智能“傳感”，“感知”天下

如果把智能系統(tǒng)比作“人”，那么傳感器就是“人”的感覺(jué)器官。不同類(lèi)型的傳感器，“感知”周?chē)h(huán)境并把數(shù)據(jù)傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、判斷和應(yīng)對(duì)。隨著數(shù)字化、智能化不斷深入，各式各樣傳感器的用武之地大為拓寬，對(duì)人類(lèi)創(chuàng)造美好生活發(fā)揮著巨大作用。

一部智能手機(jī)里面有上百個(gè)傳感器：有用于攝像的CMOS圖像傳感器，還有用于導(dǎo)航的地磁傳感器等。正是基于這些傳感器，手機(jī)里的各種應(yīng)用軟件才能流暢工作，手機(jī)才能成為集工作、生活、娛樂(lè)于一體的便攜式智能設(shè)備，為人們的生活方式帶來(lái)巨大變化。風(fēng)云氣象衛(wèi)星上的可見(jiàn)光和紅外光電傳感器，能夠不分晝夜地獲取大氣信息，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)天氣。

傳感器是信息系統(tǒng)的“慧眼”。它就像人類(lèi)的眼睛、耳朵、皮膚等器官一樣，“感知”周?chē)h(huán)境，幫助我們認(rèn)識(shí)多姿多彩的世界。不同之處在于，傳感器比人的感官更敏銳、更強(qiáng)大。客觀世界所包含信息的多樣程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們感官的感知能力范圍。很多超出感官感知能力范圍的信息，傳感器都能“感受”到。

隨著生產(chǎn)力發(fā)展，人類(lèi)越來(lái)越需要全方位地感知世界。最初，人們直接利用光、熱、電、力、磁等物理效應(yīng)制備各種傳感器，這些傳感器尺寸大、靈敏度低、使用不方便。后來(lái)，出現(xiàn)了將敏感元件與信號(hào)電路進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的集成傳感器。這類(lèi)傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)等固體元件構(gòu)成，輸出模擬信號(hào)。到了20世紀(jì)末，數(shù)字化傳感器快速發(fā)展，數(shù)字化傳感器集成智能化處理單元，可以自動(dòng)采集、處理數(shù)據(jù)，并能根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)整工作參數(shù)。數(shù)碼相機(jī)中的光敏元件就是其代表產(chǎn)品。

總的來(lái)說(shuō)，傳感器的工作原理是某些物質(zhì)的電學(xué)等特性會(huì)隨環(huán)境因素的改變而變化。比如：利用電阻與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以制成溫度傳感器；進(jìn)一步給敏感元件添加隔熱結(jié)構(gòu)，依據(jù)敏感元件溫度變化與紅外輻射能量之間的關(guān)系，可以制成紅外傳感器。在此基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)目標(biāo)溫度與紅外輻射能量之間的關(guān)系，制造出非接觸式測(cè)溫傳感器。人們熟悉的用來(lái)測(cè)量體溫的“額溫槍”，就利用了這一原理。

數(shù)字化是對(duì)事物屬性的量化，并用數(shù)字將其表達(dá)為抽象結(jié)果。借助現(xiàn)代信息技術(shù)，人們可以存儲(chǔ)、處理、傳播各種數(shù)字化信息。傳感器可以將事物蘊(yùn)含的各種信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將電信號(hào)用數(shù)字表達(dá)，是數(shù)字化設(shè)備的有效工具。當(dāng)你拿出手機(jī)拍照片或視頻時(shí)，光敏傳感器會(huì)將接收的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再按一定的規(guī)則用數(shù)字表達(dá)、存儲(chǔ)，最終形成手機(jī)屏幕上的影像。

很多數(shù)字化設(shè)備基于傳感器獲取信息。數(shù)字化系統(tǒng)需要處理的信息量非常龐大，僅靠人工或者傳統(tǒng)設(shè)備無(wú)法獲取，憑借傳感器則能夠?qū)崟r(shí)、高效、精準(zhǔn)地獲取，于是有了城市大數(shù)據(jù)、天氣大數(shù)據(jù)、醫(yī)療大數(shù)據(jù)等。利用各類(lèi)傳感器，人們可以召開(kāi)遠(yuǎn)程會(huì)議、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)課程、掃碼支付甚至直播帶貨，由此發(fā)展出數(shù)字經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)涉及的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通信等各類(lèi)技術(shù)，都與傳感器息息相關(guān)。

沒(méi)有傳感器，就沒(méi)有數(shù)字化和智能化。傳感器是智能化系統(tǒng)的第一關(guān)，它的水平?jīng)Q定了智能化系統(tǒng)及其儀器設(shè)備的水平。傳感器技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際上信息高端器件領(lǐng)域的研究前沿，在人工智能、5G通信、航空航天等領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用。比如，一輛汽車(chē)會(huì)安裝壓力、溫度、位置、聲音、光、電等超過(guò)100種傳感器，由車(chē)載儀器進(jìn)行處理，幫助駕駛員做出判斷。對(duì)數(shù)據(jù)的智能化分析降低了駕駛汽車(chē)的難度，讓汽車(chē)變得更安全、更好開(kāi)。無(wú)人駕駛汽車(chē)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)獲取道路信息，一旦發(fā)現(xiàn)障礙物，便通過(guò)智能分析及時(shí)避讓。

當(dāng)前，各類(lèi)傳感器都處在進(jìn)一步提升性能、降低成本的發(fā)展階段，向數(shù)字化、智能化、小型化、綠色低碳、可穿戴等方向進(jìn)化，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。其中，智能傳感器、柔性傳感器、新原理傳感器的研發(fā)具有代表性意義，有望塑造新的工作、生活方式。

隨著科技快速發(fā)展，新材料、新工藝不斷投入應(yīng)用，性能更強(qiáng)、種類(lèi)更豐富、智能化水平更高的傳感器將創(chuàng)造更多工作、生活新場(chǎng)景，幫助人們“感受”美好生活。

（節(jié)選自《人民日?qǐng)?bào)海外版》2024年1月29日，有改動(dòng)）

[導(dǎo)讀]

你能概括傳感器的工作原理嗎？傳感器給人類(lèi)工作、生活帶來(lái)哪些便利？