传感器——极大地提高了科学家们已经使用的传感器的检测极限。当控制单元设置为EP时,传感器可以以不同的方式工作,而不是在EP上,并且仍然可以获得EP增强的好处。

 

作为概念验证,Yang的团队测试了系统的检测极限,或者检测系统噪声的弱扰动的能力。他们展示了与传统传感器相比,使用ep增强配置的传感器的检测极限降低了六倍。

 

“通过这项工作,我们已经证明,我们可以显著提高检测微弱信号扰动的能力,”毛说。“我们现在专注于将这一理论广泛应用。我特别关注医疗应用,特别是致力于增强磁传感,这可以用来改进MRI技术。目前,核磁共振成像需要整个房间的温度控制。我们的EP平台可用于增强磁传感,使便携式床边MRI成为可能。"

 

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