很大一部分模擬電路和接口專門用于傳感器及其前端電子設(shè)備。由于這兩個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步，現(xiàn)在可以為許多物理參數(shù)（例如距離、運(yùn)動(dòng)、質(zhì)量、壓力、溫度……）提供價(jià)格合理、高精度的傳感器及其子系統(tǒng)……不勝枚舉。

盡管如此，在許多情況下仍存在兩難境地，因?yàn)閭鞲刑魬?zhàn)不在于傳感器及其接口，而在于就地傳感情況。例如，在房間內(nèi)感知溫度等常見(jiàn)事物可以與在噴氣式飛機(jī)的排氣口處進(jìn)行比較。有幾十種完全不同的溫度傳感技術(shù)，包括（但不限于）使用固態(tài)傳感器、熱電偶、紅外傳感器，甚至熱膨脹測(cè)量以及每種技術(shù)的無(wú)數(shù)實(shí)際實(shí)現(xiàn)。

我最近遇到了一個(gè)相關(guān)且及時(shí)的示例，它清楚地展示了傳感器與傳感的挑戰(zhàn)，并證明傳感問(wèn)題不僅僅適用于深?yuàn)W的情況?？紤]在有兩個(gè)或更多乘員的汽車客艙中測(cè)量空氣流量的重要主題。尤其是現(xiàn)在，出于眾所周知的原因，您希望在人們靠近時(shí)確保良好的空氣流通。

顯而易見(jiàn)的問(wèn)題是：你應(yīng)該打開(kāi)一個(gè)窗口還是幾個(gè)窗口，打開(kāi)多少？“打開(kāi)所有窗戶”這個(gè)可能直觀的答案可能是錯(cuò)誤的，即使它是最好的技術(shù)解決方案，它也可能不切實(shí)際或不受歡迎。

如果您想將其限制為僅兩個(gè)窗口，例如，您打開(kāi)哪些窗口？它是乘客或乘客就座位置的函數(shù)嗎？應(yīng)該是兩個(gè)前窗嗎？也許使用駕駛員車窗和右后車窗（與駕駛員車窗斜對(duì)面），或者只使用乘客車窗和左后車窗？汽車的通風(fēng)口設(shè)置在不同的位置有什么影響？不使用風(fēng)扇模式甚至不使用空調(diào)的好處如何？

所有好的問(wèn)題，在汽車模型中的風(fēng)洞和一些代表駕駛員和乘客的被動(dòng)“假人”的測(cè)試臺(tái)上應(yīng)該很容易回答。然而，事實(shí)證明，由于各種原因，這并不是一個(gè)容易的情況。是的，有許多可用的氣流傳感器儀器，例如 Center Technology 的 Center 332 熱線風(fēng)速計(jì)（圖 1）。這款手持式裝置帶有可擴(kuò)展的獨(dú)立探頭，可測(cè)量 0 至 25 米/秒（相當(dāng)于 0 至 5000 英尺/分鐘）的空氣速度和 0 至 10 6立方米/分鐘（約 8.5 × 10 8立方英尺）的空氣流量（體積） /分鐘），讀數(shù)精度為 ±3%。

但僅擁有一個(gè)好的傳感器或儀器只是解決方案的一部分。這一點(diǎn)在兩篇相關(guān)文章中已經(jīng)闡明——一篇在 AAAS Science Advances中的標(biāo)題為“乘用車內(nèi)的氣流和對(duì)空氣傳播疾病傳播的影響”，另一篇在《今日物理學(xué)》中的標(biāo)題為“我們?cè)谄囍泻粑目諝狻薄鼈冇懻摿伺c評(píng)估汽車氣流相關(guān)的挑戰(zhàn)。作者得出的結(jié)論是，考慮到布置的許多變量，以及測(cè)量氣流的方式和位置，這個(gè)問(wèn)題并不像建模和仿真那樣適用于現(xiàn)實(shí)世界的物理儀器。

我對(duì)這種方法沒(méi)有意見(jiàn)，因?yàn)楝F(xiàn)代模擬工具可能非常好。然而，幾乎所有此類模擬都存在一個(gè)潛在問(wèn)題：它們嚴(yán)重依賴于基礎(chǔ)模型的保真度。在這種情況下，我不知道您需要對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的汽車表面和內(nèi)部幾何形狀進(jìn)行多精確的建模?？团摮叽绲奈⑿∽兓吘?，每輛車都有一點(diǎn)不同——會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響嗎？您能否對(duì)模型簡(jiǎn)化對(duì)模擬結(jié)果的影響進(jìn)行有意義的敏感性分析，如圖 2所示？

汽車中的氣流模式很復(fù)雜，取決于許多因素，包括客艙大小、幾何形狀、車速、占用率以及打開(kāi)窗戶的數(shù)量和位置。

幸運(yùn)的是，并非所有研究人員都只致力于模型和模擬結(jié)果?！侗┞犊茖W(xué)與實(shí)驗(yàn)流行病學(xué)雜志》對(duì)汽車每小時(shí)換氣量 （ACH） 進(jìn)行了一項(xiàng)具有啟發(fā)性的研究，題為“機(jī)動(dòng)車輛的換氣率和來(lái)自二手煙的車內(nèi)污染物濃度”。在這里，作者使用四種不同的真實(shí)汽車在各種條件下進(jìn)行了測(cè)試。這些研究人員在努力中非常認(rèn)真：他們遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了基本的氣流傳感器，并增加了一個(gè)儀器級(jí)監(jiān)測(cè)器來(lái)測(cè)量一氧化碳 （CO） 濃度，以及一個(gè)光學(xué)散射監(jiān)測(cè)器來(lái)測(cè)量可吸入顆粒物濃度。

如果模擬與現(xiàn)實(shí)世界之間存在合理的一致性，那么最好的方法是建立一個(gè)好的模型然后進(jìn)行模擬，這是有道理的；在汽車建模與測(cè)量氣流的情況下，即使有 10% 的差異，我也會(huì)非常滿意。這與我看到電路仿真時(shí)的情況相同：很高興看到具有如此明顯的精度和大量數(shù)據(jù)的性能，但如果接近最終配置的實(shí)際原型也經(jīng)過(guò)測(cè)試并出現(xiàn)，我總是對(duì)這些觀點(diǎn)更有信心到模擬結(jié)果的大約 5% 或 10% 以內(nèi)。

不要被愚弄：有時(shí)，感知現(xiàn)實(shí)世界參數(shù)的問(wèn)題不是由于應(yīng)用場(chǎng)景，而是傳感器。仔細(xì)考慮您需要什么樣的傳感器布置、多少傳感器、它們的位置、它們對(duì)測(cè)試本身的影響以及其他相關(guān)因素。在許多情況下，如果您有可靠的初始數(shù)字，一個(gè)好的 3D 模擬可能是更好的選擇，但前提是您可以開(kāi)發(fā)一個(gè)可行的模型——這是一個(gè)很大的“如果”。

您是否遇到過(guò)這樣的情況：選擇和連接傳感器很容易，但這種情況卻讓傳感器的使用出現(xiàn)問(wèn)題？