Лекция 1:

От простых сенсоров - к интеллектуальным

Лекция 1: Аннотация: Уточняются понятия "сенсор" и "интеллектуальный сенсор". Описаны функциональные схемы простых (пассивных и активных) и интеллектуальных сенсоров, сенсорно-компьютерных систем. Обоснована и приведена классификация сенсоров по физической природе первичных информационных сигналов.

Ключевые слова: представление, интеллектуальный сенсор, сенсорно-компьютерная сис-тема, опыт, очередь, достоверность, ПО, сенсор, интеллект, информатика, механизмы, точность, значение, надежность, объект, объект наблюдения, пользователь, поле, простой сенсор, значимость, функциональная схема, чувствительный элемент, сигнализатор, шкала, запаздывания, таблица, объём, пассивный сенсор, активный сенсор, тонометр, стетоскоп, мембраны, поток, термопара, разность, документирование, компьютер, мышца, диапазон, магнитокардиограф, сверхпроводящий квантовый интерферометр, интерфейс, информация, монитор, сечение, слово, микрокомпьютер, микропроцессор, микроконтроллер, микроконвертор, связь, память микропрограмм, контроль, диагностическое сообщение, микропрограмма, дисплей, память, Си, сеть, цифровой фото-аппарат, искусственный интеллект, счетчик Гейгера-Мюллера, гидрофон, оптический сен-соры, камера видеонаблюденияЦель лекции: сформировать у слушателей (учащихся, читателей) более точное представление о том, что собой представляют сенсоры, в частности, интеллектуальные сенсоры, сенсорно-компьютерные системы, из каких главных функциональных узлов они состоят, какую роль играют в нашей жизни. Вкратце ознакомить с историей совершенствования сенсоров, с их многообразием, с возможными подходами к их классификации, с порядком их рассмотрения в данном цикле лекций.

1. 1.1. Введение

Весь опыт развития человеческой цивилизации свидетельствует о том, что чем правильнее и лучше люди понимают мир, чем точнее, больше и глубже знают о нем, и чем в большем согласии с законами природы действуют, тем успешнее и лучше обустраивают они свою жизнь. В свою очередь, уровень, достоверность и глубина наших знаний о мире во многом определяются тем, с помощью каких средств воспринимаем мы этот мир, наблюдаем за ним, следим за происходящими в нем изменениями и явлениями.

В период становления человечества наши пращуры использовали для этого только свои органы чувств, возможности которых ограниченны. Но по мере развития технологий, техники, науки люди стали все шире применять также и разнообразные технические устройства, которые дополняют или заменяют наши органы чувств. Такие устройства принято называть сенсорами (от латинских слов sensus — чувство и sensorium — орган чувств).

Можно смело утверждать, что уровень развития цивилизации (наряду с другими важнейшими факторами) характеризуется уровнем развития сенсоров. Их роль в обеспечении нашей правильной ориентации, в более объективном, точном и глубоком восприятии действительности, в повышении качества и эффективности нашей деятельности трудно переоценить. Особенно это касается биологии, медицины, социальной сферы, высокотехнологических отраслей, где мы имеем дело с очень сложными объектами, оценивать состояние которых и процессы, в них происходящие, только "на глаз", по внешним признакам уже недостаточно.

Сенсоры к тому же — это именно те устройства, в которых происходит загадочный процесс "рождения информации" и в которых физико-химические изменения, происходящие в реальной действительности, превращаются в информационные сигналы, служащие основой для разумного поведения, для формирования и уточнения моделей этой действительности, наших представлений о ней. По большому счету, именно от сенсоров фактически и начинается любое разумное поведение, всякий интеллект, вся информатика. Любая разумная система, возникшая естественным путем или созданная другой разумной системой, успешно функционирует и выживает в реальном мире лишь тогда и до тех пор, когда и пока она получает объективную и качественную информацию о нем.

Каким образом может происходить "превращение" физико-химических воздействий в информацию, каковы возможные механизмы этого "превращения", принципы действия сенсоров, от чего зависит точность получаемой информации, - об этом и рассказывается в предлагаемом цикле лекций.

Поразительно быстрое, можно сказать, "революционное", развитие в последние десятилетия кибернетики, микроэлектронной и оптоэлектронной элементной базы информатики, да, собственно, и самих прикладных областей знаний, сделало возможным построение нового поколения "разумных" сенсоров. Такие сенсоры стали называть "интеллектуальными" — от латинского слова intellectualis, которое кроме значения "умственный" имеет также значение "рассудительный, соображающий, разумный". Создание и все более широкое применение интеллектуальных сенсоров — это один из признаков информационной стадии в развитии общества.

Каковы отличительные особенности таких сенсоров, какие они бывают, от чего зависит и как достигается их интеллектуальность, как их проектировать и строить, обеспечивать удобство и надежность их работы, — эти и много других вопросов относительно интеллектуальных сенсоров тоже раскрываются в данном цикле лекций.

Еще одна задача этого курса: наглядно показать, что интеллектуальные сенсоры — это уже не мечта, не отдельные разрозненные достижения современной техники, что они уже уверенно вошли в нашу повседневную жизнь. Их разработка и производство стали самостоятельной важной инновационной подотраслью приборостроения. Пока этот факт не всегда осознают даже специалисты — разработчики отдельных интеллектуальных сенсоров.

В связи с этим напомним, как на севере, на берегу Ледовитого океана летнее солнце, волны и дожди размыли со временем крутой берег, и на его обрыве открылись какие-то кости. Учуяв добычу, к этим костям приползли насекомые, пришли дикие звери, начали грызть их, даже и не подозревая, что это за кости. Только образованный человек, оказавшийся на том берегу, сумел разглядеть и понять, что это не просто отдельные кости, а остатки скелета огромного животного. Люди старательно выбрали и рассортировали эти кости, осторожно перевезли, а потом собрали их в музее, где все теперь могут увидеть впечатляющий цельный скелет огромного мамонта.

Вот и мы решили в данном цикле лекций собрать вместе разрозненные примеры различных интеллектуальных сенсоров, рассортировать и описать их, чтобы каждый смог увидеть, что все они вместе – это и в самом деле уже не просто отдельные научно-технические достижения, а новое поколение сенсоров, очередной значительный шаг в развитии сенсорики и вообще в технологическом прогрессе человечества.