智能“傳感”，“感知”天下

褚君浩

如果把智能系統(tǒng)比作“人”，那么傳感器就是“人”的感覺器官。不同類型的傳感器，感知周圍環(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，為人類創(chuàng)造美好生活發(fā)揮著巨大作用。

? 一部智能手機(jī)里有上百個(gè)傳感器：有用于攝像的CMOS圖像傳感器，有用于檢查環(huán)境明暗的環(huán)境光傳感器，還有用于導(dǎo)航的地磁傳感器、陀螺儀……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、娛樂于一體的便攜式智能設(shè)備，帶來(lái)人們生活方式的巨大變化。風(fēng)云衛(wèi)星上的可見和紅外光電傳感器，能夠不分晝夜地獲取大氣信息，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)天氣，甚至在月球上、火星上都有傳感器工作，幫助人類探索宇宙奧秘。

? 1821年，科學(xué)家利用材料因溫差產(chǎn)生電壓的原理，研制出世界上第一個(gè)傳感器——溫度傳感器。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。20世紀(jì)70年代，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，如熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。這類傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，輸出模擬信號(hào)。上世紀(jì)末開始，數(shù)字化傳感器快速發(fā)展，通過“模擬/數(shù)字”轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)輸出。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)特性會(huì)隨環(huán)境因素變化。例如鉑在不同溫度下電阻率不同，硅在可見光照射下電阻會(huì)減小，石英受到壓力后表面會(huì)產(chǎn)生電荷。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。借助豐富的物理和化學(xué)效應(yīng)，人們制備出靈敏度比狗鼻子高1000倍、可以“聞到”氣體分子的“電子鼻”，以及可以在黑夜中觀察物體的紅外相機(jī)等種類豐富、功能強(qiáng)大的傳感器。

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、智慧城市、5G通信、航空航天、生命健康等領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用。 （摘自《人民日?qǐng)?bào)》海外版 ）