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　　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(jiàn)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(wú)法正常工作。戰(zhàn)場(chǎng)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(wú)法探測(cè)或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測(cè)到的目標(biāo)。或者，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(chǎng)上發(fā)揮的作用越來(lái)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(lái)研制自動(dòng)抄表系統(tǒng)。電能表的鋁盤(pán)受電渦流和磁場(chǎng)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(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤(pán)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(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤(pán)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(guò)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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(méi)有鐵芯飽和的問(wèn)題，因此能夠準(zhǔn)確反映一次側(cè)的暫態(tài)過(guò)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(guò)程中沒(méi)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(lái)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(jiǎn)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(guò)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(chǎng)領(lǐng)域

　　光電傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域：車(chē)載娛樂(lè)/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(lè)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(chē)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(lái)實(shí)現(xiàn)較好的可見(jiàn)度，但是這種亮度在對(duì)于夜間條件而言則是過(guò)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(chē)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(guò)環(huán)境光傳感器來(lái)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(guò)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(lèi)應(yīng)用中，這也能夠延長(zhǎng)電池壽命。對(duì)于筆計(jì)本電腦、PAD和數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)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(zhǎng)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(lái)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(wú)用的紅外線和紫外線光，而且在支持汽車(chē)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(wèn)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(chē)艙內(nèi)，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙或戶外環(huán)境中還沒(méi)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(kāi)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(jiǎn)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(lèi)電子、工業(yè)應(yīng)用以及汽車(chē)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)模混合傳感器集成電路

　　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(chǎng)強(qiáng)度的各種磁場(chǎng)計(jì)、讀出磁介質(zhì)上信息的各類(lèi)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(guò)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(guó)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(kāi)發(fā)在世界上引起了高度重視，各國(guó)更是競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)并引起激烈的競(jìng)爭(zhēng)。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(shuō)現(xiàn)代化的生活離不開(kāi)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(chē)庫(kù)開(kāi)門(mén)器、液晶顯示器、色度計(jì)、分光計(jì)、汽車(chē)和醫(yī)療診斷儀器等等不勝枚舉。

　　美國(guó)是研究光電傳感器起步早、水平較高的國(guó)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(kāi)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(guó)也是早將光電傳感器用于民用領(lǐng)域的國(guó)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(lèi)和食品的細(xì)菌和病毒等。美國(guó)擁有世界健全的光電傳感器產(chǎn)品線，超過(guò)12000種產(chǎn)品包括自含式或放大器分離型，限位開(kāi)關(guān)外型或小型傳感器，精密檢測(cè)或長(zhǎng)距離檢測(cè)傳感器，檢測(cè)距離長(zhǎng)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(guó)也高度重視并投入大量經(jīng)費(fèi)開(kāi)展光電傳感器的研究與開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)90年代，研究開(kāi)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(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)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(kāi)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(guó)家相比，我國(guó)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(wú)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(guó)成為世界傳感器的生產(chǎn)大國(guó)；

　　（2）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(mén)類(lèi)少而精，且專門(mén)生產(chǎn)某一應(yīng)用領(lǐng)域需要的某一類(lèi)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(mén)類(lèi)、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(guò)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；

　　（6）企業(yè)經(jīng)營(yíng)要加快從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為主向國(guó)內(nèi)與國(guó)外兩個(gè)市場(chǎng)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(lèi)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(chǎng)報(bào)告顯示，2008年傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年傳感器市場(chǎng)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(chǎng)增長(zhǎng)快的地區(qū)，而美國(guó)、德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

　　一些傳感器市場(chǎng)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(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規(guī)模大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)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(wú)線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)25%。

　　的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)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(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)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(wú)統(tǒng)一的、確切的定義。目前國(guó)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)。