最早用于測(cè)量這些傳感參數(shù)的設(shè)備不夠先進(jìn),使用起來不太便捷,對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無法保證。如今的先進(jìn)社會(huì),這些問題不再是困難,這些設(shè)備、機(jī)器和儀器的性能和功能間接地取決于安裝在它們內(nèi)部的各種高精度傳感器。因此,對(duì)越來越多的傳感器的需求越來越大。這些傳感器被用于監(jiān)測(cè)各種參數(shù)，如液位、流量、溫度、壓力、磁場(chǎng)、聲信號(hào)、距離、接近、傾斜、旋轉(zhuǎn)、觸摸、運(yùn)動(dòng)、光強(qiáng)度、加速度、顏色等。

目前,即使在最惡劣或最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中,傳感器也被用于監(jiān)測(cè)物理參數(shù),例如,人體內(nèi)部的力和超聲波,深海中的聲波,渦輪機(jī)和油井中的壓力,以及空間中的旋轉(zhuǎn)和加速度。

傳感器可以提供多種物理參數(shù)的數(shù)據(jù)和信息,這些數(shù)據(jù)和信息對(duì)控制各種工業(yè)過程至關(guān)重要,或者對(duì)醫(yī)療應(yīng)用、氣象學(xué)或科學(xué)研究至關(guān)重要。這就是為什么這些傳感器已經(jīng)變得無處不在的原因。

傳感器提供了它們所在環(huán)境的有用數(shù)據(jù),這對(duì)設(shè)備和機(jī)器的性能和功能至關(guān)重要。它們還能提供有關(guān)結(jié)構(gòu)、材料或嵌入其中的設(shè)備的狀態(tài)或健康狀況的連續(xù)信息。因此,它們被放置在多個(gè)點(diǎn)上,以收集盡可能多的不同物理參數(shù)的數(shù)據(jù)。通過這種方式，傳感器使材料、設(shè)備或結(jié)構(gòu)變得更智能、更高效或功能更強(qiáng)、更安全。

物理傳感器的多樣化應(yīng)用在大多數(shù)情況下,傳感器只提供單一參數(shù)的數(shù)據(jù) ,也就是它們所設(shè)想的參數(shù),但在最近的應(yīng)用中,兩個(gè)或多個(gè)傳感器一起工作。例如，無人駕駛飛機(jī)中的加速度計(jì)和陀螺儀為飛機(jī)本身提供更多的信息,如位置、高度、飛行距離等。 可穿戴設(shè)備或運(yùn)動(dòng)設(shè)備中的加速度計(jì)和陀螺儀共同工作,可以提供人的移動(dòng)距離、撞擊次數(shù)、撞擊的力量和位置等多種信息。所有這些信息都能幫助運(yùn)動(dòng)員提高成績(jī)。

目前,如果沒有多個(gè)物理傳感器，一些關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施、 車輛、儀器等都無法實(shí)現(xiàn)。這些傳感器的任務(wù)是提供-系列參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從溫度.加速度、聲音到人的傾斜度或心臟跳動(dòng)。由于有了傳感器，管道、道路、建筑、儀器、車輛等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施都有了“人工神經(jīng)"或感官。

例如,現(xiàn)代的醫(yī)療儀器和手術(shù)機(jī)器人都包含多個(gè)傳感器,不僅可以監(jiān)測(cè)與醫(yī)療相關(guān)的參數(shù),還可以監(jiān)測(cè)力或壓力等物理參數(shù),提供觸覺反饋。

另-個(gè)例子是自動(dòng)駕駛汽車,其中大量的參數(shù)被不斷監(jiān)測(cè),以使其更加安全和清潔。第三個(gè)例子包括智能手機(jī)和手表中的傳感器。這類傳感器提供的數(shù)據(jù)多種多樣,如人的心率、電池的狀態(tài)、屏幕的方向、與物體的接近程度或環(huán)境光的強(qiáng)度等.讓-切變得更智能、更安全或更簡(jiǎn)潔的大趨勢(shì),以及為儀器、設(shè)備、小工具智能手機(jī)、電器等增加更多功能的趨勢(shì),增加了在不同環(huán)境下監(jiān)測(cè)更多參數(shù)的需求。這反過來又增加了傳感器的類型和用于制造傳感器的技術(shù)。

一般來說,電子傳感器由于尺寸小重量輕、可靠性高、性價(jià)比高,在各種應(yīng)用中都是首選。然而,電子傳感器可能無法正常工作,或者可能不適合或不推薦用于某些應(yīng)用。在某些情況下,光學(xué)傳感器是唯一可行的解決方案 ,因?yàn)樗鼈儗?duì)電磁干擾不敏感。例如,現(xiàn)代內(nèi)窺鏡包括光纖力和聲傳感器,并監(jiān)測(cè)人體內(nèi)部的此類參數(shù)。光纖還用于監(jiān)測(cè)管道、電力線、周界和邊界等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中數(shù)百萬個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變、溫度和振動(dòng)。

因此,顯而易見的問題是:未來幾年物理傳感器的宏大挑戰(zhàn)是什么?

未來物理傳感器的巨大挑戰(zhàn)

這個(gè)問題沒有簡(jiǎn)單的答案,因?yàn)閭鞲衅鞯膽?yīng)用是多樣化的,存在許多不同類型的傳感器。

讓我們從科學(xué)的角度出發(fā)。

物理傳感器在靈敏度、分辨率、測(cè)量范圍、精度、準(zhǔn)確度等方面的前沿進(jìn)展幾乎每天都在擴(kuò)大。毫無疑問,納米和量子技術(shù)將有助于推動(dòng)物理和其他傳感器的極限。通過使用單光子或糾纏光子或其他量子資源,光學(xué)和電子傳感器的靈敏度可以提高到所謂的射噪極限以上。

因此,在不久的將來,將有可能開發(fā)出能夠檢測(cè)參數(shù)的傳感器,其精度和分辨率是今天的傳感器無法達(dá)到的。引力波探測(cè)器

VIRGO中展示了光的擠壓狀態(tài)對(duì)靈敏度的增強(qiáng)。類似的概念可以用于其他高靈敏度量子傳感器的開發(fā)。新的納米材料或在納米尺度出現(xiàn)的效應(yīng)也可以用來提高傳感器的靈敏度,或者開發(fā)全新的超微型傳感器。

從技術(shù)角度來看,傳感器面臨的挑戰(zhàn)是如何大幅降低其成本、尺寸或能耗。

例如,光纖傳感器比電子傳感器貴得多。因此,為了降低光纖傳感器的成本,研究設(shè)計(jì)這種傳感器的新方法、它們的組件或它們的詢問方式至關(guān)重要。

另一方面,可穿戴設(shè)備由于電池充電時(shí)間短,使用范圍有限。因此,研究為傳感器供電的新機(jī)制將是有趣的,例如,用人體的熱量或運(yùn)動(dòng),或用要監(jiān)測(cè)的參數(shù)。在自主汽車中,傳感器必須更加笨重和便宜;此外,它們必須具有高度的可靠性和精確性,以及必須快速響應(yīng)。具有這些屬性的傳感器將有助于開發(fā)更清潔、更可靠、更實(shí)惠的自動(dòng)駕駛汽車。

對(duì)傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信號(hào)的處理和解釋也是重要的挑戰(zhàn),這也是傳感器技術(shù)中-個(gè)有趣的研究領(lǐng)域。目前,傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)物理參數(shù),這種情況在未來不會(huì)有太大改變。在許多工業(yè)、科學(xué)和其他應(yīng)用中,傳感器可以提供大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)必須被高速收集、存儲(chǔ)、處理和解釋,以實(shí)時(shí)提供信息。在這些情況下,人工智能和深度學(xué)習(xí)中使用的概念和方法以及大數(shù)據(jù)中使用的技術(shù)(正在并將越來越多地被考慮在內(nèi)。

我們現(xiàn)在生活在物聯(lián)網(wǎng)( loT )時(shí)代,物理(和任何其他)傳感器的最大挑戰(zhàn)將是在字面上的每一個(gè)瞬間 ,提供關(guān)于它們被設(shè)想為監(jiān)測(cè)的參數(shù)的數(shù)據(jù),以及將傳感數(shù)據(jù)傳達(dá)給其他設(shè)備并從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。因此,在未來幾年,我們將看到傳感器發(fā)揮傳感以外的作用。

最近由冠狀病毒引|起的全球大流行對(duì)物理傳感器提出了重大挑戰(zhàn),以解決迫切的社會(huì)需求。

例如,體溫傳感器可以在機(jī)場(chǎng)和公共汽車/火車站快速識(shí)別發(fā)燒的人。在這種情況下,面臨的挑戰(zhàn)是在不接觸人的情況下,快速、高精度地測(cè)量體溫,最好是同時(shí)測(cè)量幾個(gè)人的體溫。融入呼吸輔助器中的流量和壓力傳感器對(duì)于幫助感染者更輕松地呼吸也至關(guān)重要;因此,這種傳感器有助于挽救重癥監(jiān)護(hù)室的生命。另- -方面,智能[ ]和水龍頭有助于避免病毒的傳播,因?yàn)榘惭b在其中的接近傳感器可以在不觸碰的情況下打開這種門或水龍頭。

在不久的將來,我們將看到安裝在智能手機(jī)中的幾個(gè)傳感器如何共同幫助對(duì)抗冠狀病毒的傳播。智能手機(jī)將為我們提供-個(gè)復(fù)雜的近距離檢測(cè)系統(tǒng),提醒我們可能接觸到受感染的人。

物理傳感器和其他傳感器將繼續(xù)為各種事物提供人工感應(yīng)和更多的功能,并讓它們變得更智能、更安全、更清潔,對(duì)用戶更友好。在最近的全球大流行期間,物理傳感器顯然也是重要和必要的,甚至可以幫助拯救生命。

轉(zhuǎn)自：電源網(wǎng)