如果要说有哪个电子讯号链领域仍然顽强地坚守“模拟”阵营，那就是传感器(sensor)了。没错，您当然可以让传感器输出“数字化”至极其接近传感器，但传感器本身几乎还是模拟的，而且所“感测”(sensing)的实体参数也是如此。这就是物理学的现实，除非你深入至以某种离散量子态存在的原子和次原子粒子。
尽管如此，以最广义而言，无疑地，当今的电子产品已经使得撷取来自传感器的模拟输出、放大、数字化、校正和补偿以及分析变得更容易了。但是，传感器组件或装置本身仍然是模拟的，而且，想尝试撷取资讯通常都是说时容易做时难。
要找到一个用于物理变量(如温度或压力)的基本传感器是一回事，但要安装该传感器使其能够实际进行准确和稳定的测量，通常又是另一项更加困难的挑战。
这就是太空载具在轨道或太空旅行的失重环境中经常面对的挑战。准确地知道剩余的液体燃料量当然很重要，但是燃料的晃动和不良情况，包括在该设置中多个未连接配量间的“中断”，使其变得非常困难。
传统方法采用“称重”燃料的质量或测量其压力，其准确度并不如预期；而替代方案是当燃料耗用时透过内部触点进行测量，但这会增加质量并带来新的技术问题。还有一种广泛使用的替代方法是基本“簿记”法，追踪在某次特定燃烧中使用了多少燃料，然后用以前的值相减。当油箱装满时应该是相当准确的作法，但随着燃料的使用，准确度随之下降，而且还会有来自这些数字积聚的累积误差。
如今，由美国太空总署(NASA)技术移转经理Manohar Deshpande和美国国家标准技术局(NIST)主导的研究人员开发了一种实验系统，使用称为电容体积断层扫描(ECVT)的先进3D成像技术。透过这一途径，电极发射电场并测量目标电容(见下图)。
透过结合电极对读数的测量值，以及先进的2D和3D算法和分析，该仪表可估计气球的位置和体积。（资料来源：NIST）
原型燃料箱的内部衬有软性电极，可用作电容器板。所测得的电容值由燃料箱中流体的质量及其位置决定；此处显示的是第一级测试，使用填充传热流体(标准HT-90)的悬浮气球代替真实且具潜在危险的火箭燃料来完成。
“这并不是简单的单电容器布置；反之，燃料箱中衬着传感器电极阵列，并在多个传感器对之间测量电容。”该专案团队的NIST机械工程师Nick Dagalakis说，“我们测量了每个可能的传感器对之传输差异，并且透过结合所有的测量，就可以知道哪里有燃料，哪里没有燃料，并创建3D影像。”
该团队使用“软微影技术”制作了在燃料箱中排列的电容传感器阵列，这类似于制作PCB，不同之处在于他们在软性塑料背衬(例如Kapton)上印出墨水图案，然后蚀刻掉暴露且不需要的铜。电容数据矩阵用于产生一组2D影像，在整个燃料箱长度上映像流体位置，接着这些影像反过来导致燃料箱中燃料的3D再现，且其体积和质量是可以计算。
有趣的是(也许有点讽刺)，这种高度复杂的方法从一组十分基本的电容参数之传感器读数开始，然后透过多个传感器和读数加上先进资料分析。NIST有一则新闻报导“NIST为轨道设计原型燃料计”(NIST Designs a Prototype Fuel Gauge for Orbit)提供了该专案的概述，并简要讨论了工程师如何对其进行测试。还有一篇详细的技术论文“用于测量宇宙飞船燃料的电容式体积断层扫描传感器的软性组装”(Flexible Assemblies of Electro capacitive Volume Tomographic Sensors for Gauging Fuel of Spacecraft)发表于《宇宙飞船和火箭》 (Journal of Spacecraft and Rockets)期刊。
您是否曾经遇过这样的情况：令人感兴趣的基本实体参数似乎很容易感测，但从“传感器”到“感知”的转换却是一大挑战？你会用复杂的、极端的技术还是较基本的“蛮力”持续推进来解决问题？先进的解决方案是不是太复杂了？甚至比您试图解决的问题更令人头疼？
(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体Planet Analog，参考链接：When sensors are easy, but sensing is hard，by John Dunn；编译：Susan Hong)
责编：Demi
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