研究人员提出一种基于声阻抗效应的声表面波气体传感新方法

快速高灵敏的气体泄漏监测是航空航天、新能源、工业制造及医疗健康等领域中设备运维保障体系建设的重要需求之一。现有的泄漏监测技术在实时性、灵敏度、成本、功耗及体积等方面均存在技术瓶颈，因而亟需探索一种满足上述指标要求的气体泄漏监测新机理与新方法。

声表面波技术作为一种微纳尺度的声学MEMS器件技术，是气体传感技术的重要分支。王文研究团队提出了一种基于声阻抗效应的声表面波气体泄漏新机制，用气体负载产生的声阻抗变化来调制声表面波传播，实现了对气体泄漏的实时快速监测，且具备微尺度、低功耗等特点。试验结果显示，基于声阻抗效应的泄漏传感器成功实现了氢气、氦气、氩气、氧气、二氧化碳等气体的快速(T₉₀<1s,T₁₀<0.5s)与宽量程(0-100%vol)泄漏检测，同时该技术可实时动态地获取呼吸速率、深度以及呼吸状态等关键生理参数，在人体健康监测领域也具有良好的应用前景。

相关成果于2025年2月1日发表于国际著名学术期刊Nature工程领域子刊Communications Engineering。

本研究得到了国家重点研发计划（No.2024YFE0199800）资助。

图1 声表面波声阻抗效应及气体泄漏监测机理（图/中国科学院声学研究所）

图2 基于声阻抗效应的声表面波气体泄漏监测（图/中国科学院声学研究所）

图3 基于声阻抗效应的声表面波实时呼吸监测（图/中国科学院声学研究所）

关键词：声阻抗效应；SAW;超快响应与恢复；气体监测；呼吸监测

参考文献：Cui,B.,Wang,W.,Cheng,L. et al. Acoustic impedance-based surface acoustic wave chip for gas leak detection and respiratory monitoring. Commun Eng4,15 (2025). DOI: 10.1038/s44172-025-00347-z.

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44172-025-00347-z