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为了制造更好的传感器 只需增加噪音

  • 科学
  • 2020-09-04 07:55:35
  • 来源:

天龙八部私服发布网 www.famlot.com 添加噪声以增强微弱的信号是一种在动物界很常见的传感现象,但在人造传感器中却不常见。现在,宾夕法尼亚州立大学的研究人员添加了少量背景噪声,以增强太暗而无法感知的光源中非常微弱的信号。

与大多数传感器(噪声是一个应被抑制的问题)相比,他们发现仅添加适量的背景噪声实际上可以将信号太弱而无法被普通传感器感应到的信号增加到可以检测的水平。

尽管他们的传感器基于称为二硫化钼的二维材料来检测光,但是可以使用相同的原理来检测其他信号,并且与传统传感器相比,由于其所需的能量和空间很小,因此可以在将来找到广泛的适应性物联网(IoT)。物联网将部署数以千万计的传感器来监视家庭和工厂的状况,而低能耗将是一大优势。

“这种现象是自然界中经??吹降亩?,”工程科学和力学助理教授Saptarshi Das说。“例如,生活在泥泞水域中的鳞甲鱼实际上看不到它的食物,这是一种叫做浮萍的浮游植物。该鳞甲鱼的电感受器可以在长达50米的距离上接收到来自浮萍的微弱电信号。加上一点噪音,它就可以在75米甚至100米处找到水蚤。这种能力增加了这种动物的进化成功。”

另一个有趣的例子是甲虫,它可以检测到50英里外的森林大火。最先进的红外探测器只能探测10至20英里。这是由于这些动物使用了一种称为随机共振的现象。

“随机共振是一种现象,在有限且适当数量的噪声存在下,可以检测到低于传感器检测阈值的微弱信号,”工程科学与力学和动力工程学研究生Akhil Dodda说。第一作者是本周发表在《自然通讯》上的一篇新论文的第一作者。

在他们的论文中,研究人员证明了该技术首次用于检测亚阈值光子信号的用途。

考虑的一种可能用途是用于作战部队。实地的陆员已经携带了非常庞大的装备。添加增强亚阈值信号所需的笨重,耗电的设备是不可行的。他们的技术还适用于资源受限的环境或人们想监视非常微弱信号的海底环境。它也可以用于火山位置或及时监测地震以发出警报。

“谁会想到噪声可以在信号检测中发挥建设性作用?我们已经挑战了以最小的能量消耗来检测否则无法检测到的信号的传统。这可以为噪声增强信号检测的一个完全未开发和忽略的领域敞开大门,” Aaryan说Oberoi 是工程科学与力学系的研究生,也是该论文的第一作者。

他们的下一步是在硅光电二极管上演示该技术,这将使该设备具有很高的可扩展性。Das表示,任何先进的传感器都可以通过此概念得到增强。

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