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傳感器檢測(cè)膜：壓電薄膜傳感器
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壓電薄膜傳感器
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壓電薄膜擁有獨(dú)一無(wú)二的特性，作為一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感器，非常適合應(yīng)用于人體皮膚表面或植入人體內(nèi)部的生命信號(hào)監(jiān)測(cè)。一些薄膜元件靈敏到足以隔著外套探測(cè)出人體脈搏。本文將著重介紹幾種壓電薄膜在生命特征監(jiān)護(hù)方面的典型應(yīng)用。
中文名
壓電薄膜傳感器
外文名
Piezoelectric thin film sensor
特 點(diǎn)
動(dòng)態(tài)應(yīng)變
應(yīng) 用
生命信號(hào)監(jiān)測(cè)
備 注
可以經(jīng)受數(shù)百萬(wàn)次的彎曲和振動(dòng)
優(yōu) 點(diǎn)
很薄，質(zhì)輕，柔軟，可以無(wú)源工作
目錄
1
工作原理
2
特點(diǎn)
3
應(yīng)用
壓電薄膜傳感器工作原理
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語(yǔ)音
當(dāng)你拉伸或彎曲一片壓電聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（壓電薄膜），薄膜上下電極表面之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)（電荷或電壓），并且同拉伸或彎曲的形變成比例。一般的壓電材料都對(duì)壓力敏感，但對(duì)于壓電薄膜來(lái)說(shuō)，在縱向施加一個(gè)很小的力時(shí)，橫向上會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而如果對(duì)薄膜大面積施加同樣的力時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)小很多。因此，壓電薄膜對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)力非常敏感，28μm厚的PVDF的靈敏度典型值為10~15mV/微應(yīng)變（長(zhǎng)度的百萬(wàn)分率變化）。使用‘動(dòng)態(tài)應(yīng)力’這個(gè)術(shù)語(yǔ)是因?yàn)樾巫儺a(chǎn)生的電荷會(huì)從與薄膜連接的電路流失，所以壓電薄膜并不能探測(cè)靜態(tài)應(yīng)力。當(dāng)需要探測(cè)不同水平的預(yù)應(yīng)力時(shí)，這反而成為壓電薄膜的優(yōu)勢(shì)所在。薄膜只感受到應(yīng)力的變化量，最低響應(yīng)頻率可達(dá)0.1Hz。
壓電薄膜傳感器特點(diǎn)
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語(yǔ)音
壓電薄膜很薄，質(zhì)輕，非常柔軟，可以無(wú)源工作，因此可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)用傳感器，尤其是需要探測(cè)細(xì)微的信號(hào)時(shí)。顯然，該材料的特點(diǎn)在供電受限的情況下尤為突出（在某些結(jié)構(gòu)中，甚至還可以產(chǎn)生少量的能量）。而且壓電薄膜極其耐用，可以經(jīng)受數(shù)百萬(wàn)次的彎曲和振動(dòng)。
壓電薄膜傳感器應(yīng)用
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語(yǔ)音
接觸式傳感器利用壓電薄膜的動(dòng)態(tài)應(yīng)變片特性，可以輕松的將壓電薄膜直接固定在人體皮膚上（例如手腕內(nèi)側(cè)）。精量電子—美國(guó)MEAS傳感器的產(chǎn)品型號(hào)是一款通用傳感器，傳感器的一側(cè)涂有壓力敏感膠。但這款膠未經(jīng)生物兼容性認(rèn)證，在短期試驗(yàn)中可以將3M9842（聚亞安酯膠帶）固定在皮膚上，再將壓電薄膜傳感器粘貼在3M膠帶上。壓電薄膜之所以即能探測(cè)非常微小的物理信號(hào)又能感受到大幅度的活動(dòng)，是因?yàn)镻VDF膜的壓電響應(yīng)在相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)都是線性的（大約14個(gè)數(shù)量級(jí)）。多數(shù)情況下，只要能明顯區(qū)分目標(biāo)信號(hào)和噪聲的帶寬，細(xì)小的目標(biāo)信號(hào)都可以通過(guò)過(guò)濾器采集到。類似的傳感器已在睡眠紊亂研究中用于探測(cè)胸部，腿部，眼部肌肉和皮膚的運(yùn)動(dòng)。另外，傳感器可以通過(guò)探測(cè)肌肉（例如拇指和食指之間的肌肉）對(duì)電擊的反應(yīng)作為檢驗(yàn)麻醉效果的指示器（神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)）。加速度傳感器Minisense100是精量電子的一款標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，采用懸臂梁設(shè)計(jì)，一端用硬性PCB板夾緊并帶有連接引腳，另一端裝有質(zhì)量塊。質(zhì)量塊使傳感器在受到振動(dòng)時(shí)連貫反應(yīng)。質(zhì)量塊‘保持不動(dòng)’，而薄膜部分發(fā)生形變，從而產(chǎn)生非常高的電壓靈敏度（大約1V/g）。由這個(gè)元件派生出其他生命特征傳感器，例如工作人員或病患佩戴的智能胸卡（內(nèi)置RF遙感設(shè)備）。通過(guò)階段性采集佩戴者的信號(hào)來(lái)確定其位置和跟蹤其狀態(tài)。傳感器感測(cè)到胸卡被摘下時(shí)會(huì)將胸卡設(shè)置成睡眠狀態(tài);如果傳感器感受到身體任何部位的運(yùn)動(dòng)，肌肉的震顫，甚至是脈搏的振動(dòng)，會(huì)喚醒胸卡。聽診很多電子聽診器都采用了壓電薄膜作為傳感器元件，因?yàn)樗陀茫`敏度高，帶寬范圍寬。在該應(yīng)用中，傳感器元件通常都封裝在傳統(tǒng)的金屬聽診頭中，因?yàn)閭鞲衅餍枰c身體形成‘作用力’。一旦動(dòng)態(tài)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就可以有選擇性的過(guò)濾或放大、作為音頻信號(hào)回放、運(yùn)用更復(fù)雜的運(yùn)算方法判斷出具體的狀況、或傳輸?shù)竭h(yuǎn)程基站進(jìn)行進(jìn)一步分析存儲(chǔ)等。傳感器組一個(gè)復(fù)合聲傳感器可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)點(diǎn)。DeepBreeze公司用一個(gè)有差不多100個(gè)傳感器的傳感器組采集病人吸氣和呼氣的聲音信息。用真空罩將傳感器貼在皮膚表面。采集到的信號(hào)在加工處理后轉(zhuǎn)換成聲音的‘圖像’，因而氣管和肺里的氣流可以像動(dòng)畫片一樣成像。任何異物和不正常現(xiàn)象在這些圖像中都一目了然。這種方式比X光可靠，而且安全。病床監(jiān)護(hù)壓電薄膜和壓電電纜都可以安裝在床墊上探測(cè)病人的心跳，呼吸和身體運(yùn)動(dòng)。HoanaMedicalInc.的監(jiān)護(hù)床報(bào)警系統(tǒng)在床墊和被單之間安裝了一組傳感器。病人坐或躺在監(jiān)護(hù)床上時(shí)，傳感器可以隔著衣服和被單準(zhǔn)確測(cè)量收集患者的生命特征信息。柔性開關(guān)用于采集靜態(tài)信號(hào)，病患所有的動(dòng)態(tài)信號(hào)都由壓電薄膜采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，在病床邊上的顯示器顯示。病人的心率和呼吸速率不正常，或病人擅自下床時(shí)，系統(tǒng)可以提前報(bào)警。這一切都由傳感器完成，而無(wú)需與病人直接接觸。嬰兒呼吸監(jiān)控儀Infantrust公司利用PVDF對(duì)應(yīng)力極端敏感的特性開發(fā)了一款輔助育兒產(chǎn)品Respisense。把監(jiān)控儀夾在紙尿片貼近嬰兒腰部的位置，監(jiān)控嬰兒心跳。Respisense中的壓電薄膜與腹部皮膚直接接觸，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)探測(cè)到嬰兒在活動(dòng)，震動(dòng)蜂鳴器將被啟動(dòng)，輕輕地?fù)軇?dòng)?jì)雰海碳に粑Ｈ绻诖撕蟮囊欢螘r(shí)間內(nèi)嬰兒仍沒(méi)有反應(yīng)，報(bào)警器將被啟動(dòng)。呼吸熱電監(jiān)測(cè)PVDF對(duì)溫度的動(dòng)態(tài)變化也相當(dāng)敏感（28μm厚壓電薄膜的典型值是8V/oC）。英國(guó)C-Lect醫(yī)療公司開發(fā)了一款監(jiān)控器，用來(lái)監(jiān)測(cè)呼吸速率。用面罩將一小塊壓電薄膜元件固定在口鼻處，吸進(jìn)和呼出氣體的溫度變化產(chǎn)生強(qiáng)勁的電信號(hào)。即使吸入的是加熱過(guò)的氧氣/空氣，測(cè)量結(jié)果仍然十分準(zhǔn)確。PIPPA監(jiān)控器由電池供電，LCD顯示每分鐘的呼吸次數(shù)。用壓電薄膜制造的嘴唇接觸式傳感器運(yùn)用了相同的原理，探測(cè)通過(guò)嘴或鼻子的氣流。相對(duì)于熱敏電阻來(lái)說(shuō)，壓電薄膜靈敏度高，響應(yīng)速度快，柔軟，并且探測(cè)面積大。
[1]
詞條圖冊(cè)
更多圖冊(cè)
參考資料
1.
壓電薄膜傳感器應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)測(cè)
．中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)[引用日期2013-04-23]
傳感器檢測(cè)膜：膜傳感器
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膜傳感器
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膜傳感器是指將外界的某種物理量或化學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器或裝置，
中文名
膜傳感器
功 能
將外界的物理量變化轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號(hào)
屬 性
儀器或裝置
分 類
物理，化學(xué)，生物
目錄
1
原理
2
分類
3
化學(xué)傳感器
4
根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同來(lái)分
膜傳感器原理
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語(yǔ)音
對(duì)比于人的感覺(jué)器官，膜傳感器大體對(duì)應(yīng)于人的四肢的觸覺(jué)和五官對(duì)外物的感覺(jué)器官，但并不是單純的人器官的模擬，還能感受人的器官不能感受的某些物質(zhì)，如H2、CO。膜傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件，顯示儀表等組成。
膜傳感器分類
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語(yǔ)音
根據(jù)敏感元件所感應(yīng)的信號(hào)不同來(lái)分：①物理傳感器：以溫度、電、光、磁等物理量為檢測(cè)對(duì)象②化學(xué)傳感器：以pH、物質(zhì)濃度等物理量為檢測(cè)對(duì)象③生物傳感器：以固定化的配體如酶、激素、抗原、氨基酸、活性染料、金屬離子等物理量為檢測(cè)對(duì)象
膜傳感器化學(xué)傳感器
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語(yǔ)音
對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。對(duì)比于人的感覺(jué)器官，化學(xué)傳感器大體對(duì)應(yīng)于人的嗅覺(jué)和味覺(jué)器官。
膜傳感器根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同來(lái)分
編輯
語(yǔ)音
①氣體傳感器：傳感元件多為氧化物半導(dǎo)體，有時(shí)在其中加入微量貴金屬作增敏劑，增加對(duì)氣體的活化作用。對(duì)于電子給予性的還原性氣體如氫、一氧化碳、烴等，用N型半導(dǎo)體，對(duì)接受電子性的氧化性氣體如氧，用P型半導(dǎo)體。將半導(dǎo)體以膜狀固定于絕緣基片或多孔燒結(jié)體上做成傳感元件。氣體傳感器又分為半導(dǎo)體氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、晶體振蕩式氣體傳感器和電化學(xué)式氣體傳感器。②溫度傳感器：測(cè)定氣氛中水氣含量的傳感器，又分為電解質(zhì)式、高分子式、陶瓷式和半導(dǎo)體式濕度傳感器③離子傳感器：對(duì)離子具有選擇響應(yīng)的離子選擇性電極。它基于對(duì)離子選擇性響應(yīng)的膜產(chǎn)生的膜電位。離子傳感器的感應(yīng)膜有玻璃膜、溶有活性物質(zhì)的液體膜及高分子膜，使用較多是聚氯乙烯膜。④生物傳感器：對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)生物物質(zhì)具有分子結(jié)構(gòu)的選擇功能。
傳感器檢測(cè)膜：薄膜檢測(cè)光學(xué)傳感器
51
）
Int.CI?
權(quán)利要求說(shuō)明書
說(shuō)明書
幅圖
（
54
）發(fā)明名稱
?
薄膜檢測(cè)光學(xué)傳感器
（
57
）摘要
?
本發(fā)明公開了一種光學(xué)傳感器。該光
學(xué)傳感器主要由泵浦二極管激光器、斬波
器、分光棱鏡組成，其中，第一泵浦二極管
激光器
(1)
和第二泵浦二極管激光器
(2)
輸出
不同頻率的兩束激光，通過(guò)斬波器
(3)
的調(diào)制
輸出一束激光，這一束激光通過(guò)分光棱鏡
(4)
照射到二元光柵分束器
(5)
上形成二維光束陣
列，經(jīng)薄膜樣品
(6)
反射在
CCD
焦平面
(7)
上
成像，顯示出反射光束陣列的光點(diǎn)位置分布
信息和每個(gè)點(diǎn)光強(qiáng)的變化信息，通過(guò)計(jì)算該
光強(qiáng)的變化信息得出薄膜生長(zhǎng)率，利用光束
傳感器檢測(cè)膜：超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)在線薄膜厚度的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用
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516次閱讀采用應(yīng)用密鑰和帶外配置的藍(lán)牙Mesh我們的軟件方案有一個(gè)非常重要但卻往往被忽視的優(yōu)點(diǎn)，那就是：得益于對(duì)兩種基本節(jié)點(diǎn)(低功耗節(jié)點(diǎn)和友節(jié)點(diǎn))....發(fā)表于 2020-05-30 10:05?
285次閱讀高精度濕度測(cè)量傳感器模塊在監(jiān)測(cè)電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)...在保證電池系統(tǒng)安全的設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了電池單體特性、電池模組設(shè)計(jì)、電池包的結(jié)構(gòu)和排氣設(shè)計(jì)以外，就要數(shù)電....發(fā)表于 2020-05-30 09:51?
63次閱讀離子式煙霧傳感器NIS－02C用于檢測(cè)煙塵濁度眾所周知，鋼鐵、有色金屬冶煉、火力發(fā)電、水泥和石化企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，汽車和飛機(jī)的尾氣，以及垃圾焚燒、供....發(fā)表于 2020-05-30 09:48?
42次閱讀熱導(dǎo)式氣體傳感器MTCS2601的原理、特點(diǎn)及應(yīng)...傳感膜和 MTCS 傳感器的硅晶片上裝有兩個(gè)金屬集成薄膜電阻器，分別用作傳感元件和溫度傳感器。操作這....發(fā)表于 2020-05-30 09:43?
67次閱讀TI毫米波傳感器在工廠實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能化德州儀器（TI）的毫米波（mmWave）傳感器能夠利用集成處理器處理片上數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)決策。與某些....發(fā)表于 2020-05-29 16:52?
351次閱讀eval-ADXRS290Z用于ADXRS290 MEMS陀螺儀的慣性傳感器系統(tǒng)
eval-ADXRS290Z，iMEMS ADXRS290慣性傳感器評(píng)估系統(tǒng)是一款易于使用的評(píng)估...發(fā)表于 2020-05-29 15:15?
103次閱讀您的健康可穿戴設(shè)備夠可靠嗎？盡管如此，在可穿戴設(shè)備根植到更多人的日常生活中之前，仍必須解決與可靠性和準(zhǔn)確性相關(guān)的許多問(wèn)題。這些設(shè)....發(fā)表于 2020-05-29 14:48?
298次閱讀汽車如何才能“眼觀六路”上述每一種傳感器的感知能力正在不斷提升，讓汽車能夠更好地感知周邊環(huán)境、自動(dòng)行駛。可以說(shuō)，雷達(dá)有望成為....發(fā)表于 2020-05-29 11:16?
256次閱讀同時(shí)擁有高精度和低功耗的通用儀表放大器CLC1200是美國(guó)EXAR（艾科嘉公司）研發(fā)的一款高精度、低功耗、增益范圍1~的通用儀表....發(fā)表于 2020-05-29 10:36?
41次閱讀如何實(shí)現(xiàn)一款穩(wěn)健的無(wú)線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在采用新的測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高可靠性無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。本文介紹一款演示平臺(tái)，它將A....發(fā)表于 2020-05-29 09:41?
377次閱讀通過(guò)音圈電機(jī)激光雷達(dá)，讓大氣污染防控更容易眾所周知，大氣污染具有非常嚴(yán)重的危害，不但給人們的日常生活造成不便，還會(huì)危害動(dòng)植物的生長(zhǎng)。基于此，一....發(fā)表于 2020-05-29 09:32?
30次閱讀空調(diào)傳感器的工作原理_空調(diào)傳感器的作用空調(diào)傳感器也被叫做是溫度傳感器，在空調(diào)中的主要的作用就是用來(lái)探測(cè)空調(diào)各個(gè)部分的溫度的，空調(diào)傳感器在空....發(fā)表于 2020-05-29 09:07?
79次閱讀靜電干擾在編碼器中起到的重要影響-濟(jì)南星峰編碼器靜電干擾在編碼器中起到的重要影響-濟(jì)南星峰編碼器靜電干擾，靜電是指不流動(dòng)的電荷或電位差，兩個(gè)介質(zhì)之間有不同的電荷...發(fā)表于 2020-05-28 17:34?
286次閱讀DC2080A帶傳感器的能量收集多源演示板
DC2080A，帶傳感器的能量收集（EH）多源演示板。它能夠接受壓電，太陽(yáng)能，4mA至20mA回路，熱動(dòng)力能源或任何...發(fā)表于 2020-05-28 13:24?
115次閱讀余壓探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)安裝方法下面以余壓探測(cè)器CS-Y03C為例，為大家講解消防余壓探測(cè)器安裝高度等問(wèn)題。 一、先認(rèn)識(shí)余壓探測(cè)器C....發(fā)表于 2020-05-27 17:07?
151次閱讀BOSCH汽車電氣與電子 [（德）萊夫 主編] 2014年版
《BOSCH汽車電氣與電子（中文第2版 德文第6版）》由最新的德文第六版《汽車電氣與電子》翻譯而來(lái)。全書內(nèi)容涉及...發(fā)表于 2020-05-27 14:51?
128次閱讀大數(shù)據(jù)如何改變制造業(yè)大數(shù)據(jù)指的是要用數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具處理的龐大和復(fù)雜的數(shù)據(jù)集或處理應(yīng)用的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)包括了：數(shù)據(jù)....發(fā)表于 2020-05-27 11:02?
99次閱讀ST最新飛行時(shí)間傳感器，擁有更高的測(cè)距準(zhǔn)確度出貨量逾10億的飛行時(shí)間(ToF)解決方案全球領(lǐng)導(dǎo)者意法半導(dǎo)體，推出采用直方圖算法專利的新產(chǎn)品VL5....發(fā)表于 2020-05-27 09:44?
305次閱讀美的電磁爐傳感器怎么樣我們現(xiàn)在在進(jìn)行家用電器的選購(gòu)的時(shí)候，電磁爐是我們家家戶戶都需要進(jìn)行選購(gòu)的一種電器。我們?cè)谶x購(gòu)電磁爐的....發(fā)表于 2020-05-27 09:29?
82次閱讀TDK InvenSense ICM--P 6軸運(yùn)動(dòng)跟蹤IMU該運(yùn)動(dòng)傳感器提供近距離傳感，覆蓋基于計(jì)算機(jī)視覺(jué) (CV) 或LIDAR的解決方案的盲區(qū)，適用于機(jī)器人和無(wú)人機(jī)
TD...發(fā)表于 2020-05-23 00:45?
179次閱讀華秋與阿爾卑斯達(dá)成戰(zhàn)略合作
圖：華秋&阿爾卑斯簽約現(xiàn)場(chǎng)左：阿爾卑斯（中國(guó)）華南區(qū)總經(jīng)理 吉行仁志右：華秋商城總經(jīng)理 江良華
2020年5月20日，...發(fā)表于 2020-05-22 18:14?
339次閱讀用于ST10F276 MCU的三相交流感應(yīng)電機(jī)電源板的傳感器磁場(chǎng)定向控制
用于ST10F276 MCU的三相交流感應(yīng)電機(jī)電源板的傳感器磁場(chǎng)定向控制。每個(gè)半橋由高壓集成電路L6386驅(qū)動(dòng)。它能...發(fā)表于 2020-05-22 14:49?
180次閱讀MEMS麥克風(fēng)傳感器參考設(shè)計(jì)的錄音機(jī)
具有MEMS麥克風(fēng)傳感器參考設(shè)計(jì)的錄音機(jī)。該參考設(shè)計(jì)演示了基于SAMG53微控制器和兩個(gè)數(shù)字MEMS麥克風(fēng)傳...發(fā)表于 2020-05-20 14:45?
155次閱讀汽車電子——新興技術(shù)大展拳腳汽車電子技術(shù)發(fā)展成了啥樣?要怎么玩兒轉(zhuǎn)它?從先進(jìn)的傳感器到人工智能，汽車正在快速成為最新的電子技術(shù)與產(chǎn)品的樂(lè)園…...發(fā)表于 2020-05-20 07:32?
328次閱讀汽車上的傳感器有哪些現(xiàn)在的汽車越來(lái)越智能化，汽車上的很多功能都由電腦來(lái)控制完成，比如說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、變速箱系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、...發(fā)表于 2020-05-20 06:41?
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