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从电子警犬说起

2021-08-28菖蒲

学与玩 2021年7期
关键词:警犬物体传感器

菖蒲

丁零零……报警电话响了。某公司被盗,公安人员火速感到了现场,保险柜中数十万人民币不翼而飞。侦查员小王机警的眼光扫视四周:这是什么?原来,保险柜旁有两根头发!多年的办案经验告诉他,这是犯罪留下的。小王取出一只方形的气味分析仪,用镊子夹住头发放到盒窗上,仪器立即记下了犯罪的气味。他打开跟踪开关,按指示追击,在某小区的三号楼下,仪器发出“吱吱”的响声,公安人员立即包抄,盗窃嫌疑人员落网。

这是“电子警犬”现场侦破的一幕。它能测出和区别千万分之一浓度的气味分子,已经接近警犬鼻子的嗅觉水平,是应用紫外线吸收原理,模仿狗鼻子功能制成的一种气体传感器。这种“电鼻子”现在已广泛应用在矿井、化工厂的有毒气体的报警上,成了环境安全的“监督员”。

多彩的传感器世界

像电子警犬这样的传感器还有不少,它们都是工程技术人员模拟生物的感觉器官,用各种有特殊功能的金属、半导体、磁体和电解质等材料制成的微型分析仪器。从家用电器到机器人,从温室的恒温控制到宇宙飞船,都有传感器在为人类工作。

最早的传感器要数蛙眼电子模型了,它是由3800个光电管组成的200多千克重的“笨家伙”,但能精确地模仿蛙眼的感觉过程。装在机场,它可以帮助导航人员跟踪飞机;放在公路旁,可以监视各种车辆。当飞机即将相撞、汽车违章超速时,它也能及时报警。随着材料和技术的进步,王贝在的电子蛙眼已经很小巧,性能也更好了。

中央电视台播放的《天气预报》,用的是风云4号气象卫星探测的气象资料。卫星怎么能知道大气中温度、云层和水汽的变化呢?原来,科学家在卫星上装了由汞、镉、碲三种元素的化合物制成的红外线传感器。云层的厚度和性质不同,辐射出的红外线强度不同,传感器把这些资料记下来,用电信号送回气象台,经过分析处理,就能做出准确的天气预报。

还有我们手机中的摄像机,镜头中部都装着影像传感器,这是一种由感光元件组成的集成电路,晶体二极管接受不同强度的光,会产生不同的电荷,再将其转换成精确的图像,拍出来的图片就跟真的似的了。

异军突起的生物传感器

近几年,科学家根据生物识别准确性高的特点,又设计制造了生物传感器。这种新型的传感器把生物分子识别功能和信号变换巧妙地结合在一起,用酶、微生物做元件材料,大大提高了传感器的速度和准确性。比如,有科学家把酶固定在高分子薄膜上,同特殊设计的电路相连,制成酶传感器,用来测定化合物中的成分既快又好。其中,测定血液中葡萄糖的酶传感器,在几秒钟内就能报出血液中葡萄糖的含量,准确率接近100%。

生物传感器模拟了生物的各种特殊功能,、用生物物质做元件,能十分准确快速地把要检测的物质识别出来,在临床医学、环境监测、药物毒性检查、化工生产等方面有广泛的用途。

当然,生物传感器虽然性能优越,但也有很多技术难题还没有解决。比如生物活性物質大都由蛋白质构成,在高温和不适宜的酸碱条件下会失去活性等。这些“瓶颈”还有待突破。

未来的展望

物体是没有灵性的,人们要想获取它们的信息,就要借助传感器。传感器通过仪器对物体进行检测,并将其结果变换成为其他信息,让物体有触觉、嗅觉和味觉等感官,让物体变得更加“活”起来。换句话说,传感器就是人类五官的延长,有人称之为“电五官”。

信息时代到来,人类要解决的就是如何获取准确的信息,而传感器正是获取这些信息的主要手段。如今,传感器已经应用到工农业生产、宇宙开发、海洋探测等极其广泛的领域。相信在不久的将来,传感器技术将出现更大的飞跃。

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