應用案例

　　光電傳感器應用于激光武器

　　由于光電傳感器對紅外輻射，或可見光，或對二者都特別靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標。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?；蛘撸绻麄鞲衅髡趯б淦黠w向目標，則致盲將使其失去目標。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，同時又很容易遭受激光攻擊，它們已成為低能激光武器的目標。

　　光電傳感器應用于自動抄表系統(tǒng)

　　隨著微電子技術、傳感器技術、計算機技術及現(xiàn)代通訊技術的發(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)生的轉矩驅動而旋轉。采用光電傳感器則可將鋁盤的轉數(shù)轉換成脈沖數(shù)。如：在旋轉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，則當鋁盤旋轉時，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤的轉數(shù)采樣轉換為相應的脈沖數(shù)，并經(jīng)光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進行計數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號進入微機。再結合其它傳輸方式便可以形成自動抄表系統(tǒng)。

　　光電傳感器應用于監(jiān)控煙塵污染

　　光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化，通過把光強度的變化轉換成電信號的變化實現(xiàn)控制功能。由于光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用，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*的可靠性和舒適性，并將運行成本降至低。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)響應范圍寬，諧波測量能力強

　　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)中獲得應用的一個重要參數(shù)，特別是與繼電保護動作時間的配合。傳統(tǒng)電磁式互感器由于存在鐵芯，對高頻信號的響應特性較差，不能正確反映一次側的暫態(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，因此能夠準確反映一次側的暫態(tài)過程。一般可設計到0.1Hz到1MHz，特殊的可設計到200MHz的帶通。光電傳感器的結構可以測量高壓電力線路上的諧波。而電磁感應互感器是難以達到的。

　　2）數(shù)字接口，通信能力強

　　由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號，與通信網(wǎng)絡容易接口，且傳輸過程中沒有測量誤差。同時隨著微機化的保護控制設備的廣泛采用，光電互感器可以直接向二次設備提供數(shù)字量，這樣就能省去原來保護裝置中的變換器和A/D采樣部分，使二次設備得到大大的簡化，推動保護新原理的研究。

　　3）體積小，重量輕、易升級，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行信號的獲取和處理，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。同時光電互感器通過少量光纜與二次設備連接，可使電纜溝和電纜大為減。

　　市場領域

　　光電傳感器的主要應用領域：車載娛樂/導航/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/轉速計)；自動后視鏡亮度控制(通常要求兩個傳感器，一個是前向的，一個是后向的)；自動前大燈和雨水感應控制(，根據(jù)需求進行變化)；后視相機控制(，根據(jù)需求進行變化)。在提供更舒適的顯示質量方面已經(jīng)成為有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應用而言至關重要，因為這些應用要求在所有環(huán)境光條件下都能達到*的背光效果。例如，在白天，用戶需要大的亮度來實現(xiàn)較好的可見度，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(良好的IR衰減)的光傳感器、適當?shù)膭討B(tài)范圍和整體的良好輸出信號調節(jié)可以很容易地自動完成這些應用。終端用戶可以設置幾個閾值水平(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，當鏡子變暗和/或變亮時需要智能的亮度管理，可以通過環(huán)境光傳感器來完成。

　　對于便攜式應用，如果用戶不改變系統(tǒng)設置(通常是亮度控制)，那么一個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。而當條件變化時，如進入建筑物，大多數(shù)用戶都不會去改變設置，因此系統(tǒng)功耗仍然保持很高。但是，通過使用一個光傳感器，系統(tǒng)能夠自動檢測條件變化并調節(jié)設置，以保證顯示器處于較好的亮度，進而降低總功耗。在一般的消費類應用中，這也能夠延長電池壽命。對于筆計本電腦、PAD和數(shù)碼相機，通過采用環(huán)境光傳感器反饋，可以自動進行亮度控制，從而延長了電池壽命。

　　并不是一個新的構想。在數(shù)十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來實現(xiàn)這一構想。所謂新構想，是指對環(huán)境光感應的同時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嚴格要求的同時還可以實現(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。如何保持工作質量標準并滿足AECQ-1000的2級工作要求，這是當今在所有光設計解決方案中所面臨的挑戰(zhàn)。采用一個光傳感器或LED發(fā)射器或接收器時，任何的光學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)境光傳感器的應用都限于車艙內(nèi)，在發(fā)動機艙或戶外環(huán)境中還沒有出現(xiàn)光傳感器應用。事實上，即使出現(xiàn)了這樣的應用，光封裝也不是針對這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設計，因此，在當前的光學封裝技術下，它們很可能還不能夠承受這樣的條件。

　　半導體相似傳感器和封裝開發(fā)的較新進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計者更多地采用光傳感器的原因，其應用范圍涉及消費類電子、工業(yè)應用以及汽車領域。

　　新技術和應用

　　1、用于目標跟蹤和坐標定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器

　　將傳統(tǒng)的象限傳感器與當前迅速發(fā)展的CMOS圖象傳感器相結合，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)設計，在感光單元內(nèi)部由光電信號預處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號轉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。傳感器應用陣列采集光信號，可以直接確定目標光源的坐標位置并實現(xiàn)一步到位的快速調整。傳感器使用標準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，可以實現(xiàn)傳感器的SOC集成和智能化(SmartSensor)設計。廣泛應用于激光的瞄準、制導、跟蹤，搜索裝置，精密測量，如激光微定位、位移監(jiān)控、精密機床的光電控制等領域。是一種用于目標跟蹤和坐標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)?；旌蟼鞲衅骷呻娐?/span>

　　基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應用于激光的跟蹤制導、位移監(jiān)控、精密機床等控制等領域?；诠璧陌雽w磁敏傳感器廣泛應用于測量磁場強度的各種磁場計、讀出磁介質上信息的各類磁頭以及非磁信號的探測器等。

　　3、應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)學傳感器的檢測能力為目標，用高性能光電二極管陣列為光電轉換器件，論證并實現(xiàn)一種可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)分子特異性結合的實驗表明，該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率，使之可檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化，精度和分辨率提升一個數(shù)量級以上。

　　4、光電檢測傳感器陣列在運動物體檢測中的應用

　　一個基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測傳感器陣列，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區(qū)域中所感知對象信息的功能，即檢測和描述感知對象的存在、運動及其運動軌跡等情況。

　　國內(nèi)外光電傳感器的研究現(xiàn)狀

　　由于光電傳感器的應用涉及的領域非常廣泛，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。從初的應用于軍事逐漸發(fā)展到民事，而且與我們的生活息息相關，應該說現(xiàn)代化的生活離不開光電傳感器的參與，如傳真機、復印機、掃描儀、打印機、車庫開門器、液晶顯示器、色度計、分光計、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早、水平較高的國家之一，在軍事和民用領域的應用發(fā)展得十分迅速。在軍事應用方面，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。美國也是早將光電傳感器用于民用領域的國家。如運用光電傳感器監(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菌和病毒等。美國擁有世界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305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)齊全的標準光纖和定制光纖產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品防護等級達到NEMA6P和IP67。日本和西歐各國也高度重視并投入大量經(jīng)費開展光電傳感器的研究與開發(fā)。20世紀90年代，研究開發(fā)出多種具有水平的民用光電傳感器，日本的電器以價格適中質量好而響譽。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間與相差不遠。已有上百個單位在這一領域開展工作，主要是在光電溫度傳感器、壓力計、流量計、液位計、電流計等領域進行了大量的研究，取得了上百項科研成果，有的達到較高水平。

　　但與發(fā)達國家相比，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)品種仍處于實驗研制階段，還無法投入批量生產(chǎn)和工程化應用。

　　發(fā)展方向編輯

　　生產(chǎn)的發(fā)展方向

　?。?）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)品結構全面、協(xié)調、持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品品種要向高技術、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種；

　　（3）生產(chǎn)格局向專業(yè)化發(fā)展。即生產(chǎn)傳感器門類少而精，且專門生產(chǎn)某一應用領域需要的某一類傳感器系列產(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的多樣性和復雜性?？v觀當前光電傳感器工藝線的概況，多數(shù)工藝已實現(xiàn)單機自動化，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*自動化裝備和工業(yè)機器人予以突破；

　?。?）企業(yè)的重點技術改造應加強從依賴引進技術向引進技術的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉移；

　?。?）企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場為主向國內(nèi)與國外兩個市場相結合的化方向跨越發(fā)展；

　?。?）企業(yè)結構將向“大、中、小并舉”、“集團化、專業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展。

　　研究的發(fā)展方向

　　光電傳感及其相關技術的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)的更高要求，使得各領域的自動化程度越來越高，同時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，而且能夠對多種物理量進行同時測量；（2）新型傳感材料、傳感技術等的開發(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)和應用；（4）光電傳感器與其它微技術結合的微光學技術的發(fā)展。

　　前景預測

　　傳感器市場報告顯示，2008年傳感器市場容量為506億美元，預計2010年傳感器市場可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長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)模大，分別占到整個傳感器市場的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年復合年增長率預計會超過25%。

　　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。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，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*的擴大。

　　光電傳感器的智能化發(fā)展

　　智能光電傳感器是當今科技界研究的熱點、尚無統(tǒng)一的、確切的定義。目前國內(nèi)外學者普遍認為，智能光電傳感器是由傳統(tǒng)的光電傳感器和微處理器(或微計算機)相結合而構成的，它充分利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，并能對它的內(nèi)部行為進行調節(jié)。

　　智能光電傳感器的功能有:自補償能力，自校準功能，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。隨著科學技術的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步增強，它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(如傳感器信息融合技術、模糊理論等)，使傳感器具有更的智能具有分析、判斷、自適應、自學習的功能、可以完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復雜任務。