面向智能化时代的传感器

褚君浩

人类逐步进入智能化时代。智能化系统的重要特征就是动态信息、智慧分析和及时反应，其中，动态信息的获取就靠传感器。传感器取代人的五官，更超越人的五官功能，可以动态获得目标物和环境的信息。科幻电影《机器人总动员》中，名叫瓦力的机器人能感应到一条小虫爬向集装箱房子，就是依靠传感器赋予它的感知能力。

传感器是物联网的关键组成部分。物联网把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，然后进行智能化识别和管理，也就是把“物”的信息通过传感器接收，形成“物”的信息网络。由音频传感器构成虚拟听觉系统，由视频传感器构成虚拟视觉系统，由空气、水系、土壤传感器等构成虚拟感觉系统，这些系统构成虚拟大脑的神经系统，形成物联网信息网络。信息流进入信息处理中心，基于大数据和各类实际物理系统模型，可以进行智能化信息处理分析与判断，构成以互联网为基础的虚拟感觉系统和大脑分析系统。然后，系统通过签发指令融入互联网，与计算机、手机、人以及各类反应系统结合互动，指挥各种家用设备、办公设备以及生产设备及时反应，构成虚拟行动系统。这些虚拟行动系统根据社会行为的不同，形成了智慧的交通、智慧的医疗、智慧的物流、智慧的水系统、智慧的能源、智慧的食品、智慧的金融……形成智能化的城市，即智慧城市。

传感器在物联网技术中具有举足轻重的地位。安置在桥墩里的压力传感器可以感知桥墩的应力情况、安置在身上的传感器可以感知身体器官的状况、安置在煤矿里的传感器可以感知矿井中有害气体的浓度变化。没有传感器就不能实现各类信息的获取，也就不能进一步整合、应用信息。1995年日本东京地铁站沙林毒气事件、2004年西班牙马德里火车站炸药爆炸事件等，就是由于没有相应的传感器，未能有效设防。传感器是物联网获取和传输信息的源头，好比人的眼睛、鼻子、耳朵、舌头和皮肤，甚至比人体五官更灵敏，是其功能的延伸和扩展。有了先进的传感器，才能对环境、水、空气、土壤和植物等进行实时监控，才能建立无线传感应急监控设备，应用于人类各类活动场所。

发展多种类信息传感、多频谱信息传感以及它们的融合技术是当前研究的热点。发展红外、紫外、压力、震动、声响、磁敏、化学、生物、单光子等各类传感器，发展多传感、多频谱信息融合技术，从多频谱的角度获得目标和环境的各种参数信息，可以构成广域的传感系统。传感器的原理、设计和制作，是一门交叉科学与技术，具有广泛的研究和应用发展上升空间，是智能化时代的重要核心技术。