光電傳感器檢測技術(shù)研究

宋忠華 長春理工大學(xué) 吉林長春 130022

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光電傳感器檢測技術(shù)研究

宋忠華 長春理工大學(xué) 吉林長春 130022

【文章摘要】

在本文中筆者首先介紹了光電傳感檢測技術(shù)，然后分析了光電傳感器的研究情況，以期進(jìn)一步提升光電傳感器檢測技術(shù)的研究水平。

【關(guān)鍵詞】

傳感器；檢測技術(shù)；光電

進(jìn)入新世紀(jì)后，國內(nèi)科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，水平也不斷提升，光電傳感器檢測技術(shù)有很大發(fā)展，筆者在本文中對該技術(shù)研究進(jìn)行深入的分析和闡述。

1　光電檢測技術(shù)

我們又稱光電傳感器為影像傳感器或者圖像傳感器，是借助調(diào)制光進(jìn)行檢測物體，其主要作用是變光信號為模擬信號。光電傳感器主要組成為：發(fā)射器、接收器，在接受器的幫助下對光強(qiáng)變化進(jìn)行檢測，最終實現(xiàn)檢測功能。當(dāng)前，市面上的傳感器種類繁多，存在多種樣式，主要目的為轉(zhuǎn)換機(jī)械動作，對生產(chǎn)線進(jìn)行控制，計算零件或者檢驗產(chǎn)品，保護(hù)操作人員等。光電傳感器控制生產(chǎn)線并直接參與商品的制造。在檢測的過程中，光電傳感器并非直接接觸探測物，在自動化領(lǐng)域中廣泛使用。在探測的過程中使用光電傳感器能夠提升檢測的質(zhì)量和水平，提升檢測的精度。

進(jìn)入新世紀(jì)后，國內(nèi)科學(xué)技術(shù)獲得快速的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動化程度日益提升，未來檢測行業(yè)的發(fā)展方向為精度高、效率高。該技術(shù)的出現(xiàn)讓勞動力進(jìn)一步解放，不僅提高生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的質(zhì)量，更進(jìn)一步降低了成本。從上世紀(jì)貝爾實驗室自主研制成功第一臺電荷耦合器件（Charge CoupledDevice，簡稱CCD）后，CCD隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展迅速提升，在國防、民用等上獲得極大的運(yùn)用，特別是CCD具有的一系列優(yōu)點(diǎn)，深受青睞。未來探測技術(shù)的發(fā)展方向為光電傳感器技術(shù)。

光電檢測系統(tǒng)指的是光學(xué)量由測光學(xué)量或由非光學(xué)待測物理量轉(zhuǎn)換而來，以電路處理和光電轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行檢測的系統(tǒng)。作為非接觸檢測的一種，其具有無損、大距離、高精度等特性，被迅速推廣，特別是自動化行業(yè)中，在線監(jiān)測、安全保護(hù)等方面深受重用。尤其是最近幾年，不斷出現(xiàn)新型光電探測器，在電子技術(shù)以及微的電腦技術(shù)的促使下，光電檢測系統(tǒng)的內(nèi)容被極大的豐富，使用范圍越來越廣，當(dāng)前幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都在使用，是當(dāng)前檢測技術(shù)的主流。

2　光電傳感器研究現(xiàn)狀

2.1CCD及其發(fā)展趨勢

自上世紀(jì)六十年代貝爾實驗室運(yùn)用當(dāng)時發(fā)展前景看好的硅技術(shù)研發(fā)出第一臺CCD后，在成熟的集成電路工藝的促使下，CCD技術(shù)被迅速推廣。作為一種用電荷量便是光良的技術(shù)，其傳輸電荷量方式誒耦合方式，具有一系列優(yōu)點(diǎn)。其基本功能為：貯存、轉(zhuǎn)移電荷，這也就決定了CCD的基本原理是生產(chǎn)、貯存、傳輸以及檢測信號電荷。就其結(jié)構(gòu)而言，CCDA分為兩種，線陣和面陣，前者主要是在生產(chǎn)線上的高靈敏傳感器，后者就是用于圖像的攝取。

由于制造大面積、高分辨率的CCD相對困難，和線陣CCD掃描圖比較畸形且修復(fù)困難相比，用光學(xué)鏡頭制造的面陣圖像更為復(fù)雜，所以在高精度圖像傳感器上，大都傾向于使用線陣CCD，很少使用面陣CCD。以電荷作為信號是CCD的突出特點(diǎn)，其并不以電壓或者電流作為基本參數(shù)，而是以電荷作為基本參數(shù)，這就能夠把新的概念和技術(shù)引入器件的外圍電路以及信號處理上。由于貯存以及轉(zhuǎn)移電荷是該技術(shù)的基本功能，所以，其工作的基本原理為產(chǎn)生、貯存并傳輸信號電荷。在周期脈沖的幫助下，CCD通過貯存和傳輸來對各種功能加以實現(xiàn)。因為CCD還具有光電轉(zhuǎn)換、貯存信息的功能，所以在傳感圖像、處理信號以及信息貯存等領(lǐng)域獲得最大化運(yùn)用。特別在圖像傳感領(lǐng)域等上發(fā)展的速度尤其引人矚目，從提出CCD概念到其商品化進(jìn)行歷時四年。進(jìn)入新世紀(jì)后，在CCD圖像傳感技術(shù)上的研究有很多突破，其在集成度、分辨率等上又有了很大的突破。

線陣CCD器件經(jīng)過一定時間光敏曝光的作用下，電荷信號向寄存器中轉(zhuǎn)移，然后移位寄存器使用一定的方式把其一個一個的輸出，進(jìn)而得到我們需要的光電信息。線陣CCD具有高敏度、寬光譜、大動態(tài)、易操作、方便維護(hù)、價格便宜等優(yōu)勢，迅速應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線中，在非接觸尺寸檢測、控制等精確等技術(shù)領(lǐng)域。

2.2光電位置傳感器

光電位置傳感器（Position SensitiveDetectors，簡稱PSD）作為一種新型的半導(dǎo)體位置探測器，是綜合光、電、機(jī)、算等為一體的產(chǎn)品，其電信號來源于光電強(qiáng)度及敏感面的光電位置、當(dāng)PSD敏感面上有光束照射時，在不同電極上會有不同電壓的出現(xiàn)，也就意味著電流會流過電級，同時電流和電壓會隨著光點(diǎn)位置的變化而出現(xiàn)有規(guī)則性的變化，這種現(xiàn)象又稱為半導(dǎo)體橫向光電效應(yīng)。正是基于上述效應(yīng)，PSD能夠?qū)怆娬丈湓趥鞲衅魃系奈恢眠M(jìn)行連續(xù)性的測量，分辨率較高。光譜具有340-1100nm的響應(yīng)范圍。測量的過程中，和光電的大小無直接關(guān)系，處理電路也更為方便。PSD在速度、距離、角度、壓力等物理量測上有廣泛的運(yùn)用，同時也可以組合其他傳感器一同使用。

PSD的陣列器件有一維和二維之分。一維陣列器的工藝相對簡單，其優(yōu)點(diǎn)為線性度好、噪聲低。如果把二維陣列器在X/Y兩個方向上做好線性位置，其設(shè)計方法和工藝就比較復(fù)雜。和普通傳感器相比，光電傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)為：其一，具有良好的絕緣性，比較安全，無爆炸危險；其二，不存在磁飽和問題；其三，電磁不會干擾其輸入和輸出信號；其四，小體積，高傳輸效率。

3　結(jié)束語

進(jìn)入新世紀(jì)后，國內(nèi)科學(xué)技術(shù)獲得快速發(fā)展，光電傳感檢測技術(shù)的研究也日益深入，由于其在各行各業(yè)中的良好表現(xiàn)，深受各國研究人員的重視，今后，光電傳感器檢測技術(shù)在國防工業(yè)等上的運(yùn)用在不斷提升，因此我們要強(qiáng)化其研究，以不斷提升我國的綜合實力。

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