传感器：智能时代的“慧眼”

频道：生活应用日期：2025-03-02 00:03:31 浏览：24

如果将智能系统与“人类”进行比较，则传感器是“人类”的感觉器官。不同类型的传感器会感知周围的环境，并将数据传递给系统进行计算，并进行实时分析，判断和对情况的响应。随着数字化和智力的持续加深，各种传感器都大大扩展，在为人类创造更好的生活中发挥了巨大作用。

智能手机中有数百个传感器：相机的CMOS映像传感器，用于检查环境的光线和黑暗的环境光传感器，用于导航的地磁传感器，陀螺仪等。它是基于这些传感器的，这是基于这些传感器，使手机中的各种应用程序都可以顺利进行，并且可以使人们变得既可以使用智能设备，又可以使人们的生活变得既可以进行了，又可以使人们的生活变得更加娱乐，从而使生活中的娱乐性变得更加娱乐性。芬格林卫星上的可见和红外光电传感器可以日夜获得大气信息，准确预测天气，甚至在月球和火星上有传感器，以帮助人类探索宇宙的奥秘。

比人类的感官更尖锐，更强大

传感器是信息系统的“眼睛”。它可以感知到人眼，耳朵，皮肤和其他器官等周围环境，并帮助我们了解丰富多彩的世界。不同之处在于，传感器比人类的感官更敏锐，更强大。客观世界中包含的信息多样性远远超出了我们感官的能力。人眼无法观察到红外线和紫外线辐射，耳朵无法听到伸向和超声波的声音，也不能感知“没有痕迹”但总是影响的磁场。超出感觉范围的所有信息都可以“感觉到”。

随着生产力的发展，人类需要以全方位的方式感知世界。 1821年，科学家使用了以下原理：由于温度差，材料会产生电压来开发世界上第一个传感器 - 温度传感器。最初，人们直接使用光，热，电力，力和磁性等物理效果来制备各种传感器。这些传感器的大小很大，灵敏度低，并且使用不便。在1970年代，出现了积分敏感组件和信号电路的集成传感器，例如热电偶传感器，霍尔传感器，光敏传感器等。这种类型的传感器由固体组件组成，例如半导体，二元电视，磁性材料等，以及输出模拟信号。自上世纪末以来，数字传感器已经迅速发展，并且通过“模拟/数字”转换模块实现了数字信号输出。数字传感器集成了可以自动收集和处理数据的智能处理单元，并可以根据环境自动调整工作参数。数码相机中的光敏元素是其代表性产品。

通常，传感器的工作原理是某些物质的电性能会随环境因素而变化。例如，铂在不同温度下具有不同的电阻率，硅在可见光下的电阻降低，石英表面将在压力下等。使用电阻和温度之间的对应关系，可以制造温度传感器，并且可以将热绝缘结构添加到敏感元素中。可以根据敏感元件的温度变化和红外辐射能之间的关系来制作红外传感器。在此基础上，还可以根据目标温度与红外辐射能之间的关系产生非接触式温度测量传感器。用于测量体温的熟悉的额头温度计使用此原理。借助丰富的物理和化学作用，人们准备了各种强大的传感器，例如比狗鼻子高的1000倍，可以“闻到”气体分子，以及可以在黑暗中观察物体的红外摄像机。

没有传感器，就没有数字化和智能

数字化是对事物的属性的量化，并将其表示为数字的抽象结果。在现代信息技术的帮助下，人们可以存储，处理和传播各种数字信息。传感器可以将包含在事物中的各种信息转换为电信号，并使用数字到Analog转换电路以数字方式表达电信号。它们是数字化的有效工具。当您拿出手机拍摄照片或视频时，光敏传感器会将接收到的光强度信号转换为电信号kaiyun全站登录网页入口，然后根据某些规则以数字方式表达和存储它，最后在手机屏幕上形成图像。

数字化基于传感器获取信息。数字系统需要处理的信息量非常大，仅手动或传统设备就无法获得。使用传感器，可以实时，有效，准确，快速地获得它们。因此，城市大数据，天气大数据，医疗大数据，农业大数据等。使用各种传感器，人们可以举办远程会议，学习在线课程，扫描代码以付费，甚至广播实时流媒体以销售商品，从而开发数字经济业务格式。各种技术，例如云计算，物联网，人工智能，数字经济中涉及的5G通信与传感器密切相关。

没有传感器，就没有数字化和智能。传感器是智能系统的第一级，其水平决定了智能系统及其仪器的水平。传感器技术已成为国际领域高端信息设备领域研究的最前沿，并且在人工智能，智能城市，5G通信，航空，生活和健康等中起着不可替代的作用。数据的智能分析减少了驾驶汽车的困难，并使汽车更安全，更容易驾驶。此外，无人驾驶汽车通过传感器实时获取道路信息，一旦找到障碍，将通过智能分析及时避免它们。对于城市高层建筑，桥梁，隧道和其他建筑物，它们还需要通过视频，温度，压力和烟雾传感器实时监视安全状况。当将数据汇总在一起时，智能系统将及时分析数据，并凝结少量的关键信息，以便用户做出决策。即使将来，在传感器的帮助下，人类的感官也会变得更加强大，并建立智能系统。

智能传感器打开了新的应用程序方案

目前，所有类型的传感器都在进一步提高性能和降低成本，并且正在发展为数字化，智能，小型化和小型化，绿色和低碳，可穿戴等kaiyun官方网站登录入口，显示出蓬勃发展的发展趋势。其中，智能传感器，灵活的传感器和新的主要传感器的研究和开发具有代表性的意义，有望塑造一种新的工作和生活方式。

智能传感器的开发是一个重要的趋势。在智能传感技术的帮助下，人们设计和制造各种传感单元和微型系统，具有获取，存储和分析信息以获得低成本和高精度信息收集的功能。智能传感器广泛用于机器人技术，无人驾驶，智能制造，定量运动监控等，也可以用于开发非侵入性或微创健康监测设备。近年来一直流行的动态血糖计就是一个很好的例子。糖尿病患者将灵活的传感器毫不痛苦地放入体内。传感器每5分钟测量一次血糖水平，并将其传输到手机应用程序。患者可以观察到血糖曲线的变化，并通过饮食和及时运动来调节血糖。一些患者甚至告别药物和胰岛素治疗。此外，人们还正在开发可生物降解的电子设备，以使智能传感器更好地帮助低碳和环保生活。

灵活传感器的开发是另一个趋势。许多应用程序场景都需要在灵活的矩阵材料上准备传感器，并具有透明度，灵活性，扩展，免费弯曲甚至折叠，易于携带，可穿戴和其他功能的特征。目前，用于制备柔性传感器的常用传感材料包括碳基材料（碳黑色kaiyun全站网页版登录，碳纳米管和石墨烯等），金属纳米材料（金属纳米线，金属纳米颗粒等），聚合物聚合物和蛋白质纤维。例如，可以使用可拉伸，抗撕裂性和自我修复功能的交联超分子聚合物薄膜电极材料来制造下一代可穿戴和可植入的柔性电子设备。将集成的多功能灵活传感器与灵活的印刷电路相结合可以制造出可以在身体不同部位佩戴的“智能腰带”，并且可以实时监视和分析生理信息，帮助人们，尤其是那些具有感官退化的人，了解自己的健康状况。

新的主要传感器也正在出现。在基础研究领域，已经发现了一个新法律，人们正在使用这些新的科学认知来准备传感器。同时，技术进步也提出了基础研究的新要求。在生活中，人们希望改善相机的性能参数，例如像素，灵敏度，速度等；在高速实验中，需要记录飞秒刻度信息的条纹相机；在量子通信中，具有灵敏度的光探测器达到单个光子。在航空航天技术中，有必要检测高速移动的物体和冷目标等。这需要科学家进一步探索物理世界，发现新现象和法律，并提高传感器的性能。

随着技术的快速发展，新材料和新工艺不断使用。具有更强性能，更丰富类型和更高智力水平的传感器将创造更多的新工作和生活场景，从而帮助人们“感觉”更好的生活。

（作者是中国科学院的院士，也是上海科学院技术物理研究所的研究人员）