【正文】 CD制造困難，并且光學(xué)鏡頭造成的面陣圖像的畸變修正比線陣 CCD 掃描得到的圖像的畸變修正復(fù)雜很多，因此線陣 C C D 比面陣 CCD 更適合作為高精度圖像傳感器。 CCD 是在周期脈沖的作用下，通過(guò)電荷的存貯和傳輸來(lái)完成它的各種功能的。 線陣 CCD 器件是由陣列光敏元曝光一定時(shí) 間后在相應(yīng)驅(qū)動(dòng)脈沖作用下，信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至移位寄存器，由移位寄存器一位一位地將其輸出，從而得到所需的光電信息。 （ 1） CCD 用于焊接自動(dòng)化焊縫跟蹤 在焊接自動(dòng)化系統(tǒng)中，使焊槍同步跟蹤焊縫是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心問(wèn)題，其難點(diǎn)是電弧位置的精確測(cè)控。傳感器由光發(fā)射和接收兩部分組成。使該光帶形成結(jié)構(gòu)光。 選擇最佳入射角．使得在垂直方向上的散射光最為理想，故確定該值為傳感器發(fā)射與接收光路間的夾角。可認(rèn)為像曲線為一平面曲線abcde。 CCD所能接收到的光也就越少，甚至接收不到光路中的濾光片用以增強(qiáng)系統(tǒng)抗雜光干擾的能力。其原理比較復(fù)雜。 CCD應(yīng)用前景 目前，隨著大規(guī)模微細(xì)加工技術(shù)的展，CCD像素高密度集成技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。它在三維測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。在軍事上， CCD圖像傳感器 (尤其是非可見(jiàn)光圖像傳感器，如 X射線成像器，電子束成像器。 CCD經(jīng)過(guò) 長(zhǎng)達(dá) 35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)在精密儀器的生產(chǎn)制造和引進(jìn)外國(guó)新技術(shù)、新工藝方面還會(huì)有長(zhǎng)足的發(fā)展。解調(diào)法的基本原理是將電脈沖幅度表示的視頻信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的視頻信號(hào)，對(duì)此光滑信號(hào)以更高的分辨率確定兩邊緣點(diǎn)。因?yàn)樵谶吘夵c(diǎn)，灰度圖像的一階導(dǎo)數(shù)最大，所以該極值點(diǎn)就是邊緣點(diǎn) 。直線擬合最常采用的是最小二乘法。固態(tài)圖像傳感器利用光敏單元的光 電轉(zhuǎn)換功能將投射到光敏單元上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)“圖像”，即將光強(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成比例的、大小不等的電荷包空間分布，然后，利用移位寄存器的移位功能將電信號(hào)“圖像”轉(zhuǎn)送，經(jīng)輸出放大器輸出。 CPU 直接對(duì)CCD轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)體尋址，用雙存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)逐場(chǎng)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ) CCD 信號(hào)，消除瓶頸效應(yīng)，提高了CCD的數(shù)據(jù)采集速度。傳感器種類繁多，模式多樣，主要用于切換機(jī)器動(dòng)作，控制生產(chǎn)線運(yùn)行，為零件或產(chǎn)品計(jì)數(shù)，檢驗(yàn)產(chǎn)品，保護(hù)操作人員等等。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，高精度、高效率、非接觸在線檢測(cè)已成為檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展方向。 所謂光電檢測(cè)系統(tǒng)是指對(duì)待測(cè)光學(xué)量或由非光學(xué)待測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成的光學(xué)量，通過(guò)光電變換和電路處理的方法進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)。因此，在光電傳感器的改造與發(fā)展中，必須注重現(xiàn)代電子技術(shù) 與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)化光電傳感器的編程，促使其對(duì)于被測(cè)量物體的感應(yīng)更為靈敏，而且將測(cè)量信息精確的轉(zhuǎn)化為相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行傳輸。 光電檢測(cè)系統(tǒng)智能化發(fā)展 智能光電檢測(cè)的基本原理 在基于光信息采集和光電轉(zhuǎn)換的光纖光柵傳感系統(tǒng)中，光電檢測(cè)儀器起著關(guān)鍵作用，而要使光電檢測(cè)儀器能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境和檢測(cè)出光纖光柵波長(zhǎng)的微小位移，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為易于處理的電信號(hào)，就需要設(shè)計(jì)出光電檢測(cè)電路。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理參見(jiàn)圖 13。 光電傳感器系統(tǒng)主要由光電檢測(cè)元件組成，包括光源、光學(xué)通路和光電元件等組成，其功能是實(shí)現(xiàn)光學(xué)變換和光電轉(zhuǎn)換與傳輸。 外圍接口包括人機(jī)交互接口和總線與網(wǎng)絡(luò)接口，前者是用于外界對(duì)嵌入式智能光電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行的人機(jī)交互，如對(duì)數(shù)據(jù)的修改、添加、刪除、維護(hù)等；后者指設(shè)備之間鏈接和網(wǎng)絡(luò)間的通信，以方便信息傳輸和共享。光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)經(jīng) A／ D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入智能信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，隨后由輸出系統(tǒng)傳送處理后的信息，完成一次信息循環(huán)。 (2)信號(hào)放大電路 在光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，由于輸出電壓信號(hào)微弱，需要設(shè)計(jì)放大電路予以放大。為了消除光電信號(hào)轉(zhuǎn)換中的這種不利影響，應(yīng)設(shè)計(jì)濾波電路，濾除自然光及噪聲的干擾。 5 研究熱點(diǎn) 近年來(lái)，光電技術(shù)的研究出現(xiàn)較多的熱點(diǎn)。量子阱超晶格 新材料技術(shù)和能帶理論的發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了光電子學(xué)向更高帶寬 更快速度 更大功率的方向發(fā)展，近年來(lái)全固化固體激光器以其優(yōu)良的性能正取代泵浦方式的固體激光器，成為固體激光器的主流，目前原子激光器也有了較大程度的發(fā)展。在硅集成電路中引入光子技術(shù)，用光作為信息的載體，可以大大提高信息處理的速度和效率。 有機(jī)聚合物具有加工合成和器件制造容 易，價(jià)格成本低 介電常數(shù)較低 易于和半導(dǎo)體器件 光纖集成 響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)一直是研究的熱點(diǎn)。光計(jì)算分為專用光計(jì)算系統(tǒng)和通用光計(jì)算系統(tǒng)，數(shù)值的光學(xué)處理分為模擬量處理和數(shù)字量處理。 近年來(lái)光電技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用的研究十分活躍。 總之，光電技術(shù)目前在國(guó)民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中有大規(guī)模的應(yīng)用且發(fā)展十分迅猛。除此 以外，光學(xué)器件和電子器件價(jià)格較貴。由于光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是隨著激光器成本的下降，價(jià)格低廉的激光光電傳感器將迅速發(fā)展起來(lái)，從而會(huì)大大提高光電傳感器的能，并進(jìn)一步推廣普及光電傳感器的工業(yè)應(yīng)用。光電傳感器的應(yīng)用覆蓋廣泛的工業(yè)領(lǐng)域。 6 結(jié)語(yǔ) 光電式檢測(cè)可非接觸地探測(cè)物體，廣泛用于自動(dòng)化領(lǐng)域，如管理系統(tǒng)、機(jī)械制造、包裝工業(yè)等。主要有兩個(gè)方面的應(yīng)用：一是生物體內(nèi)產(chǎn)生光子來(lái)檢測(cè)生命過(guò)程，應(yīng)用于 生物學(xué)研究 食品品質(zhì)檢測(cè) 醫(yī)療診斷 環(huán)境監(jiān)測(cè)等。目前研究人員在路由中用全光矩陣開(kāi)關(guān)取代電開(kāi)關(guān)取得了重大進(jìn)展。 光計(jì)算 光存儲(chǔ)的研究 在信息交換技術(shù)一直是光信息技術(shù)發(fā)展的瓶頸，目前光互聯(lián)技術(shù)一直是全光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。硅基光電子正是解決這一關(guān)鍵問(wèn)題所在，用以 實(shí)現(xiàn)在硅片上集成電子器件和光子器件。然而隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)信息的處理和傳輸速度有了更進(jìn)一步的提高，特別是近年來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)移動(dòng)設(shè)備低功耗有了更高的要求。光電子學(xué)的開(kāi)始就是以激光器的問(wèn)世開(kāi)始的，在光電子學(xué)的發(fā)展歷程中，也同時(shí)促進(jìn)了激光器的發(fā)展，兩者相互促進(jìn)，共同發(fā)展。 智能光電檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 智能光電檢測(cè)系統(tǒng)由于環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，測(cè)量范圍廣，測(cè)量精確度高，尤其是強(qiáng)化了人工智能系統(tǒng)，可以自動(dòng)對(duì)噪聲、溫度、電壓波動(dòng)及光源的變化進(jìn)行修正，加上良好的人機(jī)交互界面，大大簡(jiǎn)化了操作程序，提高了數(shù)值處理和分析的效率。其不足是當(dāng)單通道輸入的時(shí)候，若輸入為不穩(wěn)定的誤差信號(hào)，就會(huì)直接影響輸出端，導(dǎo)致電路穩(wěn)定性下降。 (1)光電轉(zhuǎn)換電路 采用光電檢測(cè)技術(shù)首先應(yīng)設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換電路解決光電轉(zhuǎn)換問(wèn)題。其系統(tǒng)框架參見(jiàn)圖 14。 測(cè)控電路是對(duì)輸入的光電傳感器信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，其主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、運(yùn)算、控制、轉(zhuǎn)換及環(huán)境檢測(cè)等。微處理器通常 由高性能的單片機(jī)或嵌入式微處理器組成。一般智能電子檢測(cè)系統(tǒng)由智能信號(hào)處理系統(tǒng)、光電傳感系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和接口單元等組成。綜上所述，在各行業(yè)、各領(lǐng)域中，光電傳感器都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在電力、工業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)及生活領(lǐng)域，光電傳感器的應(yīng)用不但有利于電力電子設(shè)備的升級(jí)與改造，而且客觀促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力水平的提高。特別是近年來(lái)，各種新型光電探測(cè)器件的出現(xiàn)，以及電子技術(shù)和微電腦技術(shù)的發(fā)展，使光電檢測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)容愈加豐富，應(yīng)用越來(lái)越廣，目前已滲透到幾乎所有工業(yè)和科研部門(mén)，是當(dāng)今檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。自 1969年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一只光電荷耦合器件 (Charge Coupled Device，簡(jiǎn)稱 CCD)以來(lái)， CCD 伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，在國(guó)防及民用工業(yè)等部門(mén)引起人們的極大關(guān)注，尤其 CCD所具有的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、便于數(shù)字化等一系列優(yōu)點(diǎn)，更使其在檢測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。光電傳感器非接觸地探測(cè)物體，廣泛用于許多自動(dòng)化領(lǐng)域，如管理系統(tǒng)、機(jī)械制造、包裝工業(yè)等。 4. 光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 光電傳感器檢測(cè)技術(shù) 光電傳感器檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 光電傳感器又稱圖像傳感器或影像傳感器，是利用調(diào)制光實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的檢測(cè)，其作用是將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)。若 CCD配置適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，則可獲得很高的空間分辨率。 對(duì)于光電檢測(cè)與糾偏控制系統(tǒng)，其糾偏控制對(duì)象具有復(fù)雜性和不確定性。一維的樣本數(shù)據(jù)擬合等效 于數(shù)學(xué)上的曲線擬合，可選擇的數(shù)學(xué)模型有線性模型、非線性模型和樣條函數(shù)。但解調(diào)法也存在著一定的局限性，即隨著檢測(cè)范圍的擴(kuò)大和檢測(cè)精度要求的提高，其時(shí)鐘頻率將增加到數(shù)十兆赫，這時(shí)，提高計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率來(lái)獲得高分辨率，在工程中是有難度的 。 現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方法 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外 出現(xiàn)的 CCD印刷標(biāo)志邊緣高 精度檢測(cè)方法具有代表性的有概率論法、解調(diào) 法、插值法和空間擬合函數(shù)法。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為： SONY、 Philips、 Kodak、Matsushita、 Fuji和 Sharp，大半是日本廠商。它主要應(yīng)用于夜視 (微光夜視、紅外夜視 )、實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)戰(zhàn)術(shù)偵察 機(jī)載預(yù)警、導(dǎo)彈自動(dòng)跟蹤、高速飛行目標(biāo)的軌跡測(cè)量等方面。它將促使鋁 4造業(yè)向機(jī)器人自動(dòng)檢測(cè)與控制、智能化測(cè)量、柔性集成制造系統(tǒng)、無(wú)人加工車(chē)間方向發(fā)展更進(jìn)一步。 CCD作為一種易于與計(jì)算機(jī)連接的傳感器，在位移檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量、熱加工溫度場(chǎng)模擬、激光加工研究、光譜分析、無(wú)損探傷等方面 都有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是數(shù)字 CCD傳感器的開(kāi)發(fā)， CCD傳感器與信號(hào)采集電路的大規(guī)模集成，新型快速圖蒙處理軟件的開(kāi)發(fā)，使得 CCD傳感器在工業(yè)檢測(cè)與自動(dòng)控制應(yīng)用中將發(fā)揮更重要的作用。高性能的 CCD 器件同其他類型的傳感器相