數(shù)年前，當(dāng)喬布斯拿著蘋(píng)果手機(jī)“晃一晃”就可以讓它有所反應(yīng)的時(shí)候，手機(jī)的智能化時(shí)代真正開(kāi)始了。幾年后，手機(jī)從一種通訊工具變成了一個(gè)人們離不開(kāi)的伙伴。
讓手機(jī)具備這樣“魔力”的，是觸摸屏、陀螺儀、加速度計(jì)等各式各樣的傳感器。
——觸摸屏是一種電容觸摸傳感器。用于感受手機(jī)位置和運(yùn)動(dòng)的，是陀螺儀和加速感應(yīng)器。當(dāng)你接電話把耳朵貼到屏幕上時(shí)，讓屏幕變暗并關(guān)閉觸摸屏的是紅外線接近傳感器。根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度的，是環(huán)境光傳感器。當(dāng)然，還有用于導(dǎo)航的“指南針”——磁阻傳感器，以及用光電傳感器制作的攝像頭。
在9月9日的發(fā)布會(huì)上，最大的亮點(diǎn)還是蘋(píng)果在傳感器運(yùn)用上的突破。iPhone 6手機(jī)增加了集合多種傳感器的動(dòng)作協(xié)感應(yīng)器，可以用來(lái)測(cè)量海拔高度的氣壓傳感器，可以實(shí)現(xiàn)指紋支付的近場(chǎng)通訊模塊和指紋傳感器。iWatch背后的四個(gè)環(huán)狀傳感器，原理是通過(guò)LED光照射到皮膚上形成反射，以此判斷血管的運(yùn)動(dòng)、檢測(cè)佩戴者的脈搏。
不僅僅是手機(jī)，在汽車(chē)、家用電器、可穿戴設(shè)備上，以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，越來(lái)越多的傳感器成為機(jī)器的“耳目”。
普通公眾了解甚少的是，即將給人們生活方式帶來(lái)更大變化的物聯(lián)網(wǎng)，其最核心的基礎(chǔ)技術(shù)也是傳感器。有科學(xué)家預(yù)言，傳感器將像“人體的五官”一樣，在未來(lái)充滿各個(gè)領(lǐng)域和空間。
當(dāng)下，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的開(kāi)啟，各式各樣的傳感器正成為無(wú)處不在的神經(jīng)元，全球?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_(kāi)始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。但是，在這一次盛宴開(kāi)啟的前夜，業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn)，中國(guó)似乎又落伍了。
在傳感器巨頭享受它們“厚積薄發(fā)”帶來(lái)的收益時(shí)，中國(guó)企業(yè)如何從中分一杯羹?
模仿人體五官
“傳感器就好像是人的五官。”中科院微系統(tǒng)所傳感技術(shù)聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李昕欣對(duì)財(cái)新記者說(shuō)，人類在計(jì)算機(jī)的時(shí)代，解決了大腦的模擬問(wèn)題，相當(dāng)于用0和1實(shí)現(xiàn)了信息的數(shù)字化，利用布爾邏輯解決問(wèn)題;現(xiàn)在是后計(jì)算機(jī)時(shí)代，開(kāi)始模擬五官。
傳感器(transducer、sensor)往往又被稱為換能器，功用是把其他信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。可以說(shuō)，是傳感器讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。
傳感器的發(fā)展，最早是來(lái)自工業(yè)自動(dòng)化的推動(dòng)。
出于提高效率的目的，工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始由中央控制室控制各個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上的參量，包括流量、物位、溫度和壓力四大參數(shù)，催生了傳感器的發(fā)展。這個(gè)趨勢(shì)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，到現(xiàn)在也是傳感器應(yīng)用最多的一種形式。
清華大學(xué)精密儀器系教授董永貴告訴財(cái)新記者，在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測(cè)量?jī)x器中其實(shí)就有傳感器，只不過(guò)是以整套儀器中一個(gè)部件的形式出現(xiàn)。所以，中國(guó)在1980年以前，介紹傳感器的教科書(shū)叫做“非電量的電測(cè)量”。
傳感器概念的出現(xiàn)其實(shí)是測(cè)量?jī)x器逐步走向模塊化的結(jié)果。此后，傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)作為一個(gè)功能器件進(jìn)行研究、生產(chǎn)、銷(xiāo)售。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，將被測(cè)信號(hào)量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。
化學(xué)傳感器則是以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器。近年來(lái)，出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分。
在董永貴看來(lái)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)傳感器不算是一個(gè)單純的學(xué)科方向，因?yàn)楦鱾€(gè)學(xué)科都有研究傳感器的。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象、化學(xué)效應(yīng)制造的新的傳感器，實(shí)際上是對(duì)別的專業(yè)基礎(chǔ)研究成果的二次開(kāi)發(fā)。
他說(shuō)，伴隨電子電路技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)量問(wèn)題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終，傳感器的性能決定了整套測(cè)量?jī)x器的性能。“這是傳感器發(fā)展最重要的推動(dòng)力。”
“模擬人的五官”，只是傳感器的一個(gè)比較形象的說(shuō)法。傳感器技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟的，還是工業(yè)測(cè)量中經(jīng)常用到的如力、加速度、壓力、溫度等物理量。對(duì)于真實(shí)人的感覺(jué)，包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)，從傳感器的角度來(lái)看，大部分不是很成熟。
“視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)可認(rèn)為是物理量，相對(duì)好一些，觸覺(jué)就比較差一些，至于嗅覺(jué)及味覺(jué)，由于涉及到生物化學(xué)量的測(cè)量，工作機(jī)理比較復(fù)雜，遠(yuǎn)未達(dá)到技術(shù)成熟的階段。”他說(shuō)。
