應(yīng)用案例

　　光電傳感器應(yīng)用于激光武器

　　由于光電傳感器對(duì)紅外輻射,，或可見光，或?qū)Χ叨继貏e靈敏,，因而就更加容易成為激光攻擊的目標(biāo),。此外，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無法正常工作,。戰(zhàn)場上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當(dāng)能量的激光束將傳感器“致盲”,，使其無法探測(cè)或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測(cè)到的目標(biāo)?；蛘?，如果傳感器正在導(dǎo)引武器飛向目標(biāo)，則致盲將使其失去目標(biāo),。綜上所述,，由于傳感器在戰(zhàn)場上發(fā)揮的作用越來越重要,，同時(shí)又很容易遭受激光攻擊，它們已成為低能激光武器的目標(biāo),。

　　光電傳感器應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)

　　隨著微電子技術(shù),、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展,，可以利用光電傳感器來研制自動(dòng)抄表系統(tǒng),。電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。采用光電傳感器則可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù),。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤上局部涂黑,，再配以反射式光電發(fā)射接收對(duì)管，則當(dāng)鋁盤旋轉(zhuǎn)時(shí),，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖,，并可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)，并經(jīng)光電耦合隔離電路,，送至CPU的T0端口進(jìn)行計(jì)數(shù)處理,。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動(dòng)抄表系統(tǒng),。

　　光電傳感器應(yīng)用于監(jiān)控?zé)焿m污染

　　光電傳感器是一種小型電子設(shè)備,，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化，通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)控制功能,。由于光電式傳感器具有非接觸,、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn),，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用,，而我們可以利用光電傳感器的特性來檢測(cè)煙塵的情況，因而光電傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化,。

　　衛(wèi)生級(jí)防沖洗型光電傳感器

　　防沖洗型傳感器,，能夠提供*的可靠性和舒適性，并將運(yùn)行成本降至低,。配合IO-Link接口以及能夠大幅延長使用壽命的proTect+密封理念,，這兩款新型傳感器適用于苛刻的應(yīng)用環(huán)境，堪稱食品和飲料行業(yè)的理想解決方案,。

　　特性

　　1）暫態(tài)響應(yīng)范圍寬,，諧波測(cè)量能力強(qiáng)

　　暫態(tài)特性的優(yōu)劣是判斷一種互感器能否在電力系統(tǒng)中獲得應(yīng)用的一個(gè)重要參數(shù)，特別是與繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的配合,。傳統(tǒng)電磁式互感器由于存在鐵芯,，對(duì)高頻信號(hào)的響應(yīng)特性較差，不能正確反映一次側(cè)的暫態(tài)過程,。而光電互感器傳測(cè)量的頻率范圍主要由電子線路部分決定,，沒有鐵芯飽和的問題,，因此能夠準(zhǔn)確反映一次側(cè)的暫態(tài)過程。一般可設(shè)計(jì)到0.1Hz到1MHz,，特殊的可設(shè)計(jì)到200MHz的帶通,。光電傳感器的結(jié)構(gòu)可以測(cè)量高壓電力線路上的諧波。而電磁感應(yīng)互感器是難以達(dá)到的,。

　　2）數(shù)字接口,，通信能力強(qiáng)

　　由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號(hào)，與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口,，且傳輸過程中沒有測(cè)量誤差,。同時(shí)隨著微機(jī)化的保護(hù)控制設(shè)備的廣泛采用，光電互感器可以直接向二次設(shè)備提供數(shù)字量,，這樣就能省去原來保護(hù)裝置中的變換器和A/D采樣部分,，使二次設(shè)備得到大大的簡化，推動(dòng)保護(hù)新原理的研究,。

　　3）體積小,，重量輕、易升級(jí),，滿足變電站小型化與緊湊型的要求,，由于光電傳感器是靠傳感頭和電子線路進(jìn)行信號(hào)的獲取和處理，體積小,，重量一般在1000kg以下,，便于集成在AIS或GIS中，這樣將大大減少變電站的占地面積,，滿足變電站小型化和緊湊化的要求,。同時(shí)光電互感器通過少量光纜與二次設(shè)備連接，可使電纜溝和電纜大為減,。

　　市場領(lǐng)域

　　光電傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域：車載娛樂/導(dǎo)航/DVD系統(tǒng)背光控制,，以便在所有的環(huán)境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度；后座娛樂用顯示器背光控制,；儀表組背光控制(速度計(jì)/轉(zhuǎn)速計(jì)),；自動(dòng)后視鏡亮度控制(通常要求兩個(gè)傳感器，一個(gè)是前向的,，一個(gè)是后向的)；自動(dòng)前大燈和雨水感應(yīng)控制(,，根據(jù)需求進(jìn)行變化),；后視相機(jī)控制(，根據(jù)需求進(jìn)行變化),。在提供更舒適的顯示質(zhì)量方面已經(jīng)成為有效的解決方案之一,，它具有與人眼相似的特性,，這對(duì)于汽車應(yīng)用而言至關(guān)重要，因?yàn)檫@些應(yīng)用要求在所有環(huán)境光條件下都能達(dá)到*的背光效果,。例如,，在白天，用戶需要大的亮度來實(shí)現(xiàn)較好的可見度,，但是這種亮度在對(duì)于夜間條件而言則是過亮的,，因此帶有良好光譜響應(yīng)(良好的IR衰減)的光傳感器、適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)范圍和整體的良好輸出信號(hào)調(diào)節(jié)可以很容易地自動(dòng)完成這些應(yīng)用,。終端用戶可以設(shè)置幾個(gè)閾值水平(如低,、中、亮光),，或能夠隨意地動(dòng)態(tài)地改變傳感器的背光亮度,。這也適用于汽車后視鏡亮度控制，當(dāng)鏡子變暗和/或變亮?xí)r需要智能的亮度管理,，可以通過環(huán)境光傳感器來完成,。

　　對(duì)于便攜式應(yīng)用，如果用戶不改變系統(tǒng)設(shè)置(通常是亮度控制),，那么一個(gè)顯示器總是消耗同樣多的能量,。在室外等特別亮的區(qū)域，用戶傾向于提高顯示器的亮度,，這就會(huì)增加系統(tǒng)的功耗,。而當(dāng)條件變化時(shí)，如進(jìn)入建筑物,，大多數(shù)用戶都不會(huì)去改變?cè)O(shè)置,，因此系統(tǒng)功耗仍然保持很高。但是,，通過使用一個(gè)光傳感器,，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)條件變化并調(diào)節(jié)設(shè)置，以保證顯示器處于較好的亮度,，進(jìn)而降低總功耗,。在一般的消費(fèi)類應(yīng)用中，這也能夠延長電池壽命,。對(duì)于筆計(jì)本電腦,、PAD和數(shù)碼相機(jī)，通過采用環(huán)境光傳感器反饋,，可以自動(dòng)進(jìn)行亮度控制,，從而延長了電池壽命。

　　并不是一個(gè)新的構(gòu)想,。在數(shù)十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想,。所謂新構(gòu)想,，是指對(duì)環(huán)境光感應(yīng)的同時(shí)還能消減無用的紅外線和紫外線光，而且在支持汽車規(guī)格AECQ-1000嚴(yán)格要求的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)小封裝,，尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級(jí))溫度范圍內(nèi)的操作,，以滿足其余的規(guī)格要求。如何保持工作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并滿足AECQ-1000的2級(jí)工作要求,，這是當(dāng)今在所有光設(shè)計(jì)解決方案中所面臨的挑戰(zhàn),。采用一個(gè)光傳感器或LED發(fā)射器或接收器時(shí)，任何的光學(xué)解決方案都會(huì)面臨著暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現(xiàn)的封裝變色問題(會(huì)變暗或變成淡黃),。同樣值得一提的是,，到目前為止，所有環(huán)境光傳感器的應(yīng)用都限于車艙內(nèi),，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙或戶外環(huán)境中還沒有出現(xiàn)光傳感器應(yīng)用,。事實(shí)上，即使出現(xiàn)了這樣的應(yīng)用,，光封裝也不是針對(duì)這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設(shè)計(jì),，因此，在當(dāng)前的光學(xué)封裝技術(shù)下,，它們很可能還不能夠承受這樣的條件,。

　　半導(dǎo)體相似傳感器和封裝開發(fā)的較新進(jìn)展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝,、低功耗,、高集成和簡單易用性是設(shè)計(jì)者更多地采用光傳感器的原因，其應(yīng)用范圍涉及消費(fèi)類電子,、工業(yè)應(yīng)用以及汽車領(lǐng)域,。

　　新技術(shù)和應(yīng)用

　　1、用于目標(biāo)跟蹤和坐標(biāo)定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器

　　將傳統(tǒng)的象限傳感器與當(dāng)前迅速發(fā)展的CMOS圖象傳感器相結(jié)合,，提出了使用有源傳感陣列感光的256單元光電管陣列四象限CMOS光電傳感器,。

　　該傳感器的感光單元采用了CMOS圖象傳感器中使用的有源像素傳感器(ActivePixelSensor，APS)設(shè)計(jì),，在感光單元內(nèi)部由光電信號(hào)預(yù)處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號(hào)轉(zhuǎn)化為幅度較大的電信號(hào)輸出,，避免了對(duì)微弱信號(hào)的處理，降低了噪聲的影響,。傳感器應(yīng)用陣列采集光信號(hào),，可以直接確定目標(biāo)光源的坐標(biāo)位置并實(shí)現(xiàn)一步到位的快速調(diào)整。傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造,，將傳感陣列與信號(hào)處理電路集成在同一芯片上,，可以實(shí)現(xiàn)傳感器的SOC集成和智能化(SmartSensor)設(shè)計(jì)。廣泛應(yīng)用于激光的瞄準(zhǔn)、制導(dǎo),、跟蹤，搜索裝置,，精密測(cè)量,，如激光微定位、位移監(jiān)控,、精密機(jī)床的光電控制等領(lǐng)域,。是一種用于目標(biāo)跟蹤和坐標(biāo)定位的新型集成陣列四象限CMOS光電傳感器。

　　2,、光敏象限陣列與磁敏線陣列兼容CMOS數(shù)?；旌蟼鞲衅骷呻娐?/span>

　　基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應(yīng)用于激光的跟蹤制導(dǎo)、位移監(jiān)控,、精密機(jī)床等控制等領(lǐng)域,。基于硅的半導(dǎo)體磁敏傳感器廣泛應(yīng)用于測(cè)量磁場強(qiáng)度的各種磁場計(jì),、讀出磁介質(zhì)上信息的各類磁頭以及非磁信號(hào)的探測(cè)器等,。

　　3、應(yīng)用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號(hào)檢測(cè)

　　以提升表面等離子共振生物醫(yī)學(xué)傳感器的檢測(cè)能力為目標(biāo),，用高性能光電二極管陣列為光電轉(zhuǎn)換器件,，論證并實(shí)現(xiàn)一種可抑制噪聲的檢測(cè)方法，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號(hào)的特性,，通過相干消噪結(jié)合小波軟閾值消噪,，使SPR傳感器輸出信噪比從40dB左右提高到52dB以上。用SPR傳感器檢測(cè)人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結(jié)合的實(shí)驗(yàn)表明,，該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率,，使之可檢測(cè)樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級(jí)的微弱變化，精度和分辨率提升一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,。

　　4,、光電檢測(cè)傳感器陣列在運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)中的應(yīng)用

　　一個(gè)基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測(cè)傳感器陣列，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區(qū)域中所感知對(duì)象信息的功能,，即檢測(cè)和描述感知對(duì)象的存在,、運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)軌跡等情況。

　　國內(nèi)外光電傳感器的研究現(xiàn)狀

　　由于光電傳感器的應(yīng)用涉及的領(lǐng)域非常廣泛,，其研究和開發(fā)在世界上引起了高度重視,，各國更是競相研究開發(fā)并引起激烈的競爭。從初的應(yīng)用于軍事逐漸發(fā)展到民事,，而且與我們的生活息息相關(guān),，應(yīng)該說現(xiàn)代化的生活離不開光電傳感器的參與，如傳真機(jī)、復(fù)印機(jī),、掃描儀,、打印機(jī)、車庫開門器,、液晶顯示器,、色度計(jì)、分光計(jì),、汽車和醫(yī)療診斷儀器等等不勝枚舉,。

　　美國是研究光電傳感器起步早、水平較高的國家之一,，在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展得十分迅速,。在軍事應(yīng)用方面，研究和開發(fā)主要包括：水下探測(cè),、航空監(jiān)測(cè),、核輻射檢測(cè)等。美國也是早將光電傳感器用于民用領(lǐng)域的國家,。如運(yùn)用光電傳感器監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的電流,、溫度等重要參數(shù)，檢測(cè)肉類和食品的細(xì)菌和病毒等,。美國擁有世界健全的光電傳感器產(chǎn)品線,，超過12000種產(chǎn)品包括自含式或放大器分離型，限位開關(guān)外型或小型傳感器,，精密檢測(cè)或長距離檢測(cè)傳感器,，檢測(cè)距離長達(dá)305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)齊全的標(biāo)準(zhǔn)光纖和定制光纖產(chǎn)品,。大部分產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)達(dá)到NEMA6P和IP67,。日本和西歐各國也高度重視并投入大量經(jīng)費(fèi)開展光電傳感器的研究與開發(fā)。20世紀(jì)90年代,，研究開發(fā)出多種具有水平的民用光電傳感器,，日本的電器以價(jià)格適中質(zhì)量好而響譽(yù)。西歐各國的大型企業(yè)和也積極參與了光電傳感器的研發(fā)和市場競爭,。我國對(duì)光電傳感器研究的起步時(shí)間與相差不遠(yuǎn),。已有上百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開展工作，主要是在光電溫度傳感器,、壓力計(jì),、流量計(jì)、液位計(jì),、電流計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究,，取得了上百項(xiàng)科研成果,，有的達(dá)到較高水平。

　　但與發(fā)達(dá)國家相比,，我國的研究水平還有不小的差距,，主要表現(xiàn)在商品化和產(chǎn)業(yè)化方面，大多數(shù)品種仍處于實(shí)驗(yàn)研制階段,，還無法投入批量生產(chǎn)和工程化應(yīng)用,。

　　發(fā)展方向編輯

　　生產(chǎn)的發(fā)展方向

　　（1）使光電傳感器從理論研究向生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化模式快速發(fā)展,，走自主創(chuàng)新和合作相結(jié)合的跨越式發(fā)展道路，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國,；

　?。?）光電傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)全面、協(xié)調(diào),、持續(xù)發(fā)展,。產(chǎn)品品種要向高技術(shù)、高附加值傾斜,，尤其要填補(bǔ)“空白”品種,；

　　（3）生產(chǎn)格局向?qū)I(yè)化發(fā)展,。即生產(chǎn)傳感器門類少而精,，且專門生產(chǎn)某一應(yīng)用領(lǐng)域需要的某一類傳感器系列產(chǎn)品，以獲得較高的*,，各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn),；

　　（4）光電傳感器大生產(chǎn)技術(shù)向自動(dòng)化發(fā)展,。光電傳感器的門類,、品種繁多，所用的敏感材料各異,，決定了傳感器制造技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性,。縱觀當(dāng)前光電傳感器工藝線的概況,，多數(shù)工藝已實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化,，但距離生產(chǎn)過程全自動(dòng)化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD,、CAM及*自動(dòng)化裝備和工業(yè)機(jī)器人予以突破,；

　　（5）企業(yè)的重點(diǎn)技術(shù)改造應(yīng)加強(qiáng)從依賴引進(jìn)技術(shù)向引進(jìn)技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉(zhuǎn)移,；

　?。?）企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場為主向國內(nèi)與國外兩個(gè)市場相結(jié)合的化方向跨越發(fā)展；

　　（7）企業(yè)結(jié)構(gòu)將向“大,、中,、小并舉”、“集團(tuán)化,、專業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展,。

　　研究的發(fā)展方向

　　光電傳感及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)的更高要求,，使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高,，同時(shí)光電傳感器的重要性不斷提高。目前,，光電傳感器研究的主要方向是：（1）多用途,。即一種光電傳感器不僅能針對(duì)一種物理量，而且能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量,；（2）新型傳感材料,、傳感技術(shù)等的開發(fā)；（3）在惡劣條件下（高溫,、高壓等）低成本傳感器（連接,、安裝等）的開發(fā)和應(yīng)用；（4）光電傳感器與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)的發(fā)展,。

　　前景預(yù)測(cè)

　　傳感器市場報(bào)告顯示,，2008年傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年傳感器市場可達(dá)600億美元以上,。調(diào)查顯示,，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長快的地區(qū),，而美國,、德國、日本依舊是傳感器市場分布大的地區(qū),。就世界范圍而言,，傳感器市場上增長快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場,，看好通訊市場前景,。

　　一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器,、流量傳感器,、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器,、壓力傳感器,、溫度傳感器的市場規(guī)模大,，分別占到整個(gè)傳感器市場的21%、19%和14%,。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器,、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器,、生物傳感器等新興傳感器,。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)會(huì)超過25%,。

　　的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì),。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高,，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場,，比如無線傳感器、光纖傳感器,、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與*的擴(kuò)大,。

　　光電傳感器的智能化發(fā)展

　　智能光電傳感器是當(dāng)今科技界研究的熱點(diǎn)、尚無統(tǒng)一的,、確切的定義,。目前國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，智能光電傳感器是由傳統(tǒng)的光電傳感器和微處理器(或微計(jì)算機(jī))相結(jié)合而構(gòu)成的,，它充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力,，對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能對(duì)它的內(nèi)部行為進(jìn)行調(diào)節(jié),。

　　智能光電傳感器的功能有:自補(bǔ)償能力,，自校準(zhǔn)功能，自診斷功能,，數(shù)值處理功能,，雙向通信功能，信息存儲(chǔ)和記憶功能,，數(shù)字量輸出功能,。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步增強(qiáng),，它將利用人工神經(jīng)網(wǎng),、人工智能、信息處理技術(shù)(如傳感器信息融合技術(shù),、模糊理論等),，使傳感器具有更的智能具有分析,、判斷、自適應(yīng),、自學(xué)習(xí)的功能,、可以完成圖像識(shí)別、特征檢測(cè),、多維檢測(cè)等復(fù)雜任務(wù),。