【正文】 由于光學技術(shù)的不斷進步，尤其是隨著激光器成本的下降，價格低廉的激光光電傳感器將迅速發(fā)展起來，從而會大大提高光電傳感器的能，并進一步推廣普及光電傳感器的工業(yè)應用。光電傳感器的應用覆蓋廣泛的工業(yè)領(lǐng)域。除此 以外，光學器件和電子器件價格較貴。 6 結(jié)語 光電式檢測可非接觸地探測物體，廣泛用于自動化領(lǐng)域，如管理系統(tǒng)、機械制造、包裝工業(yè)等。 總之，光電技術(shù)目前在國民生產(chǎn)經(jīng)濟中有大規(guī)模的應用且發(fā)展十分迅猛。主要有兩個方面的應用：一是生物體內(nèi)產(chǎn)生光子來檢測生命過程，應用于 生物學研究 食品品質(zhì)檢測 醫(yī)療診斷 環(huán)境監(jiān)測等。 近年來光電技術(shù)在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用的研究十分活躍。目前研究人員在路由中用全光矩陣開關(guān)取代電開關(guān)取得了重大進展。光計算分為專用光計算系統(tǒng)和通用光計算系統(tǒng)，數(shù)值的光學處理分為模擬量處理和數(shù)字量處理。 光計算 光存儲的研究 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)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。 有機聚合物具有加工合成和器件制造容 易，價格成本低 介電常數(shù)較低 易于和半導體器件 光纖集成 響應速度快等優(yōu)點，近年來一直是研究的熱點。硅基光電子正是解決這一關(guān)鍵問題所在，用以 實現(xiàn)在硅片上集成電子器件和光子器件。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。然而隨著信息技術(shù)的進一步發(fā)展，對信息的處理和傳輸速度有了更進一步的提高，特別是近年來移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對移動設(shè)備低功耗有了更高的要求。量子阱超晶格 新材料技術(shù)和能帶理論的發(fā)展進一步推動了光電子學向更高帶寬 更快速度 更大功率的方向發(fā)展，近年來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。光電子學的開始就是以激光器的問世開始的，在光電子學的發(fā)展歷程中，也同時促進了激光器的發(fā)展，兩者相互促進，共同發(fā)展。 5 研究熱點 近年來，光電技術(shù)的研究出現(xiàn)較多的熱點。 智能光電檢測系統(tǒng)優(yōu)點 智能光電檢測系統(tǒng)由于環(huán)境適應能力強，測量范圍廣，測量精確度高，尤其是強化了人工智能系統(tǒng)，可以自動對噪聲、溫度、電壓波動及光源的變化進行修正，加上良好的人機交互界面，大大簡化了操作程序，提高了數(shù)值處理和分析的效率。為了消除光電信號轉(zhuǎn)換中的這種不利影響，應設(shè)計濾波電路，濾除自然光及噪聲的干擾。其不足是當單通道輸入的時候，若輸入為不穩(wěn)定的誤差信號，就會直接影響輸出端，導致電路穩(wěn)定性下降。 (2)信號放大電路 在光電信號轉(zhuǎn)換的過程中，由于輸出電壓信號微弱，需要設(shè)計放大電路予以放大。 (1)光電轉(zhuǎn)換電路 采用光電檢測技術(shù)首先應設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路解決光電轉(zhuǎn)換問題。光電轉(zhuǎn)換的信號經(jīng) A／ D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字信號，進入智能信號處理系統(tǒng)進行處理，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)。其系統(tǒng)框架參見圖 14。 外圍接口包括人機交互接口和總線與網(wǎng)絡(luò)接口，前者是用于外界對嵌入式智能光電檢測系統(tǒng)進行的人機交互，如對數(shù)據(jù)的修改、添加、刪除、維護等；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。 測控電路是對輸入的光電傳感器信號進行相應的處理，其主要功能是對信號進行放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、運算、控制、轉(zhuǎn)換及環(huán)境檢測等。 光電傳感器系統(tǒng)主要由光電檢測元件組成，包括光源、光學通路和光電元件等組成，其功能是實現(xiàn)光學變換和光電轉(zhuǎn)換與傳輸。微處理器通常 由高性能的單片機或嵌入式微處理器組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理參見圖 13。一般智能電子檢測系統(tǒng)由智能信號處理系統(tǒng)、光電傳感系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和接口單元等組成。 光電檢測系統(tǒng)智能化發(fā)展 智能光電檢測的基本原理 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，光電檢測儀器起著關(guān)鍵作用，而要使光電檢測儀器能夠適應惡劣環(huán)境和檢測出光纖光柵波長的微小位移，并將光信號轉(zhuǎn)化為易于處理的電信號，就需要設(shè)計出光電檢測電路。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，光電傳感器的應用不但有利于電力電子設(shè)備的升級與改造，而且客觀促進了社會生產(chǎn)力水平的提高。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) 與計算機技術(shù)的有機合，利用計算機技術(shù)優(yōu)化光電傳感器的編程，促使其對于被測量物體的感應更為靈敏，而且將測量信息精確的轉(zhuǎn)化為相關(guān)的信號進行傳輸。特別是近年來，各種新型光電探測器件的出現(xiàn)，以及電子技術(shù)和微電腦技術(shù)的發(fā)展，使光電檢測系統(tǒng)的內(nèi)容愈加豐富，應用越來越廣，目前已滲透到幾乎所有工業(yè)和科研部門，是當今檢測技術(shù)發(fā)展的主要方向。 所謂光電檢測系統(tǒng)是指對待測光學量或由非光學待測物理量轉(zhuǎn)換成的光學量，通過光電變換和電路處理的方法進行檢測的系統(tǒng)。自 1969年美國貝爾實驗室研制成功第一只光電荷耦合器件 (Charge Coupled Device，簡稱 CCD)以來， CCD 伴隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在國防及民用工業(yè)等部門引起人們的極大關(guān)注，尤其 CCD所具有的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、便于數(shù)字化等一系列優(yōu)點，更使其在檢測方面的應用越來越廣泛。 隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高，高精度、高效率、非接觸在線檢測已成為檢測行業(yè)的發(fā)展方向。光電傳感器非接觸地探測物體，廣泛用于許多自動化領(lǐng)域，如管理系統(tǒng)、機械制造、包裝工業(yè)等。傳感器種類繁多，模式多樣，主要用于切換機器動作，控制生產(chǎn)線運行，為零件或產(chǎn)品計數(shù)，檢驗產(chǎn)品，保護操作人員等等。 4. 光電檢測技術(shù)發(fā)展趨勢 光電傳感器檢測技術(shù) 光電傳感器檢測技術(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)制光實現(xiàn)對物體的檢測，其作用是將接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號。 CPU 直接對CCD轉(zhuǎn)換存儲體尋址，用雙存儲體結(jié)構(gòu)，實時逐場轉(zhuǎn)換存儲 CCD 信號，消除瓶頸效應，提高了CCD的數(shù)據(jù)采集速度。若 CCD配置適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)，則可獲得很高的空間分辨率。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圖像轉(zhuǎn) 換成電信號“圖像”，即將光強的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強成比例的、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“圖像”轉(zhuǎn)送，經(jīng)輸出放大器輸出。 對于光電檢測與糾偏控制系統(tǒng)，其糾偏控制對象具有復雜性和不確定性。直線擬合最常采用的是最小二乘法。一維的樣本數(shù)據(jù)擬合等效 于數(shù)學上的曲線擬合，可選擇的數(shù)學模型有線性模型、非線性模型和樣條函數(shù)。因為在邊緣點，灰度圖像的一階導數(shù)最大，所以該極值點就是邊緣點 。但解調(diào)法也存在著一定的局限性，即隨著檢測范圍的擴大和檢測精度要求的提高，其時鐘頻率將增加到數(shù)十兆赫，這時，提高計數(shù)時鐘頻率來獲得高分辨率，在工程中是有難度的 。解調(diào)法的基本原理是將電脈沖幅度表示的視頻信號恢復成連續(xù)的視頻信號，對此光滑信號以更高的分辨率確定兩邊緣點。 現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點及改進方法 近年來國內(nèi)外 出現(xiàn)的 CCD印刷標志邊緣高 精度檢測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。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國在精密儀器的生產(chǎn)制造和引進外國新技術(shù)、新工藝方面還會有長足的發(fā)展。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。 CCD經(jīng)過 長達 35年的發(fā)展，大致的形狀和運作方式都已經(jīng)定型。它主要應用于夜視 (微光夜視、紅外夜視 )、實時或近實時戰(zhàn)術(shù)偵察 機載預警、導彈自動跟蹤、高速飛行目標的軌跡測量等方面。在軍事上， CCD圖像傳感器 (尤其是非可見光圖像傳感器，如 X射線成像器，電子束成像器。它將促使鋁 4造業(yè)向機器人自動檢測與控制、智能化測量、柔性集成制造系統(tǒng)、無人加工車間方向發(fā)展更進一步。它在三維測量系統(tǒng)的開發(fā)和應用。 CCD作為一種易于與計算機連接的傳感器，在位移檢測、運動速度測量、熱加工溫度場模擬、激光加工研究、光譜分析、無損探傷等方面 都有廣泛的應用前景，尤其是數(shù)字 CCD傳感器的開發(fā)， CCD傳感器與信號采集電路的大規(guī)模集成，新型快速圖蒙處理軟件的開發(fā)，使得 CCD傳感器在工業(yè)檢測與自動控制應用中將發(fā)揮更重要的作用。 CCD應用前景 目前，隨著大規(guī)模微細加工技術(shù)的展，CCD像素高密度集成技術(shù)取得了突破性的進展。高性能的 CCD 器件同其他類型的傳感器相比， CCD傳感器具有很多優(yōu)點： a)獲取的信息量大，精度高 (最高精度可以達到 gn級 )。其原理比較復雜。蹤控制。 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系統(tǒng)抗雜光干擾的能力。這樣來自工件表面的光能落在 CCD 上并使其感光，而坡口內(nèi)的光帶所成的像 bc和 cd落在 CCD的感光部分之外，不能使 CCD對應的位置感光，由此可以提取焊縫坡口位置信息?？烧J為像曲線為一平面曲線abcde。該像也為一空間曲線。 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。激光在工件上產(chǎn)生反射和散射，線陣 CCD器件在垂直方向上只接收散射光。使該光帶形成結(jié)構(gòu)光。激光從激光二級管發(fā)出，經(jīng)柱面 透鏡，在工件表面匯聚成寬度很窄的光帶。傳感器由光發(fā)射和接收兩部分組成。普通 CCD 攝像頭的分辨可以達到 0． 05mm，動態(tài)跟蹤檢測精度可達 0． 06mm，均比采用其他方法檢測精