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備。由于這兩個領域的進步，現在可以為許多物理參數（例如距離、運動、質量、壓力、溫度……）提供價格合理、高精度的傳感器及其子系統……不勝枚舉。

盡管如此，在許多情況下仍存在兩難境地，因為傳感挑戰不在于傳感器及其接口，而在于就地傳感情況。例如，在房間內感知溫度等常見事物可以與在噴氣式飛機的排氣口處進行比較。有幾十種完全不同的溫度傳感技術，包括（但不限于）使用固態傳感器、熱電偶、紅外傳感器，甚至熱膨脹測量以及每種技術的無數實際實現。

我最近遇到了一個相關且及時的示例，它清楚地展示了傳感器與傳感的挑戰，并證明傳感問題不僅僅適用于深奧的情況。考慮在有兩個或更多乘員的汽車客艙中測量空氣流量的重要主題。尤其是現在，出于眾所周知的原因，您希望在人們靠近時確保良好的空氣流通。

顯而易見的問題是：你應該打開一個窗口還是幾個窗口，打開多少？“打開所有窗戶”這個可能直觀的答案可能是錯誤的，即使它是最好的技術解決方案，它也可能不切實際或不受歡迎。

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

所有好的問題，在汽車模型中的風洞和一些代表駕駛員和乘客的被動“假人”的測試臺上應該很容易回答。然而，事實證明，由于各種原因，這并不是一個容易的情況。是的，有許多可用的氣流傳感器儀器，例如 Center Technology 的 Center 332 熱線風速計（圖 1）。這款手持式裝置帶有可擴展的獨立探頭，可測量 0 至 25 米/秒（相當于 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），讀數精度為 ±3%。

但僅擁有一個好的傳感器或儀器只是解決方案的一部分。這一點在兩篇相關文章中已經闡明——一篇在 AAAS Science Advances中的標題為“乘用車內的氣流和對空氣傳播疾病傳播的影響”，另一篇在《今日物理學》中的標題為“我們在汽車中呼吸的空氣”——它們討論了與評估汽車氣流相關的挑戰。作者得出的結論是，考慮到布置的許多變量，以及測量氣流的方式和位置，這個問題并不像建模和仿真那樣適用于現實世界的物理儀器。

我對這種方法沒有意見，因為現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潛在問題：它們嚴重依賴于基礎模型的保真度。在這種情況下，我不知道您需要對這個項目的汽車表面和內部幾何形狀進行多精確的建模。客艙尺寸的微小變化——畢竟，每輛車都有一點不同——會對結果產生很大的影響嗎？您能否對模型簡化對模擬結果的影響進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、占用率以及打開窗戶的數量和位置。

幸運的是，并非所有研究人員都只致力于模型和模擬結果。《暴露科學與實驗流行病學雜志》對汽車每小時換氣量 （ACH） 進行了一項具有啟發性的研究，題為“機動車輛的換氣率和來自二手煙的車內污染物濃度”。在這里，作者使用四種不同的真實汽車在各種條件下進行了測試。這些研究人員在努力中非常認真：他們遠遠超出了基本的氣流傳感器，并增加了一個儀器級監測器來測量一氧化碳 （CO） 濃度，以及一個光學散射監測器來測量可吸入顆粒物濃度。

如果模擬與現實世界之間存在合理的一致性，那么最好的方法是建立一個好的模型然后進行模擬，這是有道理的；在汽車建模與測量氣流的情況下，即使有 10% 的差異，我也會非常滿意。這與我看到電路仿真時的情況相同：很高興看到具有如此明顯的精度和大量數據的性能，但如果接近最終配置的實際原型也經過測試并出現，我總是對這些觀點更有信心到模擬結果的大約 5% 或 10% 以內。

不要被愚弄：有時，感知現實世界參數的問題不是由于應用場景，而是傳感器。仔細考慮您需要什么樣的傳感器布置、多少傳感器、它們的位置、它們對測試本身的影響以及其他相關因素。在許多情況下，如果您有可靠的初始數字，一個好的 3D 模擬可能是更好的選擇，但前提是您可以開發一個可行的模型——這是一個很大的“如果”。

您是否遇到過這樣的情況：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問題？