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光電傳感器
將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件
光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的不同將光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)及光生伏特效應(yīng)。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特性曲線。
產(chǎn)品概述
光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)分為3 類：（1 ）在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。
光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。
光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（可見及紫外鐳射光）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。
工作原理
由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換
成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式，漫反射式，遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射到光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。
光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電
載流子。在外電場的作用下，光電載流子參與導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。
光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三極管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三極管的穿透電流還小；當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，發(fā)射極電流Ie=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。
工作原理
光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。
發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。
結(jié)構(gòu)分析
光電傳感器通常由三部分構(gòu)成，它們分別為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。
發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源，這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形。
接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現(xiàn)在最常見的傳感器。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。
此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置，它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，仍從這根反射線返回。
產(chǎn)品類型
把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。
若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對射分離式光電開關(guān)，簡稱對射式光電開關(guān)。它的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號。
把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號。
⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)
它的檢測頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到信號，輸出一個(gè)開關(guān)信號。
產(chǎn)品分類
安全類型
產(chǎn)品特點(diǎn)
①檢測距離長
如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等）無法遠(yuǎn)距離檢測。
②對檢測物體的限制少
③響應(yīng)時(shí)間短
光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。
④分辨率高
能通過高級設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。
⑤可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測
可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。
⑥可實(shí)現(xiàn)顏色判別
通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。
⑦便于調(diào)整
在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。
產(chǎn)品應(yīng)用
用光電元件作敏感元件的光電傳感器，其種類繁多，用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類：（1 ）把被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測量儀器，可用來測量光的強(qiáng)度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如：測量光強(qiáng)的照度計(jì)，光電高溫計(jì)，光電比色計(jì)和濁度計(jì)，預(yù)防火災(zāi)的光電報(bào)警器，構(gòu)成檢查被加工零件的直徑、長度、橢圓度及表面粗糙度等自動檢測裝置和儀器，其敏感元件均用光電元件。半導(dǎo)體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導(dǎo)航系統(tǒng)等；（2 ）把被測量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。利用光電元件在受光照或無光照射時(shí)" 有" 或"無"電信號輸出的特性制成的各種光電自動裝置。光電元件用作開關(guān)式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器，開關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測量數(shù)字式光電測速儀等。
一、煙塵濁度監(jiān)測儀
防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監(jiān)測、自動顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。
二、條形碼掃描筆
當(dāng)掃描筆頭在條形碼上移動時(shí)，若遇到黑色線條，發(fā)光二極管的光線將被黑線吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗，處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)遇到白色間隔時(shí)，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線，被反射到光敏三極管的基極，光敏三極管產(chǎn)生光電流而導(dǎo)通。整個(gè)條形碼被掃描過之后，光敏三極管將條形碼變形一個(gè)個(gè)電脈沖信號，該信號經(jīng)放大、整形后便形成脈沖列，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，完成對條形碼信息的識別。
三、產(chǎn)品計(jì)數(shù)器
產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行時(shí)，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號。產(chǎn)品每遮光一次，光電傳感器電路便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目，該脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)并由顯示電路顯示出來。
四、光電式煙霧報(bào)警器
沒有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號。沒有輸出，有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發(fā)出報(bào)警。
五、測量轉(zhuǎn)速
在電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，轉(zhuǎn)動時(shí)，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電傳感器相應(yīng)地間斷接收光的反射信號，并輸出間斷的電信號，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號，最后由電子數(shù)字顯示器輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
六、光電池在光電檢測和自動控制方面的應(yīng)用
光電池作為光電探測使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等。
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”，使其無法探測或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測到的目標(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首選目標(biāo)。
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進(jìn)入微機(jī)。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動抄表系統(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煙塵的情況，因而光電傳感器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。
衛(wèi)生級防沖洗型光電傳感器
防沖洗型傳感器，能夠提供極高的可靠性和舒適性，并將運(yùn)行成本降至最低。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。
產(chǎn)品特性
1）暫態(tài)響應(yīng)范圍寬，諧波測量能力強(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)動作時(shí)間的配合。傳統(tǒng)電磁式互感器由于存在鐵芯，對高頻信號的響應(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0.1 Hz到1 MHz，特殊的可設(shè)計(jì)到200 MHz的帶通。光電傳感器的結(jié)構(gòu)可以測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，與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口，且傳輸過程中沒有測量誤差。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，推動保護(hù)新原理的研究。
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)；自動前大燈和雨水感應(yīng)控制(專用，根據(jù)需求進(jìn)行變化)；后視相機(jī)控制(專用，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)成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應(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)到完全的背光效果。例如，在白天，用戶需要最大的亮度來實(shí)現(xiàn)最佳的可見度，但是這種亮度在對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)膭討B(tài)范圍和整體的良好輸出信號調(diào)節(jié)可以很容易地自動完成這些應(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)用戶都不會去改變設(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)能夠自動檢測條件變化并調(diào)節(jié)設(shè)置，以保證顯示器處于最佳的亮度，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。對于移動電話、筆記本電腦、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)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)的最新進(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(Active Pixel Sensor，APS)設(shè)計(jì)，在感光單元內(nèi)部由光電信號預(yù)處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號轉(zhuǎn)化為幅度較大的電信號輸出，避免了對微弱信號的處理，降低了噪聲的影響。傳感器應(yīng)用陣列采集光信號，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(Smart Sensor)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的探測器等。
3、應(yīng)用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號檢測
以提升表面等離子共振生物醫(yī)學(xué)傳感器的檢測能力為目標(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)一種可高效抑制噪聲的檢測方法，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號的特性，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，使之可精確檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化，精度和分辨率提升一個(gè)數(shù)量級以上。
4、光電檢測傳感器陣列在運(yùn)動物體檢測中的應(yīng)用
國內(nèi)外研究現(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。從最初的應(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最早、水平最高的國家之一，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、航空監(jiān)測、核輻射檢測等。美國也是最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)測電力系統(tǒng)的電流、溫度等重要參數(shù)，檢測肉類和食品的細(xì)菌和病毒等。美國擁有世界最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，精密檢測或長距離檢測傳感器，檢測距離長達(dá)305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)最齊全的標(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)出多種具有一流水平的民用光電傳感器，日本的電器以價(jià)格適中質(zhì)量好而享譽(yù)全球。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。我國對光電傳感器研究的起步時(shí)間與國際相差不遠(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)到世界先進(jìn)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。
產(chǎn)品發(fā)展方向
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)一條龍的產(chǎn)業(yè)化模式快速發(fā)展，走自主創(chuàng)新和國際合作相結(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；
（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，以獲得較高的市場占有率，各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn)；
（4）光電傳感器的生產(chǎn)技術(shù)向自動化發(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)自動化，但距離生產(chǎn)過程全自動化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD、CAM及先進(jìn)的自動化裝備和工業(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)合的國際化方向跨越發(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一種物理量，而且能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測量；（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
傳感器市場報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場可達(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最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最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)模最大，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)會超過25%。
全球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。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)與市場份額的擴(kuò)大。
智能化發(fā)展
智能光電傳感器是當(dāng)今國際科技界研究的熱點(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)算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能對它的內(nèi)部行為進(jìn)行調(diào)節(jié)，使采集的數(shù)據(jù)最佳。
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)，使傳感器具有更高級的智能具有分析、判斷、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能、可以完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復(fù)雜任務(wù)。
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