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添加噪声,能提高传感器的检测水平?

时间:2020-09-11 10:08:03 阅读:
对于大多数传感器来说,噪声是一个应该被抑制的问题,现在研究人员发现,加入恰到好处的背景噪声实际上可以增强一个太弱的信号,达到可以检测的水平。
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日前,宾夕法尼亚州立大学的研究人员在光源太暗而无法感应的情况下,加入少量的背景噪声来增强非常微弱的信号。对于大多数传感器来说,噪声是一个应该被抑制的问题,现在研究人员发现,加入恰到好处的背景噪声实际上可以增强一个太弱的信号,达到可以检测的水平。

他们的传感器基于一种名为二硫化钼的二维材料,检测的是光,但同样的原理也可以用来检测其他信号,而且由于与传统的传感器相比,它所需要的能量和空间非常小,因此可以在即将到来的物联网(IoT)中找到广泛的适应性。物联网将部署数以千万计的传感器来监测家庭和工厂的状况,而低能耗要求将是一个强有力的优势。

添加噪声来增强微弱信号是动物界常见的传感现象,但在人造传感器中却不常见。"宾夕法尼亚州立大学工程科学和机械学助理教授Saptarshi Das表示,这种现象是在自然界中经常看到,例如,一种生活在浑水中的桨鱼实际上无法通过视觉找到它的食物,即一种名为Daphnia的浮游植物。桨鱼有电感受器,可以在50米处接收到来自Daphnia的非常微弱的电信号。如果再加上一点噪音,它可以在75米甚至100米处找到水蚤。这种能力增加了这种动物在进化上的成功。

另一个有趣的例子是宝石甲虫,它可以在50英里的距离探测到森林火灾。最先进的红外探测器只能在10到20英里处探测。这是由于这些动物使用了一种叫做随机共振的现象。随机共振是一种现象,在有限的和适当的噪声存在的情况下,可以检测到低于传感器检测阈值的微弱信号, 在他们的论文中,研究人员展示了首次使用这种技术来检测亚阈值光子信号。

正在考虑的一个可能的用途是用于作战的部队。野外的军队人员已经携带了非常笨重的设备。要增加增强亚阈值信号所需的沉重、耗电的设备是不可行的。他们的技术也适用于资源受限的环境或在海洋下面,人们要监测非常微弱的信号。它还可以用于火山地区或监测地震,及时发出警报。研究人员下一步是在硅光电二极管上演示这种技术,这将使该器件具有很强的可扩展性。任何最先进的传感器都可以通过这个概念得到增强。

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