光电传感技术范文篇1

关键词:自动封口包装机；光感传感器；使用；维护

随着我国食品安全认证脚步的不断推进，我国食品企业正面临着有一次的机遇与挑战。食品安全认证要求食品生产企业在食品生产以及包装过程中积极应用自动化设备来保障食品生产过程对于质量的控制，减少生产过程的污染，提高食品质量安全。包装作为食品生产过程中的重要环节，其有效的质量控制对于企业的生存与发展有着重要的意义。自动封口包装机是食品生产中的重要设备，其主要依靠光感传感器来实现包装过程的自动化。自动封口包装的应用一方面提高了企业生产能力，另一方面也对企业生产过程的质量控制起到了极大的促进作用。

1.自动封口包装机基础分析

食品企业广泛应用的自动封口包装主要是进行粉剂分装、颗粒分装、块状食品分装等。其一般由物料储存部分、计量组件、光感传感器、裁刀、热封组件等部分组成。其中光感传感器作为整个系统是否同步的关键，其安装、调试、使用与维护对于食品包装的效率以及质量都有重要的影响。食品企业常用的自动封口光感系统主要是光电控制结合的系统，在一个包装袋内自动定位，对准光标，减少人工调节，提高包装材料使用率，同时具有测速功能，数码显示包装速度，并可以在设定数量包装后自动停机。食品用光感包装系统要求光感传感器与制袋系统同步，制袋精度高，误差小。

2.自动封口光电控制系统的设计

自动封口包装设备是通过光感传感器来实现光标定位，然后通过光控系统对包装系统进行同步控制，以此完成自动封口包装。用来实现定位控制的光电技术可提供一种用固定标志点结合线性或旋转运动部件来实现简单可重复运动的方法。它利用了与一对光电管并联工作的一个功率运放的快速响应时间。由此实现的一种元件数量很少的系统，能在明确规定的工作环境下，具有很高的可靠性、准确性以及可重复性。

2.1自动封口光感传感器应用的基本原理

在自动包装过程中,由于商标印刷误差,薄膜变形不一,牵引辊打滑,送纸,拉纸,中封,横封各部分速度的差异,横封切断位置可能偏离规定部位,甚至因误差积累而切到商标图案上。为此,先进的包装机都配有光电跟踪自动控制系统,以控制封切位置使之保持正确,保证每次都在定位标记确定的位置处封接切断,不致于封切到图案上。这就是光感传感器在自动封口控制系统的主要应用。随着食品安全认证的深入，食品企业对于包装设备的要求越来越高，光电控制技术也必须跟上机械发展的要求进行合理的设计与开发。

其基本原理是利用光电系统测定目标的位置，然后根据光电传感器所测位置进行包装袋的步进、封口、切割。该系统主要由发射部分、光电探测器，信号处理电路，a/d转换器和单片机、计算机显示器组成，然后通过热封、切割、包装袋步进系统等共同完成自动包装。

2.2自动封口包装设备光感传感器控制系统的设计

自动封口包装设备的光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括led（发光二极管），ld（激光二极管）等）、光功率自动控制电路等部分组成。，用脉冲发射电路来驱动激光器，为了使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响，确保激光器输出功率稳定，还必须有自动功率控制电路。接收部分主要由四象限光电探测器组成，四象限光电探测器是把4个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，然后通过信号放大，传送至单片机，经过单品机的分析后，将同步信号传送至包装控制的各个组件，完成自动封口包装的全过程。

3.关于光感传感器自动包装机械发展前景展望

随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，各食品生产企业以及自动包装使用企业对于机械的要求也越来越高。要求新机械在自动包装时可以提高生产效率，以满货期和降低工艺流通成本的需要，对一些产品，还要求包装机械和生产机械相衔接。要求设备生产厂家可以在设备出现故障时能够进行远程诊断服务。另外还要求噪声要小、包装过程精度高、废弃物要少。针对这样的情况，自动化包装设计厂家正在根据客户的需求，不断进行创新与设计，通过将更加先进的光感传感器、光电控制技术等的应用来提高自动包装的效率与精准度。

未来食品包装过程中工艺流程自动化程度将会越来越高，几年前，自动化技术还只占包装机械设计的30％，现在已占50％以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。包装机械自动化程度不断提高，一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是因为包装机械需要完成的动作复杂，多采用机械手来完成。光感传感器的发展也为自动包装机的发展提供的更加广阔的空间。新的光感控制系统在完成传统定位的工作职能外，还加强了对材质及厚度的高分辨能力以及对包装上印刷质量缺陷的甄别，在包装过程中，包装材料的厚度、材质变化以及印刷质量问题不易为人眼所辨别，所以在包装机械上常采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨。摄像机现已发展到能自行检查和辨别摄像的图片，并在显示屏上显示。当前机器在加工的转速是不能变的，今后应根据分辨后材料的变化改变转速，控制在最优化状态下工作，并且实现自动清理，自动消毒和自动清洁，自动剔除印刷不合格包材，减少因包材不合格出现的残次品。

结论

光感传感器的应用为自动包装设备开辟了一个全新的发展空间。加上计算机技术的不断应用，未来自动包装设备将是集成了更多计算机技术以及光电控制技术的现代化包装机械。而计算机仿真设计技术的应用，为自动化机械的设计与发展提供了便利的条件，将各种机器元素以数据库存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，计算机即可自动合成为三维模型，并根据生产要求将实际生产数据录入，进行模拟运行。科技的发展在自动包装机械行业得到了充分的体现，也为光电控制提供了良好的发挥平台。由光感传感器作为核心的计算机控制自动化包装机械将成为包装机械发展的主要方向。

参考文献

[1]王宏伟.压力传感器原理及应用[j].检测与控制,2007,6.

[2]乔金珠.锅炉压力自动控制系统浅析[j].自动控制资讯,2008,4.

[3]刘海清.自动控制——压力传感[m].机械工业出版社,2006,12.

光电传感技术范文篇2

关键词:大跨;空间杆系;健康检测

1.引言

随着经济和科学技术的飞速发展以及人们的需求,大跨空间杆系结构在我国得到了广泛的应用和发展。但由于大跨空间杆系结构复杂,跨度大,且所受荷载具有随机性,因此发生损伤和破坏的潜在危险很大。例如,日本阪神剧院屋盖阶梯状柱面网壳,1995年地震作用下支座附件杆件失稳、部分杆件中部以及杆件和节点连接部位被剪断;2000年四月某大型煤棚突然整体倒塌;波兰霍茹夫展厅,2006年因积雪太厚坍塌;更值得指出的是我国在2008年年初的雪灾中有大量的空间杆系结构发生了不同程度的坍塌破坏。可见,对大跨空间杆系结构进行健康监测和安全评估是目前乃至今后的一个重要研究课题。而有效的结构健康监测手段能够实时地诊断结构发生缺陷的位置和程度,使结构能够及时的得到修复和加固,从而确保结构的整体安全性,避免带来重大的事故和经济损失。

2.大跨空间杆系结构健康状况监测技术

2.1非破坏性监测技术

非破坏性监测技术[1]是指不与结构构件表面或内部接触即可实施的监测技术。主要有红外热像监测法、超声监测法、脉冲雷达法和X射线监测法等。他们的主要特点是不与结构或构件相接触、仅需少量人员操作仪器、工作效率高。但这些监测方法的缺点是它们大多都是定性的,难以进行实时、长期的监测,且受外界条件制约较多,特别是对于超大型的空间杆系结构目前难以适用。

2.2结构构件中加入智能材料/器件构成健康监测系统

这种监测方法是将智能材料/器件这种智能材料/器件(如压电材料、光纤光栅传感器、磁制伸缩材料等)黏贴或通过其他方式与空间杆系结构的构件连接融合在一起组成智能的结构健康监测系统。该监测系统的优点是能够大规模、长距离、长时间、实时的对大跨空间杆系结构进行健康监测,是目前应用最广,发展较快,技术也相对成熟的一种结构健康监测技术。

2.2.1加入压电材料传感器的健康监测方法

基于压电材料传感器[2]的大跨空间杆系结构健康监测技术主要包含两个方面:一、压电阻抗技术。空间杆系结构构件发生损伤会引起其交流阻抗产生变化,利用压电材料的机电耦合效应,当给于压电材料施加交流电场时,压电材料与结构构件会产生机械振动,这种机械振动通过逆压电效应在压电材料内产生电响应,这种电响应表现为压电材料的阻抗变化,最后再将监测到的压电材料阻抗与结构在无缺陷时的压电材料阻抗谱作对比,就可以判断出结构的损伤情况。二、压电波监测技术。用压电材料来激发应力波,例如LAMB波和RAYLEIGH波等,通过分析监测信号的差异来识别结构缺陷。在常用的压电材料中,压电陶瓷具有频率响应高、频带宽、线性好、可方便的布设、自身成本低、有良好的机电耦合性以及对温度不敏感等优点,在实际工程中应用较为广泛。

2.2.2加入光纤光栅传感器的健康监测技术

光纤光栅传感器[3-5]是目前结构健康监测的首选传感器,光纤光栅传感器的工作原理是借助某种装置将被测参量的变化转化为作用于光纤光栅上的应变或温度的变化,从而引起光纤光栅布拉格波长的变化,再通过建立并标定光纤光栅的应变或温度响应与被测参量变化关系,就可以由光纤光栅波长的变化来测出被测参量的变化。例如对于空间大跨结构的主体支撑结构钢牛腿,它的受力状态很复杂,通过一般的应变传感器只能测量到构件的表面的应变。在实际工程中,先通过结构有限元的计算,选取关键点,再通过对牛腿关键点表面应变的测量,来为牛腿的检测提供数据。对于大跨空间杆系结构,一般认为构件只存在轴向应力和轴向应变,所以光纤光栅的布设只要尽量能够保证其与杆件轴线方向一致,就能够检测到杆件的应变。

光纤光栅传感器除了具有普通光纤传感器能以高分辨率测量许多物理参数本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等优点外还有一些明显优于其它光纤传感器的地方,其中最重要的就是光纤光栅传感器的传感信号为波长调制,这一传感机制的好处在于:(1)测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响;(2)避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要;(3)能方便的使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布喇格光栅进行准分布式测量。具有这些优点的光纤光栅传感器非常适合大型结构的多种参数的长期健康监测。例如2008北京奥运会修建的国家体育场“鸟巢”就是采用光栅光纤传感器构成的智能健康监测系统。目前,光栅光纤传感器已经在很多领域得到了应用,并且许多方面的性能都比传统的机电类传感器更稳定,更可靠,更准确。

3.结语

大跨空间杆系结构的健康监测技术是多学科理论、方法和技术相互结合交叉的一个新兴研究领域,涉及到土木工程、现代数学、现代力学、信息技术与计算机科学等众多学科的知识,在应用上又与其他许多领域的工程技术密切相关。目前,随着科技的发展,高性能的传感器与先进的传感技术不断出现,满足了各类工程结构的健康监测的需求,但在结构健康监测信号的降噪处理与损伤识别技术上近年来一直没有较大进步和突破,特别是对“结构可使用的寿命”这一问题至今也没有一个完善的求解方案。这还需要长时间的实验和现实工程数据研究以填补这一空白。

参考文献:

[1]D.M.McCannandM.C.Forde.ReviewofNDTmethodsintheassessmentofconcreteandmasonrystructures,NDT&EInternational,34(2):71-84(2001).

[2]F.Sun,Z.Chaudhry,C.LiangandC.A.Rogers.TrussstructureintegrityidentificationusingPZTsensor-actuator.JofIntelligentMaterialSystemsandStructures,16(2):134-139(1995).

[3]张家坤,弓俊青等.光纤光栅传感技术在土木工程结构监测中的应用.北方交通大学学报.2003.5

光电传感技术范文1篇3

在信息社会，人类所利用的信息种类繁多，如语言、音乐信息、图像信息、指令信息、控制信息、显示信息等等。在这些五花八门的信息中，图像信息是信息量最大的一种，尤其是在数字化以后，即使采用高比例的压缩技术，图像信息的数据量仍然十分庞大。因而要想充分利用图像信息，人们必须在相关信息的获取（传感）、存储、传输、处理、重放、显示以及人对信息的感觉等诸多领域进行研究开发，以期达到预期的实用效果。在数字技术中，与图像信息相比，其它信息，如语言、音乐、指令、控制、显示等等所有信息的总和也不到图像信息的几分之一。因而在按照某种规格编排成的数据包中，只要能放进必需的图像信息，其它信息当然不在话下。因此在数字化时代，IT技术的研究核心就是图像信息技术。而这里所说的图像媒体通常包括存储媒体（磁带、ID卡、光盘、硬盘等）、传输媒体（有线、无线、光传输）、变换媒体（传感、显示、重放等）。

为了适应数字化时代信息市场的需求，近年来世界各大公司的研发机构，在图像信息的传感、显示、重放、传输、编码、处理以及输入输出等方面进行了大量工作，现借《电子世界》一方宝地分期向广大读者介绍各方面的最新进展。

信息传感技术

近年来信息传感技术的发展成果显著。传感器和摄像机等就是典型的代表。

本文就最近二年间信息传感技术的研发动向，依次介绍CCD、CMOS传感器、摄像机、不可见光摄像技术、与传感有关的技术、线性传感技术等。

1.CCD摄像元件

在CCD摄像元件中，静止图像用的CCD摄像元件从300万像素向着400万、600万像素等多像素方向发展，现在500万、600万像素的CCD摄像元件已经商品化了。静止图像用的CCD摄像元件的像素传感，与CCD摄像元件的技术革新一起，也向着小型化方向发展，正在开发像素为3.125μm见方的小型化产品。图像尺寸（对角线长）与增加像素数的同时，有逐渐大型化的趋势。但是，这种图像尺寸的大型化只是暂时的，由于最尖端的图像技术的反馈特征，往往又回到多像素化以前的图像尺寸。

与静止图像用的CCD摄像元件对应的活动图像摄像元件也正在开发。例如，在1/1.7型330万像素蜂窝状CCD摄像元件中，为了使其能适应相当于30fpsVGA的活动图像读出，在VCCD和HCCD之间配置了行存储器，并将VCCD改进为13电极，HCCD改进为8相驱动。因为将HCCD做成8个电极，故实现了300万像素FT-CCD的水平方向同色相加。

最近，不仅是小型摄像机，就连APS（高级照相系统）和35mm胶片的单反相机也配置了CCD摄像元件。为了用CCD摄像元件置换单反相机的胶片，在提高CCD摄像元件像素数的同时，还必须解决与胶片相机相比，CCD元件动态范围小的问题。作为一个例子，可以举出APS尺寸600万像素的CCD摄像元件。这种CCD摄像元件，因为影像就是APS大小，即使增加到600万像素，像素尺寸也可以大到7.8μm见方。另外，动态范围等基本特性也可以提高。

关于活动图像用的CCD摄像元件，过去其技术开发主要是以缩小影像尺寸为目标，但是，最近像素数已经增加到100万像素量级。同静止图像的融合也有进展。例如，装有总像素数155万的CCD摄像元件，可进行97万有效像素的摄像（活动图像），同时又能进行139万有效像素静像摄影的DV摄像机已经商品化了。

监控摄像机必须要有更高的灵敏度和更宽的动态范围。与此相对应，为了提高黑白条件下的灵敏度，必须提高光敏器件在纵深方向的厚度，所谓EXview构造的CCD摄像元件和由于在信号处理上采取措施而扩大了动态范围的Hyper-D方式的监控摄像机已经商品化。另外，将Hyper-D方式应用于民用单板彩色摄像机的场合，图像质量也得到了改进。

最近，带有摄像功能的手机等携带式机器的新市场已建立起来。因携带式机器必须使用低耗电的小型电池，故大多采用CMOS传感器。但是，目前CMOS传感器在灵敏度和S/N方面还不及CCD摄像元件。因此，应当研究如何将比CMOS传感器画质高的CCD用于携带式机器。为了在没有机械快门功能的携带式摄像机和PC摄像机上装入CCD摄像元件，必须要用小型的顺序扫描式CCD摄像元件。因此，开发了1/6型VGA格式顺序扫描式CCD摄像元件。并且为了小型化而采用了薄片级芯片尺寸封装（WL-CSP）。

此外，为了提高帧速率，还开发了多通道并行读出等技术。而且，为了达到更高帧速率，还开发了像素周围记录技术，即对每个像素装入多个存储器，所有像素并行同时记录图像信号。

2.CMOS传感器

最近CMOS图像传感器的性能显著提高，已在广泛领域进行实用化推广。使CMOS传感器的性能得以提高的重要技术，就是埋入型光电二极管的开发，这是日本各制造厂的中心课题，采用这种技术的单反相机用325万像素的元件也正在开发。在一般的3晶体管像素电路中，为了降低噪声，在像素部分的复位动作中采用有源反馈的方法，并提出了降低复位噪声方法的建议。将这种方法应用于4M像素的CMOS图像传感器，就得到了25电子以下的随机噪声水平。另外，在CMOS传感器中为了降低读出噪声，正在研究利用高增益阵列放大器（columnamp）的方法。还开发了一种引人注目的方法，即不用滤色器，而在一个像素中，对应RGB3个波长，用具有最大灵敏度的光电二极管竖向叠置结构形成的CMOS图像传感器，从而使解像度提高。

还开发了有效利用CMOS特征的耗电极小的图像传感器。像素数为176×144，工作电压为单电源1.5V550μW，可以30fps的速率摄像。实现了仅有电源、GND和串行输出3脚的接口。

高速图像传感器的性能也因CMOS化而大大提高。在像素数为4M（2352×1728），能以240fps速率摄像的CMOS图像传感器中，内装的10bit的阵列并行A/D变换器的数据率达到9Gbps。以10bit×16针并行输出。作为最高速的产品，开发了最大1024×1024像素、1000fps、可以分段读出、在512×512像素时能以3800fps速率高速摄像的CMOS图像传感器。作为内装A/D变换器的高速图像传感器，1280×1024像素、500fps的CMOS已经有产品出售。其它的，768×1024像素、1000fps、将像素错开的产品中，有等效解像度相当于1536×1024像素的高速CMOS图像传感器等。

增加像素数的开发工作进展显著。在3.25M像素、适应APS-C（AdvancedPhotoSystem-Classic：高级照片系统－典型）的CMOS图像传感器中，采用在像素处埋入光电二极管的办法，可以将60℃时的无光照电流抑制到40pA/cm2，实现270μVrms的随机噪声。电源电压用5V单电源，耗电250mW，这与相同像素数的APS-C用CCD图像传感器相比，仅约相当于其耗电的1/5。在采用CMOS的HDTV用（1936×1086像素）图像传感器中，适应于2/3英寸光学系统，可以进行30Hz的逐行读出和60Hz的隔行读出。内装0～24dB的可编程增益放大器和12bit的A/D变换器。在多像素竞争的意义上，作为像素数最多的CMOS图像传感器，开发了6.6M像素（3170×2120像素）的产品。以检查印刷板为目的，像素间距也大到11.4μm见方，整体大小也达到24×36mm2。

近来发表了集中了多种功能优点的CMOS哭件，有将A/D变换器置于像素内，并能以10000fps以上的速率高速摄像的CMOS图像传感器。在采用0，18um先进工艺的产品中，已经可以将备有8bitA/D变换器功能的37只晶体管的像素电路放入9.4μm见方的硅片中，图像格式为CIF（352×288）。还试制了在像素内每4帧的模拟存储器具有1bit的A/D变换器，装入基于光切断法的狭缝光位置检出功能的CMOS图像传感器。用狭缝光的30Hz扫描速度可以实时生成192×124像素的距离图像。还开发了将存储器分离，提高解像度的产品。作为按照立体电视需要进行距离图像测量用的CMOS图像传感器，正在开发在一个芯片上具有2只眼的传感器。设想主要用于印刷板上的元件组装检查。

3.摄像机

（1）高清晰度摄像机2000年12月，日本开始了BS（广播卫星）数字广播，高清晰度摄像机在广播领域开始广泛应用。在广播领域，出现了灵敏度较原来提高近1倍的VTR一体型高清晰度摄像机。以前，高清晰度摄像机的灵敏度为2000lx.F8，由于利用层内透镜提高了像素的聚焦度，以及利用数字处理技术提高了增益，现在达到了和SDTV摄像机同等的灵敏度2000lx.F10。另外，为使宇航员能从航天飞机上用高清晰度摄像机拍摄地球，进行了耐放射线CCD的开发研究。正在开发的有为了弄清发生“白色缺陷”的原因和用信号处理方法消去缺陷的装置。

以更高清晰度为目标的产品，采用800万像素（有效像素数：4046×2048）的CCD的3板式摄像实验装置也正在开发中。这种CCD被分割成16个区域，各个区域并行处理信号。这时利用无信号期间的黑基准和取决于参考光的白基准，对各区域间的增益和失调（偏差）成分进行补偿。

（2）其它摄像机为了创造出以前没有的新的影像，人们正在开发可以获得各种影像信息的各种摄像机。正在试制可同时检出2维图像信息和到被摄物的距离信息，图像获取部分和距离检出部分做成一体的摄像机。还有无须进行复杂的像素运算和光扫描而能同时得到图像及深度信息的摄像机。还了将这样的功能扩展到3维，在CMOS传感器上装有距离检出功能的单片3维视觉传感器。另外，还报告了利用内装存储器型斜行直线CCD能将时间分辨率大大提高的超高速摄像机（100万幅/秒）；为了提高色重现性的多分光摄像机（multy-spectralcamera）;在从紫外光到可见光范围内可得到非常狭窄波段光信息的超级分光摄像机（Hyper-spectralcamera）；以及使大口径的LL和CCD组合，可实现为通常CCD摄像机3000倍灵敏度的超高灵敏度HDTV摄像机等。

另一方面，适应IT时代，为网络摄像机（networkcamera）和手机用的CCD摄像机组件等，作为信息终端的传感器、摄像机的开发也很活跃。

（3）摄像管及其摄像机除了占主流地位的用CCD和CMOS传感器的摄像机外，在要求在低照度下摄影的领域，超高灵敏度摄像管以及采用这种摄像管的摄像机也很活跃。在利用雪崩倍增现象的超高灵敏度新Super-HARP（超级-高增益雪崩型非晶态光电导靶）摄像管中，展示了耐热性优良的新Super-HARP膜结构，以及在强烈的辉光入射时防止膜发生缺陷的工作条件。由此，可以将光电生成的电荷倍增到200倍的超高灵敏度新Super-HARP管，以及适用此种管子的高清晰度新Super-HARP轻便摄像机（65lx.F8）就实用化了。这种摄像机不仅作广播用，还用于医学领域，在用这种摄像机的眼科手术中，可以减轻患者视网膜的负担，一般认为，只用相当于通常光的20%～30%的照明就能进行手术。另外在用于X射线微血管造影系统时，对于早期发现恶性肿瘤和循环系统障碍是有效的。这样，HARP摄像管作为可同时实现超高灵敏度和高画质的摄像器件，起着重要的作用。

以减小体积减轻重量为目标，在HARP膜上组合进电场放电阴极阵列的冷阴极HARP摄像板的研究正在进行。已试制了厚约10mm的像素数128×96的小型摄像板，摄像实验初步证实可得到稳定的图像。

4.不可见光摄像技术

（1）红外线摄像红外线摄像元件有以辐射热计为代表的热式和QWIP、InSb、MCT等量子式，两种型式都向着改良的方向开展研究。因为热式能在常温下工作，不需要大规模的冷却设备，故可以实现小型、廉价的10μm波段的摄像机。作为辐射热计的材料，在建议的VOx中，达到了0.1K以下的NETD（等效噪声温度差），后来，这种热式产品特别引人注目。当初辐射热计的像素大小为50μm，不过，在以高解像度为目标的640×512像素的摄像元件中已经减小到25μm见方。

以廉价为目标，探索比VOx制造工艺更简单的辐射热计的材料也在进行中。以非晶态硅（α-Si）为辐射热计材料的320×240像素的摄像元件和以YBaCuO为材料的320×240像素的摄像元件都正在开发中。而且，作为辐射热计以外的新的尝试，还有双金属型266×194像素的摄像元件。在量子型摄像元件中，以前的MCT和InSb研究仍在进行。以降低价格为目的，直接将PbTe用异质衬底外延生长法在〈111〉面方向的硅片上生长成的96×128像素的摄像元件也已制成。在QWIP的研究中，10～16μm和宽带的640×512像素的摄像元件正在开发。

从应用方面看，正在开发用红外线读取单色条码的系统。热电堆型传感器也在开发中，应用于汽车后视镜死角内行人警告系统。

（2）X射线摄像X射线检出图像的方法原来广泛采用成像板，不过因为这种方法用胶片，故也受到制约。因此，正在研究利用CCD等摄像元件的X射线检出技术。其中，有将X射线直接照射到CCD上的直接变换方式，和利用图像倍增器和荧光膜等将X射线变换成可见光的间接变换方式。

在直接变换方式中，α-Se的研究开发原来就很活跃。在需要较大面积的医疗用途方面，有利用α-Si检出X射线的研究、还有利用CdTe单晶的核辐射线检出器的研究，以用于计量γ射线。

在间接变换方式中，图像的数字化正在取代胶片。正在研究的有：测量由X射线范围的偏振现象引起的对比像的X射线偏振显微镜；各放大倍数在10～200倍范围内连续可变、光电面的分辨率为0.5μm的X射线电子显微镜。

在X射线的应用方面，利用大型辐射光设备SPring-8的辐射光的研究也在进行，例如，利用8和11μm的X射线观察微血管肿瘤。

5.与传感相关的技术

（1）材料、装置在材料和装置方面，具有可实现高灵敏度、高画质的倍增功能的材料，以非晶态硒（α-Se）为主要材料的HARP靶的改良正在积极进行中。而且，为了实现高画质，作为下一代摄像器件的研究，提出了α-Si系的PIN光电二极管等。另外，除倍增功能外还作为具有波长选择功能的光电变换膜，已经了的有硅（Si）纳米晶体膜等。在硅纳米晶体膜中，可以根据硅晶体颗粒的结晶大小改变受光波长，而且，因为是单晶体，故可期待硅晶体具有的电荷倍增效果。还有，作为红外线传感器，将以电场方式从PZT薄膜材料发射出的电子形成图像的研究也正在进行中。

（2）光学系统、摄像机在光学系统中，与数字摄像机普及的同时，正在开发考虑摄像元件性能的透镜系统。从摄像机的光学功能方面，高画质而且补偿范围出色的光学手振补偿技术的开发也在进行。就透镜本身的高性能化而言，在可见光波长区域实现透镜衍射率均一化的叠层型衍射光学元件的研究工作也在进行中。

从摄像机方面看，除了CCD的高解像度外，更高画质的研究也在热火朝天地进行。特别热衷于研究增大摄像机的动态范围和提高解像度，通过传感器和信号处理的组合来提高画质。

为了实现摄像机的宽动态范围，有将长时间曝光和短时间曝光的光电二极管信号用图像处理方法合成的Hyper-D方式，和将长时间曝光和短时间曝光信号并用的方式，据此开发出也可适用于移动物体的摄像方式。另外，还有在保存照明光局部对比度的条件下压缩动态范围的方法等。

6.与线性传感器有关的技术

利用以彩色扫描仪为代表的线性传感器的图像读取装置，正在向着降低价格、提高解像度和多功能方面发展，正在从办公室普及到个人用途。与此同时，线性传感器的开发也很活跃。

在彩色扫描仪中，最高解像度在近二年间从1200dpi（每英寸点）提高到2400dpi。在2400dpi场合，也同原来一样，用备有3列像素（装有RGB滤波器）的CCD线性传感器，图像缩小成像在传感器上。在2400dpi时，因为各种颜色的像素数增加到1200dpi的2倍，像素排列呈锯齿状，抑制了传感器长度的增大。

紧贴图像在传感器上等倍成像的紧贴型传感器，因为能使读取装置小型化，而被一部分机种所采用。在紧贴型传感器中，在进行提高解像度的工作，这二年间，最高解像度从600dpi提高到1200dpi。传感器中，将8个CCD传感器成直线状排列构成。

在复印机方面，这二年来，数字化也迅速普及，A3原稿600dpi（7500像素）为主流，主要使用黑白或3排的彩色CCD线性传感器。它比扫描仪更要求高速化，以1色20MHz的数据率驱动。作为高速用，已了1通道40MHz、4通道160MHz的传感器。

最近市场的特征是，同时具有扫描仪、传真机、打印机多种功能的所谓“复合机”（MFP：MultifunctionPeripheral，多功能外设）正以小规模办公等为中心迅速普及。解像度以600dpi为中心，传感器采用和扫描仪同样的CCD传感器或紧贴型传感器，但速度比扫描用的要高（约10MHz）。在“复合机”或复印机中，也有一部分要求具有同时读取彩色和黑白的功能，因而也有彩色传感器和黑白传感器作成一体的CCD线性传感器。

作为携带信息机器用的传感器，有条码读出器用小型紧贴式传感器组件。但尚未达到普及，今后的市场动向值得关注。

在扫描仪方面，提高解像度的潮流已持续很久（大约到4800dpi左右），与此对应，有必要开发增多像素的技术。读取装置已渐渐不再是扫描仪和复印机发展的障碍，适应复合化的功能大概会成为传感器的研究课题。请继续关注携带信息机器用的小型传感器的开发动向。

7.结束语

以上介绍了从实用化期间的最新技术到面向下一代的基板技术，由此可见有关信息传感技术的研发状况。

光电传感技术范文篇4

关键词:光纤技术;固定通信;战略通信

中图分类号:TN91文献标识码:A文章编号:1007-9599(2010)06-0000-01

ApplicationofOpticalFiberCommunicationConcerningMilitary

ZhaoYunquan

(5045Troops,Harbin150000,China)

Abstract:Intheearly1960s,opticalfibertechnologyintoresearchscope,opticalfibercommunicationineacharea,thisarticlefromtheextensiveapplicationinopticalfibertechnologyinmilitaryapplicationanalysis,frommilitarycommunications,militarysystemareanalyzedindetailonopticalfibercommunicationtechnologyinthearmy,navyandairforceonthecharacteristicsoftheapplication.

Keywords:Pticalfibertechnology;Fixedcommunication;Trategiccommunications

目前光纤技术的军事应用已不断扩大,超出了它最初在话音和低码速通信的应用范围,正在进入传感器、武器平台和各种高码速应用途径。光纤技术和集成电路技术相结合,为新一代智能化武器系统奠定了基础。采用光纤技术的这种

新一代武器,将覆盖从战场单兵系统到以太空为基础的反洲际弹道防御系统的整个战争体系,从而给军事战略、战术系统带来了深刻的变革。

一、光纤技术在海军中的应用

(一)光纤舰载应用

现在舰船在有限的空间中装备有大量的通信、雷达、导航、传感器和武器装备控制系统等电子装备,因此在舰船内使用了大量信号传输电缆和电力电缆,这些电缆体积大而笨重,在有限的空间内不能按线各自的安装敷设要求进行敷设,电缆成捆地敷设在舱内,电子设备与电气设备间的电磁干扰以及电缆的电泄露造成了舱内严重的电磁干扰环境。而光纤可抗电磁干扰和无电磁辐射是舱载应用考虑的一个重要的因素。海军舰载应用的另一个重要因素是光纤的重量轻、尺寸小,对于一般大型舰船来说,电缆重量就大约为85t,占舰船总重的1%,用光纤代替,重量可至少减轻75%,因此,可大大节省燃料费用。航空母舰是海军光纤应用的主要用户,美国海军航空母舰上都装有AN2SPS248远程预警雷达――一种先进的多波束三维警戒雷达,大量的信号(约300个)在雷达设备和作战情报中心传送,仅信号电缆重量就达7t多,电缆和安装费用高达100万美元,而用光缆代替重量只有7kg,费用3万美元。另外在AEGIC巡洋舰上安装光缆与电缆相比重量可以减少90%,费用可以减少78%。

(二)潜艇应用

光纤的潜艇应用主要包括光纤声纳线路、拖曳浮标线路等高级作战系统。光纤水声器以其高灵敏度,平坦的频响而成为新一代的声纳,如配以光纤磁场、光纤辐射、光纤温度传感头,还可以测量并发现潜艇存在的辐射、振动磁场、热源,从而侦查到潜艇的行踪。

二、光纤技术在陆军中的应用

(一)光纤制导

用光纤来取代金属线制导将成为推动有线制导武器进一步发展的唯一技术,还可以用于未来的外层空间卫星武器的有线制导。如光纤制导导弹(FOGM),它是一种非直视武器,可以从一个隐蔽的位置发射,先垂直习行到200m左右的高度,然后点火转向,进行自动搜寻,由导弹鼻锥部中的红外传感器来的图像将显示在指令和发射装置上,射手在监视中看到目标时使导弹自动瞄准或对

其制导。除光纤制导导弹外还有光纤制导鱼雷,光纤制导车辆和光纤制导的飞行器,水中光纤制导的排雷器,光纤制导的机器人等等。

(二)陆军的光纤通信应用

总的来说,传统的指挥、控制、通信和情报系统都用光纤代替铜线作为媒质,从而提高系统的性能。具体来说,陆军的光纤通信应用大体可分为3种类型:固定通信、战术通信和战略通信。固定通信包括具有一定程度永久性的基地或建筑物的通信。这种通信主要是利用光纤通信的优点。战术通信包括战场通信中心,用飞机敷设的战场线路,吉普车装载的光缆系统,空中交通管理系统,战术武器系统等。战略通信的特点:既是永久性的,又容易机动和展开,介入战术应用与固定通信之间。其应用场合包括武器系统的互连,导弹发射场综合设施通信,抗核袭击通信和空中交通管理等。

(三)光纤在地下核实验的应用

光纤在核环境中具有2大优点:第1是不受电磁脉冲的影响,第2是光纤在暴露于强辐射武器爆炸后几秒内就能恢复。因此美国军方将光纤技术用到了地下核实验中。

(四)光纤在夜视装置中的应用

夜视,特别是军事夜视,正在成为光纤的重要应用领域。1987年前的5年中已研制出12min夜视装置,而且正被陆军大量应用。这主要是夜间护目镜,坦克观察系统、坦克潜望系统、远距离观察管和步枪瞄准具。新式夜视装置加进了光纤元件来增强图像。

三、光纤技术在空军中的应用

(一)光纤数据总线

光纤数据总线是由连结到光纤数据传输线上的若干终端构成的。每一终端可通过数据总线获取信息,也可以借助总线向其它任何终端或中央控制装置传输信息。光纤数据总线的用途极广,适用于分布式处理系统、机载电子设备、战术指挥、控制、通信系统等。光纤数据总线在飞机上的连接方式有星型、T型和混合型等,这跟光纤局部区域网的结构差不多,T型总线的每一终端有一个耦合器,总线两端间的损耗与耦合器的数量呈指数关系曲线增加,因此插入损耗较大,信号动态范围也大,目前一般较少使用。星型总线能较好地满足应用的技术要求,但容易损坏,而且所要的光缆长度明显增加,混合型总线兼具有前两者优点,符合降低系统复杂性的要求,因此应用非常广泛。

(二)战术空中控制系统

美国空军战术空中控制系统,是由分布在整个战区的许多指挥和控制中心构成的一种机动战术系统。该系统包括2个中心,即空中支援作战中心和控制通信中心。空中支援作战中心的连线原来CX24566型26对扭绞电缆现已采用光缆替代,两者相比,充分体现了光纤的优点:

1.改善了通信系统的性能,避免了使用电缆时存在的串音、接地回路、电磁干扰、电磁脉冲和射频干扰等影响;

2.提高了机动性,原来作战支援中心与对流层散射通信之间的电缆重40kg,两者重量比为13:1;

3.增加了指挥部与前线的通信距离,采用电缆时最大传输距离限于3.5km,而采用光缆时无中继距离增大到5km以上,最大传输距离则可达40km。

四、机载传感技术

国外海陆空三军都非常重视传感器系统的研究与开发,而空军投入的最大部分是光纤陀螺。它与传统的陀螺相比,没有可动部件,启动时间短,动态范围大,结构简单,潜在成本低。美军飞行控制系统就采用了位移、旋转、电机伺服控制等光纤传感器,并已在UH260A“黑鹰”直升飞机中进行了多次成功的试飞,NASA(美国航空航天局)与三军协作的“综合光纤系统”计划也将开展飞机中光纤传感与光纤数据总线的应用研究;同时,在监控飞机动机的温度、液面和应力等光纤传感器方面已取得重大进展。

参考文献:

光电传感技术范文

关键词：光纤通信；传输；信号

一、引言

在光纤通信广泛应用之前世界各国一直使用电缆通信，其具有损耗严重、带宽窄、串声等缺点，不能广泛应用，从而推动了光纤通信技术快速研制和发展。20世纪60年代开始提出光纤的概念并开始初步研制，经历几十年的发展，光纤由最开始损耗400分贝/千米到如今降低到0.2分贝/千米，并且仅一对单模光纤就实现了3000多个电话同时通话。在1991年低，光缆全球敷设距离长563万千米，但到1995年敷设距离已超过1100万千米。

二、光纤通信技术简介

1.光纤通信技术概念。将模拟电信号转化为光信号，以光波作为载波，以光纤作为介质进行信息传输的技术被称之为光纤通信技术。

2.光纤通信系统传输信号的形式。光纤通信技术系统分类：光纤模拟通信系统、光纤数字通信系统以及光纤数据通信系统。

（1）光纤模拟通信系统。在发射端通过放大和预调制基带信号对电信号进行处理，在接收端通过解调和放大等处理将正常电信号释放出来。

（2）光纤数字通信系统。在发射端通过放大、取样和数字量化基带信号对电信号处理，在接收端逆过程处理。

（3）光纤数据通信系统。在发射端通过放大基带信号对电信号进行处理后，到接收端进行逆过程处理。光纤数据通信系统与光纤数字通信系统相比缺少了码型变换过程。

3.光纤通信技术工作原理。本文以数字光纤通信电路为例分析光纤通信技术工作原理，传送的模拟信号被发送端接收后，通过电端机将传送模拟信号转变为电信号，通过放大、取样和量化基带信号等对电信号处理，经过调制将信息调制到激光器发出的激光束上，并且电信号的频率直接影响的着光的强度。通过光纤将光束发出去，在接收端通过检测器将光信号转化为电信号并恢复原传输模拟信息。

4.光纤通信技术的特点

（1）通信容量大、频带宽。光纤通信传输过程中是将传输模拟信号转化成为光信号以光纤作为介质进行传输，与电缆通信相比，传输频带宽、传输速度快、通信容量大。但是在平时使用过程中发现使用单波长光纤通信系统时，不能充分发挥频带宽和通信容量大的性能，通过反复研究发现采用多种复合技术增强频带宽和通信容量。

（2）传输过程损耗低，长距离传输中继站数量少。目前，市面上广泛应用的石英光纤损耗为0~20dB/km，如果采用非石英光纤系统其传输损耗会更低。由于其传输损耗低，使得在长途传输过程中，减少了中继电站的数量，大大降低了原料和人工成本、维护周期和系统设计复杂性。

（3）抗电磁干扰能力强。由于石英是绝缘体材料，所以利用石英作为原材料的光纤绝缘性特别好，使得光信号在传输过程中较强电磁干扰（如：自然雷电、电离层发出的电离子、人为产生的电磁等）能力。所以实现了和高压线平行架设或者与电力导体一起使用构成复合光缆，降低了传输费用，施工和维护难度。

（4）无串音干扰,保密性好。在使用电缆通信时，经常出现通道相互串扰、被窃听等情况。但是在光纤通信技术使用过程中，由于光信号被包裹在光纤中，光纤不透明的皮对光射线有吸收作用，光纤外面根本没有办法窃听到光纤内传输的信息，即使光缆内有很多根光纤也不会出现相关干扰和串音情况，被部队广泛应用。

三、光纤通信技术的应用

1.通信领域的应用。随着时代的发展，工业生产和人们生活都离不开信息通讯，在因特网、有线电视、电话中光纤通信被广泛应用。由于光纤通信具有通信容量大、频带宽、损耗低、防电磁防干扰强等特点，实现了一条光纤既可以容纳多人通话也可以传输多套电视节目。

2.医学领域的应用。利用光导纤维内窥镜进行检查患者脑室、心脏、胃、食道等疾病，可以检测患者心脏血液值、氧气在血液中的饱和度、胃部情况、食道情况等，然后根据实际情况进行诊断和治疗。同时，医学也已经开始应用光导纤维连接的激光进行微创手术，所以光纤通信技术提高了医学治疗水平，被医学领域广泛应用和研究。

3.传感器领域的应用。光纤通信技术与敏感元器件相组合，应用在传感器的研制，广泛应用到工业和生活中，如：光敏传感器、红外传感器、温度传感器、雷达传感器，工业温度、流量、压力、颜色、光泽专业测量等。

4.光纤技术应用。照明过程中利用了光纤良好的物理特性，实现艺术装修美化的效果，如果：LED广告显示屏、草坪地灯、艺术装饰品照明灯等。

四、光纤通信技术的发展方向

1.提升传输速度、扩大传输容量、增长传输距离，减少中继站数量。相对与电缆通信来说，光纤通信技术水平在很大程度上已经提升了信号的传输速度、容量和距离，但是未来光纤通信技术还有围绕这一发展方向，实现更高速度、更大容量和更长距离的传输，并且实现与世界各国跨海、跨越的信息传输。

2.全光网络。未来通信网络发展重要目标和通信技术发展的最高阶段是实现全光网络，目前全光网络已经是世界各国对光纤通信研究的一个重要课题。虽然目前还处在初级阶段，但是随着人类的不断的探究和研制，相信全光网络这一目标很快会实现。

五、结论

随着信息时代繁荣发展，迎来光纤通信技术空前的提高，它改写了我们通信行业的历史，使得理论变为了现实，它不仅仅是一个信息传输手段，也被广泛应用到了工业生产和人们生活的各个领域，只有将光纤通信技术向更高方向发展和技术提高，加快引领通信领域前进步伐，从而促进社会经济快速发展。

参考文献

[1]王磊,裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息,2006(4):59-60.

光电传感技术范文篇6

关键词：测控；技术；高新；水利水电；工程

1高新测控技术的基本要素及其功能

高新测控技术从本质上讲，应该包含数据实时监控、智能数据采集、AD信息转换、科学数据管理、数据实时分析、监控数据评估、应急决策辅助等功能。由以上功能要求我们不难想见，高新测控技术应具备以下几点基本要素：1.1数据收集系统在信息技术、单片机技术、传感器技术支持下，高新测控技术中的数据收集系统主要分为由MCU控制的智能化数据收集系统、以传感器为核心的数据采集系统、人工入坝采集数据等部分组成。测控的效应数据主要是，大坝的温度、湿度、水压、形变度、渗流等。而测控的影响性数据则主要由以下几点组成：降雨、气温、水位、环境因素等。1.2数据管理系统经过传感器、单片机、无线信息收发系统采集到的信息需输入到管理计算机数据库，并经由数据管理系统科学合理的管理数据。譬如对数据进行存档、反馈、发送等操作。1.3数据分析系统采集到的数据需要通过科学化、程序化的分析，并找出其中存在的问题，以此全面测控工程的整体运作情况。数据分析的主要目的是参照拟定的科学技术指标，建立合理的测控模型，以此校队测控数据并找出工程存在的问题，并给予一定的解决方案参考。

2高新测控技术在水利水电工程中的应用

2.1传感器技术

（1）光纤传感器技术。光纤传感器技术是基于信息通讯技术测控信息采集技术，该技术的核心元器件则是光导纤维，它是以石英玻璃细芯以及折射率各不相同的石英玻璃包层构成。在水利水电工程测控中，利用光纤传感器技术能够准确测量重要物理量，譬如大坝的形变量、渗流、水压、应力应变等，并将所测得的物理量有效转化为监测量，最终向测控主机传送有关测控信息。（2）CT技术。CT技术主要用于测控水利水电工程安全隐患数据的重要方法，该技术能够在不破坏工程结构前提下，通过获取工程特定物理量（例如波速）从而建构其一维影像，根据有关物理量的一维影像并结合拟定数学模型重现其二维以及三维投影，最终获取可视化测控数据。由此观之，该技术是有效测控水利水电工程材料分布、缺陷以及工程结构安全隐患的核心高新测控技术。（3）GPS技术。随着通讯技术的发展，GPS技术的应用层面得到有力拓展，与水利水电工程中GPS技术的应用也不在少见。该技术主要是利用卫星定位技术，监测水利水电工程整体情况（如堤坝形变情况），并将监测到的数据通过卫星发射器及时传送至测控主机。（4）激光传感器技术。激光传感器技术的应用主要是利用激光发射点与激光接收点所构成的激光准直线为基础，并通过观测激光准直线在波带板上的位移量以此确定测控数据。根据我国太平哨水电站长期实践检测数据表明，激光传感器技术测控数据精准度较高并且其也具有较高的稳定性。

2.2数据采集技术

数据采集技术是将各种传感器检测到的模拟量（如频率、电阻、电容、电压、电流、电感等）利用AD转换将其化为数字量。因为传感器检测到的模拟量，不是计算机系统可以直接识别分析的计算机语言，因此才需要将其转换为计算机直接识别语言即数字量（如温度、应力应变、位移、渗压等）。此外，传感器检测到的物理量，如果以模拟信号的形式远距离传送，便会出现不同程度的信号衰减，严重时甚至会导致信息失真。然而数字信号则可以远距离传输且不会出现信号衰减，鉴此水利水电测控信号必须以数字信号的形式传输以此契合远距离测控要求。因此传感器信号采集系统理论上都需结合一定的数据采集系统，根据测控要求及测控数据的不同，我们通常可以将数据采集装置分为以下几类：（1）自动化数据采集装置。现目前，在水利水电工程中普遍采用的自动化数据采集装置有我国南京电力自动化设备厂研发的FWC-1，以及美国研发的2300系统等。从整体上讲，自动化数据采集系统大致可以分为总线型结构和集散型结构两大类。总线型结构的典型代表是美国Geomation公司研发的2300系统，该系统的主要构成元件是工控机、智能测量模块、AD转换器等。此系统能够自动和人工读取测控信息，并具有较强的防雷功效。集散型结构的数据采集装置主要代表是Geoma－tion公司研发的2300系统，该系统的主要结构是NMS主机、NRU网点以及由MCU构成的异地单元、无线发射器、监测传感器等。该数据采集装置主要是实现多点集成是数据采集，在水利水电工程测控中，能够实现全方位的数据采取要求。（2）人工数据采集装置。人工数据采集装置主要是依托于人力的数据采集形式，该数据采集装置主要包括数据采集仪、传感器、以及各种电阻式数据采集仪器。该形式的数据采集主要是应对部分复杂区域的信号采集。

2.3数据管理技术

水利水电工程需测控的数据多种多样，测控体系往往会同时接受来自成千上万传感器传递的数据，如何高效处理数据是保证测控体系工作效率的关键，鉴此水利水电测控系统中我们还需利用起高新数据管理技术，譬如利用Sybase数据库搭建数据监控平台，建构起单进程、多线索结构，该结构的优势在于可以在单进程数据管理模式下同时服务于多重通路的用户，从而提高数据管理效率。以此契合水利水电测控系统的要求。综上所述，主要通过阐释了各种可以施行与水利水电工程的高新技术，进而阐释了高新技术在水利水电技术的中的实际应用。譬如CT传感器技术在水利水电测控工作中能起到排除安全隐患的作用，以及以Sybase数据为基础的监控平台可以实现多点测控要求等。总而言之，高新技术对于水利水电测控工作大有助益。

作者:李华单位:甘肃弘晟水利水电工程建设有限公司

参考文献:

[1]王仁钟，李君纯，刘嘉等.中国水利大坝的安全与管理[C]//1999.大坝安全及监测国际研讨会论文集.北京：中国书籍出版社，1999.

光电传感技术范文篇7

吴伟

（上海水务建设工程有限公司，中国上海200072）

【摘要】本文分析了光电式计数器的特点及其工作原理，然后介绍了光电管在智能水表中的运用，集中介绍了光电直读计数器的组成、光电直读计算器编码原理、数据读取与上传等方面内容。

【关键词】光电管；智能水表；编码；数据上传

ApplicationofPhotoelectricSensorintheIntelligentWaterMeter

WUWei

（ShanghaiWaterConstruction&engineeringCo.，Ltd.，Shanghai200072，China）

【Abstract】Thisarticleanalysesthecharacteristicsofopto-electroniccounterandhowitworks，Thenintroducedtheapplicationofphotoelectriccellinintelligentwatermeter，Compositionfocusesondirect-readingcounter，photoelectricdirect-readingcalculator，suchascoding，datareadanduploadcontent.

【Keywords】Photoelectriccell；Intelligentwatermeter；Encode；Dataupload

1智能水表

1.1智能水表概述

随着计算机技术，现代通讯技术和自动化技术的迅猛发展，智能化建筑在发达国家应运而生。近年来，智能化住宅小区建设在我国发展的很快，自来水远程抄表系统正是智能化住宅小区的必备系统。目前我国城乡居民用户水表抄表一般采用人工抄表方式。这种方式需要消耗大量的人力、物力，采集数据的时间跨度大、采集数据的准确度低，同时给用户带来很多麻烦，甚至带来不安全的因素。为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端，提高效率，避免入户抄表引发的不安全因素和杜绝拖欠费用等情况，远传抄表系统得到了大力推广。远程抄表是一种便民系统，作为现代化管理系统的重要组成部分，该系统发挥了重要作用。

1.2传感器在智能水表中应用

目前，实现远程抄表有很多技术，例如蓝牙技术、无线局域网技术等，现有的各种转换方式如采用单、双干簧管传感器、摄像直读传感器或霍尔元件，都在不同方面存在缺陷或不足。从实际的运行的情况来看，表现不尽如人意，存在两大问题：（1）必须不间断供电，当电源断电时间过长或信号线路需要维修时，远传读数部分停止计量，机械读数照常运转。因此恢复供电或维修完毕后需重读水表的机械读数，再对远传部分重新设置底数。（2）运行中会产生累积误差，水表机械读数与电子读数不完全一致，总存在一定误差。尤其是“单、双干簧管表”因为临界点颤动误发信号无法克服，误差非常大。由于这些问题如果不能得到妥善解决，上述传感器在市场上难以成为主流产品。针对上述的难以克服的缺陷，人们将研究目光投向光电直读，本文在此介绍的是一种直读式远传水表，其最大特点是平时不需要电源，只有在抄表的瞬间才需要电源，摆脱了脉冲等远传水表离开电源便无法工作的难题，并且使水表的机械读数与电子读数完全一致。

2光电直读计数器的应用

光电直读表是在普通水表的计数器字轮印刷0-9位置的外缘印刷特定标记，在其固定光电传感器及相关电路。外部供电读表时，通过光电传感器判断特定标记“有”和“无“的状态，通过组合编码判断以获得字轮的读数（表计的窗口值）。

2.1光电直读计数器的组成

光电直读计数器包括壳体、驱动轮、进位齿轮、数字轮、信号采集板、光电传感器等。

2.2光电直读计数器概述

光电直读计数器有若干个同轴数字轮，最低位数字轮与驱动轮连接，该数字轮端面的两个半径圆周上分别开有若干个弧形透光孔，同时数字轮上印有0-9共10个数码，每个数码的间隔被3等分；进位轮与数字轮啮合，位于最右边的低位数字轮每转一圈，就带动与它相连的进位齿轮走一个齿，进而带动位于左边的高位数字轮走一个数字，实现进位；信号采集板，位于数字轮两侧，其上设置若干对光电传感器，每对光电传感器包含一个发射管和一个接收管。

2.3光电直读计算器编码原理

2.3.1数字轮设计

数字字轮的柱面被30等分，整个柱面平均分为0-9共10等分，然后，每个数字间隔之间的扇面再3等分，因此整个数字轮的柱面被30等分。自此，数字轮上的每个数就具有“上格”“正格”“下格”之分。例如：数字“8”就有“8上格”“8正格”“8下格”。当读数在“8上格”“8正格”“8下格”时，均读为“8”，这就避免了进位时的误读。

2.3.2光电传感器设置

在光电直读计算器中，信号采集板上安装6对红外发射管和红外接收管，发射管和接收管构成的红外对管光路与数字轮的转动轴线平行，同一个同心圆的半个圆周上分布5对光电传感器，其作用是抄报数字轮的读书，在另一个同心圆的圆周上设置1个光电传感器，称为进位传感器，其作用是校验进位轮的进位状态。

2.3.3码道分布及其编码方法

数字轮的端面上分别开有3个弧形透光槽，作为编码的码道。每一个数字轮的端面上分布有3个圆弧孔，其中三个圆弧孔是位于同心圆上的，该同心圆的半径与5个光电传感器所位于的同心圆的半径相同，当圆弧孔转到5个光电传感器中的任何一个时，均可通过圆弧孔透光，从而使接收管能够接收到发射管所发射的光线，起到抄报数字轮读数的作用。其中一个圆弧孔比另外两个圆弧孔更宽一些，覆盖到进位校验传感器所处的同心圆中，这样，当此圆弧孔转动到进位校验传感器时，接收管可以接收到发射管所发射的光线，起到进位校验作用。

2.3.4数据读取与上传

上述编码方式读取的数据通过程序方式存入单片机，抄表时，由外部供电，通过光电传感器读取字轮编码传递给单片机，单片机按照电路逻辑关系，将数据上传给区域集中器，再由集中器将所抄表具读数上传给上位机管理软件。

3应用

经过多年从理论到实践经过多次研究，对设计方案进行了修改和实际产品验证，实践证明在结构和装配误差要求范围内，确定此方案可以做到准确读取字轮数据。

4结束语

随着现代计量技术、传感技术、计算机信息技术等的日益发展，智能水表的智能性也得到日益提高。利用智能水表具有经济、实时、数据共享等优点，将会越来越多地应用于社会发展的各个方面，并实现人类和水资源的和谐相处。光电直读式计算器由于既有机械式计数器的无需带电工作的优点，又可采用光电直读方式读取计算值，可用于集中管理。可见，光电直读计数器的合理广泛应用对于大力发展智能水表具有非常重要的作用和意义。

【参考文献】

[1]董健，常正跃.智能水表及远程集中抄表的现状及发展趋势[J].中国住宅设施，2003（02）.

[2]施志刚.传感器技术对智能水表的质量至关重要[J].中国计量，2004（07）.

光电传感技术范文

关键词：光纤传感技术、光纤传感器、边坡变形监测

1.光纤传感技术的特点及发展趋势

光纤传感技术是本世纪八十年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技术。光纤传感，包含对外界信号的感知和传输两种功能。所谓感知，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实施调制。所谓传输，是指光纤将受外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信号如何调制光纤中的光波参量的调制技术（或加载技术）及如何从已被调制的光波中提取外界信号的解调技术。

与普通的机械、电子类传感器相比，光纤传感器具有以下几方面的优点：

（1）敏度高、动态范围大。这是光纤传感技术的优点之一。应用迈克尔逊干涉仪和法布里――珀罗干涉光谱仪能够解调出非常微弱的物理量变化（如分辨率应变为1?ε，温度变化0.1℃）；

（2）抗电磁干扰。一般电磁辐射频率比光波频率低许多，所以在光纤中传输的光信号，不受电磁场干扰的影响；

（3）电绝缘性好。光纤本事是电绝缘的介质组成，且其敏感元件也多是由电绝缘材料做成；

（4）耐腐蚀，化学性能稳定。制作光纤的材料――石英具有极高的化学稳定性，能在较恶劣的环境中使用；

（5）安全性能好。光纤传感器是无电源驱动的调制器，具有本质安全的特点，尤其适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产环境中使用；

（6）几何形状可塑，适应性强；

（7）传输损耗小，可实现长距离检测；

（8）测量范围广，可测量温度、压强、应力、应变、流速、流量、电流、电压、液位、气体成分、多相流流动剖面等物理量。

2.光纤传感器的分类

外界信号对传感光纤中光波参量进行调制的部位称为调制区。根据调制区与光纤的关系，可将调制分为两大类。一类为功能型调制，调制区位于光纤内，外界信号通过直接改变光纤的某些传输特征参量对光波实施调制。这类光纤传感器称为功能型（FuntionalFiber，简称FF型）或本征型光纤传感器，也称内调制型传感器，光纤同具“传”和“感”两种功能。与光源耦合的发射光纤同与光探测器耦合的接收光纤为一根连续光纤，称为传感光纤，故功能型光纤传感器亦称全光纤型或传感型光纤传感器。另一类为非功能型调制，调制区在光纤之外，外界信号通过外加调制装置对进入光纤中的光波实施调制，这类光纤传感器称为非功能型（NonFunctionalFiber，简称NFF型）或非本征型光纤传感器，发射光纤与接收光纤仅起传输光波的作用，称为传光光纤，不具有连续性。

根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光纤传感器分为强度调制型、相位调制（干涉）型、偏振调制型和波长调制型四个主要类型。

3.光纤传感技术在边坡变形监测中的应用

边坡表层岩土体由于降雨、地震、人类工程活动、软弱结构面或其他因素的影响，会发生各种形式的滑塌，且滑塌发生的位置通常难以确定。分布式光纤传感技术由于测量距离长、覆盖范围大，在边坡变形监测方面正逐步得到应用。在边坡表面间隔一定距离将光纤固定在边坡土体表面以下一定深度位置，或直接附着在岩体表面，使其跟岩土体的变形协调一致。并将通过各固定节点的传感光纤相互连接构成监测网，用以监测边坡表层岩土体的变形。传感光纤的温度补偿可以采用布设放置在PU管内的自由光纤，使其不受土体变形的影响，用于消除温度对长期应变监测结果的影响。当表层岩土体发生滑动时，会带动传感光纤一起发生滑动，传感光纤受拉伸产生轴向应变，通过BOTDR对光纤应变进行测量和应变异常的定位，确定边坡发生滑动变形的区域。

参考文献：

[1]李爱国，岳中琦，谭国焕，等.香港某边坡综合自动监测系统的设计和安装[J].岩石力学与工程学报，2003，22（5）：790C796.

[2]丁勇，施斌，崔何亮，等.光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究[J].岩土工程学报，2005，27（3）：338C342.

[3]隋海波，施斌，张丹，等.边坡工程分布式光纤监测技术研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（S2）：3725～3731.

作者简介

光电传感技术范文篇9

【关键词】光纤传感技术发展应用

引言

光纤传感技术最早出现于20世纪70年代，自从问世以来，就受到广泛的关注和重视，在众多领域得到应用，并起到了良好的效果。今后应该进一步加强研究，推动该技术的发展和创新，使其在实际应用中发挥更大的作用。下面将对该问题进行探讨分析。

1.光纤传感技术的特征

光纤传感技术是―项新兴技术，与光纤通讯技术同为光纤领域的重要技术。光纤传感技术具有自身的显著特征和优势，主要表现为体积小、质量轻，方便使用，在工程、电力、军事等众多领域都有着广泛的应用。同时，该技术具备较强的抗电磁干扰能力，抗腐蚀能力，较高的灵敏度，另外，该技术的测量带宽带，检测电子设备可以间隔很远。正是由于光纤传感技术具有上述多方面的优势和特点，因而满足了众多实际工作的需要，在工程、电力、军事等领域得到了广泛的应用。

2.光纤传感技术的发展

光纤传感技术的主要组成部分为SiOsub/，直径在100um-125um之间，是―种纤维状的光纤通信介质，由外包层和里面的芯所构成。近年来，随着研究的深入和技术的创新，该技术取得了较快的发展，其中比较突出的体现在以下几个方面。

2.1光纤光栅传感技术

该技术是近些年研究的重点领域，在具体应用中，通过测量布喇格波长的漂移实现对被测量的检测。该技术的灵敏度高，容易构成分布式结，在―根光纤内可以实现多点测量，能够应用到对大型构件的实时安全监测，也可以应用于化学、压力、加速度传感中。在实际研究中，主要对核技术的高灵敏度、高分辨率，低成本、小型化等进行深入的研究，目前，随着波长解调技术的发展，光纤光栅传感技术逐渐迈向成熟，部分已经商用化。但仍需进一步加强研究，提高该技术的性能，完善相应的功能，使其发挥更大的作用。

2.2阵列复用传感技术

采用波分复用、空分复用、时分复用等方式，将单点光纤传感器阵列化，实现空间多点的同时或者分时传感。目前应用最为广泛的光纤光栅阵列传感、基于干涉结构的阵列光纤传感技术。总之，该技术能够实现大范围、长距离的多点传感，是大规模光纤传感发展的重要发展趋势。

2.3分布式光纤传感技术

根据沿线光波分布参量，并获取在传感光纤区域内的分布信息，该技术能够实现长距离、大范围、连续传感，反映了光纤传感的发展趋势。就其技术类型来看，主要包括后向瑞利散射、自发拉曼散射、布里渊散射、前向传输模耦合，不同类型具有自身的特点，在具体应用中应该根据需要恰当选择。总之，该技术具备测量的连续性，避免使用大量分立的传感元件，节约了成本。

2.4智能化光纤传感技术

具体表现为：光纤传感与通信技术、计算机技术的融合，实现各种功能的智能化，实现信号获取、存储、传输、处理于一体。该技术在智能材料、环境感知、石油测井等领域受到广泛的关注，它能够实现对周围环境变化的自我判断、自我适应、自我诊断、自我修复等功能，在汽车工业、航空航天、医疗、土木工程等领域有着广泛的应用。

3.光纤传感技术的应用

光纤传感技术具有自身显著的特征，适应了实际工作的需要，在众多领域得到了广泛的应用，具体来说，其应用领域主要包括以下几个方面。

3.1在工程领域的应用

在工程领域得到应用的技术主要有光纤光栅、瑞利散射光时域反射、拉曼光时域反射、布里渊光时域反射、布里渊光时域分析，各种技术拥有自身的特点和优势，适用不同的监测对象。光纤光栅技术在桥梁、隧道的重点部位监测中非常适用，成本适中，并且高速实时，能够取得良好的监测效果。布里渊散射适用于长距离分布式应力监测，大中型建筑工程稳定性监测，拉曼光时域反射适用于建筑物渗漏、火灾的监测。

3.2在其它领域的应用

此外，光纤传感技术在其它领域，例如，电力工业、国防军事、机场安防、火车站安防、复合材料领域、化工领域、医疗领域、石油工业等等，都有着广泛的应用，在实际监测中，应用光纤传感技术具有良好的效果。

光电传感技术范文1篇10

关键词：传感器，电调制，非分光红外技术，朗伯-比尔定律

1、引言

众所周知二氧化碳（CO2）是大气重要组成成分之一,与人们的生产生活密不可分。其含量过高不但会危害人类的健康,还会产生温室效应等不良影响；同时它在动植物的生长环境中也扮演着极其重要的角色。论文格式。目前国内生产和使用的CO2气体传感器主要是固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等,这些传感器存在许多不足之处:对气体的选择性差、易出现误报,系统需要频繁校准,使用寿命也较短。红外二氧化碳气体传感器新技术国内尚处于起步阶段，于2005年才取得一定进展实现了电调制，但关键元件仍需要进口。而现行红外二氧化碳分析仪多半存在着不仅价格昂贵，而且体积大、质量大等缺点。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的日益提高以及人们对环境保护的日益重视，在空调、农业、医疗、汽车及环保等方面,对CO2气体的浓度进行定量监测与控制成为日益增长的需求,开发出灵敏度高、选择性和稳定性好、小型化、便携式的CO2气体传感器必是大势所趋。基于这一理念作为一种尝试，提出一种红外吸收型便携式CO2气体传感器并给出其软硬件设计方案。

2、非分光红外吸收型气体传感器工作原理

任何物质都有其特征明线光谱，相应的也会有吸收光谱，二氧化碳气体分子亦然。二氧化碳在红外区有三个比较明显的吸收谱线，一个吸收中心波长位于近红外1.573μm处（适用于光纤二氧化碳传感器）、一个位于中红外4.26μm处，还有一个位于14～20μm波段[1]。我们选择中心波长4.26μm处的吸收谱线作为检测依据，因为此波段的吸收最为强烈，衰减最剧烈。根据气体选择性吸收理论可知，当光源的发射波长与气体的吸收波长相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度。具体是，当一束光强为I0的输入平行光通过待测气体时，如果光源光谱覆盖一个或多个气体的吸收谱线，则光通过气体时发生衰减。根据Beer－Lambert定律，出射光强I与入射光强I0和气体的浓度之间的关系为

I=I0exp（－αCL）（1）

式中α为气体吸收系数；L为吸收路径的长度；C为气体的浓度。

对式（1）进行变换得到，

C=ln(I0/I)/(αL)（2）

从式（2）可知，如果L、α已知，那么，通过检测I和I0就可以得到气体的浓度C。这就是利用光谱吸收检测气体浓度的原理。

事实上，上述理论没有考虑到光路干扰系数，这是一个随机变量，采用非分光技术可有效地消除光路干扰这一因素。其原理框图如下图1所示。

图1非分光红外测量光路系统原理图

3、系统硬件设计方案及其实现

3.1核心技术及低功耗系统方案

电调制非分光红外（NDIR）技术是当前应用的前沿技术，也是系统的核心技术所在。论文格式。采用非分光红外测量技术，在实际操作中可以采用单光束双波长实现，即通过选用两种窄带滤光片，它们的中心波长相近但一个允许待测气体对应的吸收波长通过，而另一片则完全阻止其通过，如图1所示，以此实现调制和提取浓度信号。同时，为了系统的稳定和测量的精度以及真正实现手持型便携式，我们采用了电调制、低功耗设计方案，利用脉冲控制光源。而且在实现低功耗的同时也增强了光源的辐射特性和延长了光源的寿命。电调制与非分光技术的实现，从根本上克服了机械调制所带来的种种缺陷：有可动部件，需要专门的马达驱动，调制盘容易损坏，体积大不易于集成化等等。为了实现设计目标，选用专用的电源驱动芯片和微功耗光源，再利用微控制器实现脉冲调制，整个系统由＋5V单电源供电即可很好地实现手持型便携式。

国外NDIR仪器占有率在70%左右,国内NDIR气体分析仪的主要厂家大都采用国际上20世纪80年代初的红外气体分析方法,如采用镍锘丝作为红外光源、电机机械调制红外光、采用薄膜电容微音器或InSb等作为传感器等。因此，在国内非分光红外（NDIR）二氧化碳检测技术研究可以说才刚刚起步。发光光源以及滤光片镀膜工艺是必须攻克的难关，本文不作详细介绍，而将重点放在如何选择和应用上。

非分光红外二氧化碳气体传感器系统的设计构成主要包括：光源及探测接收模块(传感头)、信号放大模块、低通滤波模块、A/D转换以及由微控制器控制的人机控制和信号显示输出等模块。其具体的系统结构图如图2所示。选择恰当的光源和滤光片以及相应的探测器是非常关键的一步。从传感器出来的信号是极其微弱的，必须对其进行放大和滤波，在获得较强的信号的同时保证尽可能地消除噪声，达到较高的信噪比，为后续的信号处理提供真实有效的数据。微控制器负责信号的运算和浓度的换算、自动标定、实时的显示跟踪以及实现与计算机的数据通信等等。

图2二氧化碳气体测量系统原理图

3.1.1光源及其调制技术

设计中选用了PerkinElmer®红外光源IRL715，可以实现低频电调制。由于其低压低功耗，体积小巧，而且经济实用符合我们的设计要求。

1）该光源具有的性能指标

n工作电压为5V，

n电流为115mA±10％，

n功率为0.575±10％W，时间常数为290ms，

n辐射强度为0.15±10％MSCP；

n时间常数为290ms。

n工作寿命长，可达40，000hs。论文格式。

2）光源的调制深度特性与工作模式的选择

光源IRL715的在5V可调方波信号驱动条件下，4um红外波长处的调制深度特性曲线表明，调制频率越高，调制深度越低。图3[2]是光源在连续工作模式和间歇性工作模式下的辐射强度特性曲线，即老化特性。在连续工作模式，1500小时后，其辐射强度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在间歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其辐射强度则呈上升趋势。因此，利用脉冲控制有利于增强光源的辐射特性，减缓其老化速度，同时也可提高测量的精度。对光源进行电调制脉冲驱动时，充分考虑了该因素。此外，驱动电压的大小一方面会影响到辐射强度，一方面也会影响到光源的功耗和寿命。恒流驱动是设计的最佳选择，选用恰当的电源芯片至关重要。

3）气室设计要求

传感器的光路系统因为采用了非分光红外（NDIR）电调制而变得简单，只要设置一个标准的气室即可。原理图如图4所示。此外，如果需要进一步减小传感头的体积，可以采用专用的光学镜面系统，利用多次反射以加长光程，并且可以同时加强辐射到探测器上的光强强度。光源的稳定对测量的精度具有非常重要的影响，因此选用高精度稳定性好的调整管对光源供电，再结合脉冲控制驱动或者选用可PWM驱动IC设计驱动电路。这样做的目的有二：一是实现电调制；二是为了充分发挥光源的功效和提高发光强度，使光源的性能达到最佳。

图4光源电路及光路系统原理图

3.1.2检测放大

红外探测器也是该系统的核心元件，它在很大程度上决定了系统的测量精度与性能。选用PerkinElmer®配套的TPS2534作为探测元件。该热电堆传感器为双元传感，配备了两片不同的滤光片，一片中心波长为4.0um，半波带宽为90nm，作为参考滤光片，一片中心波长为4.26um，半波带宽为180nm，作为气体选择滤光片，提取参考信号和气体信号。结合光源设计光路实现了非分光红外（NDIR）电调制。由探测器出来的电信号极其微弱，前置放大电路的作用举足轻重，因此选用了低噪声、高精度、低温度飘移的运放作为电路的主要部件。有效提高电路的信噪比，提高测量灵敏度。

3.1.3滤波电路

滤波电路，选择了专用高阶开关电容低通滤波IC电路分别对参考信号和气体信号进行放大滤波，采用8阶BUTTERWORTH低通滤波实现，以有效的提高系统的信噪比。

3.1.4前向通道、微控制器和后向通道

经信号调理得到的模拟信号，再由A/D转换器转换成数字信号，输入微控制器，完成前向通道的设计。因为本系统对采样的速度要求不是很高，再考虑到测量精度的需要和为了节省单片机的口线以及跟上技术发展的步伐，选用了串行16位ADC。

微控制器则选用了常用的AT89C52作为核心处理器，负责信号的处理和后向通道的显示以及数据通信。由于智能化和网络化将是传感器发展的趋势，可增加与上位机的通信口。

3.2系统的软件实现

系统的软件实现，主要需要完成数据采集、显示、通信、探测器温度监控以及光源调制和驱动等几大模块的功能。

基于上述有关电源的特性的论述和要求，软件流程如图5：

图5软件设计流程图

4、结束语

该系统采用单＋5V电源供电，可大大减轻系统的质量和减小系统的体积，实现真正意义上的便携式，也可以作为分布式传感系统和传感器网络化的传感器，用于实时、远程监控。同时可大大降低成本。系统的缺点由于光源特性的限制，而不能实现高频调制,可以通过选用可高频调制的光源实现。

参考文献

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[2]PerkinElmerOptoelectronicsproductDATAsheet

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[5]王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社.2004，

光电传感技术范文篇11

【关键词】气隙传感器;电力行业;电力发展

传感器技术种类繁多，可以依据其优势分别运用到电力行业中去，以保证电力电网建设的可靠性和安全性。正是由于这样的原因，传感器技术被大量的使用到电力行业中。

一、传感器技术概况

所谓传感器技术，是指能感受规定的被测量件并按照一定的规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成的技术体系。其特点为：体积小，数字化，智能化，有着多方面的效能，并且能够实现联网。

二、传感器技术在电力行业中的用途

不同类型的传感器技术，其在运用到电力行业的过程中，会在不同领域发挥出不同的效能。具体来讲，其主要涉及到以下几方面的内容：

1.光线传感器在电力行业中的应用：随着光线，激光器，半导体光电探测器技术的发展和进步，使得光学技术进入到全新的层次。从最初的通讯需求，到现在的多样化领域应用，为光线传感器的研究和应用打下了夯实的基础。其具备灵敏度高，对于电磁有着比较好的抗干扰效果，抗腐蚀，能够挠曲，体积比较小，结构简单，与光线传输线路能够实现兼容。在这样的优势背景下，可以将其运用到电压，电流等物理量的测量过程中去，以实现电力网络系统的稳定性。

2.静电传感器在电力行业中的应用：静电传感器的运行原理为：利用气力输送过程中煤粉颗粒产生的静电电荷的原理，以信号采集的方式，实现对于信息的处理和转换。从本质上来讲，就是以静电产生原理静电传感器测量系统为基础，发挥静电电荷测量技术的优势。从国际角度来讲，越来越多的国家将静电法作为进行煤粉质量流量测量的重要手段，利用固体颗粒的高敏感度的特点，在不同工况调价下去进行测量工作。而且在此过程中，静电传感器仅仅会对于颗粒运动产生反应，不会受到颗粒沉积的影响，由此也不会在这样的测量状态下出现各种误差的情况。再加上静电传感器的结构简单，能够很好的进行安装工作，是运用与电气输送管道测量工作的良好方式。

3.离子敏传感器在电力行业中的用途：离子敏传感器的工作原理为，在选择待测离子的过程中，将其活度改变为电信号，发挥转换器的作用。从本质上来讲，在此过程中的敏感膜和换能器是化学传感器的关键环节，而其器的形式将决定离子敏感期的各种类型。从这个角度来讲，依据其不同的归类，可以将其分为不同效能的传感器。一般情况，在电力行业中使用比较多的就是玻璃膜和固态膜，以为内其可以很好的与奇特换能器实现连接，并且应用途径最为广泛。但是从综合角度来讲，离子敏传感器是效益最为好的一种。尤其在半导体技术不断发展的背景下，使得其性能得以改造，使得其更加适合于实践使用个需求，因此被大量的使用到实际的电力行业运行过程中。

4.料位传感器在电力行业中的用途：严格来讲，料位传感器技术是物体测量体系的重要组成部分。这里讲到的物位，实际上就是存储容器或者工业生产设备中的物体，或者是液体，或者是粉状的，或者是固体的，或者是气体的，可以依据其用于将其归结为液粒，料和界位传感器三个类别。现阶段由于我国火力发电，都是以煤炭为原料的，电力锅炉中使用的往往都是煤粉。由于采用传统的操作方式，会使得煤炭资源难以高效的转化为电力资源，甚至造成极大的资源浪费情况。因此，我们应该积极尝试以可靠的料位传感器去对于煤位和粉位进行监督，以保证其处于最佳的状态，这是实现其运行效率，保证运行安全性的关键所在。

三、将传感器技术运用到电力行业中去的策略

对于电力行业来讲，无论是电力资源来源，还是电力运行管理，都需要使用到传感器技术，这是保证其电力运行朝着高效率，高质量方向发展的关键环节，应该引起我们的高度关注。要想充分发挥传感器技术在电力行业的效能，就应该积极做好以下几方面的工作：其一，注重传感器技术的理论学习，了解各个类型传感器的运行原理，找到其优缺点的同时，明确其可以应用到哪些领域和行业，以保证传感器技术理论体系的不断构建，这是应用相应传感器技术的前提和基础。充分把握这一点，可以更好的将传感器技术运用电力行业中去，起码可以在制定传感器应用方案的时候，能够积极提出相应的意见和建议。其二，不断总结和归纳实际电力运行过程中使用不同传感器技术的经验和教训，积极做好记录，对于现阶段制定的传感器应用方案进行优化，以便更好的引导下次传感器的应用实践，由此使得传感器技术能够在实践过程中得以不断优化升级。另外，建立健全日常传感器运行状态检查机制，将其运行状态记录在案，以保证在后期开展工作的时候，可以在了解传感器运行状态的基础上去进行，这是实现工作效率提升的重要举措;其三，注重引进国外电力行业中先进的传感器技术，学习借鉴的同时，结合自身电力运行特点和性质，合理的将其运用到自身的实践过程中去，以实现自身理论体系的夯实，保证实践方案有着更多的选择。比如将网络信息化技术运用进去，使得传感器朝着数字化的方向发展和进步。

四、结束语

科技进步是第一生产力，随着电力规模的扩展，电力运行的质量要求越来越高，对于电力运行进行监控，测量工作需求量也就越来越大。在这样的情况下，就要求传感器技术可以不断革新和发展，以实际的电力行业需求为基础，朝着高效，高质量的方向发展，以便为电力行业的发展打下夯实的基础。我相信，随着在此方面实践经验的不断积累，电力行业对于传感器技术的应用将会越来越多，传感器技术也将在这样的过程中发挥其最大的效能。

参考文献

[1]李星蓉.光纤传感器在电力系统中的应用[J].电力系统通信，2008（07）.

[2]钟小江，仝卫国，李宝树.光纤光栅传感器技术及其在电力系统中的应用[J].传感器世界，2007（05）.

[3]李聪华，温丽颖.传感器在电力系统中的应用[J].科技情报开发与经济，2007（07）.

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[5]李序.静电传感器在电厂煤粉质量流量测量中的研究与应用[J].沈阳工业大学学报，2002，2：1628.

光电传感技术范文篇12

关键词：电子式互感器；数字同步；数字通信技术

1电子式互感器

1.1基本概念

在设计电子式互感器的结构时，对于高精度采集模拟电信号的任务，需要利用采集器来实现，使电信号得到传递。在电子式互感器当中，外部接口数字化、传感原理新型化等是其中的重要内容。在光学无源电子式互感器当中，传输和采集信号的传输介质使光学器件，其信号传变性能十分优良。此外，还有一种非光学有源电子式互感器，在此类电子式互感器当中，高精度信号是由高压侧电子回路进行采集，通过对罗氏线圈等传感器、数据采集电路等进行应用，向低压地电位传输采集的信号。

1.2主要特点

在电力系统当中，随着数字化、智能化程度的不断提高，电子式互感器能够很好地满足实际应用需求，具有很高的测量精度，而且在不同的荷载状态下，也不会影响其测量精度。同时，电子式互感器的绝缘性良好，具有较高的安全性。[1]电压互感器短路或电流互感器开路的风险不存在，同时具有较大的电子式互感器动态范围。在电子式互感器中，没有铁芯存在，因而不会发生铁磁谐振，具有良好的暂态特性、易携带性、轻便性等特点。

1.3输出信号

在电子式互感器当中，主要包括模拟信号、数字信号等输出信号的类型。测量的数字信号输出电流为2D41H的测量值，电压保持为2D41H、电流保护数值保持在01CFH，在模拟信号输出的电流互感器当中，数值为4伏、225毫伏、150毫伏。

1.4配置原则

在110千伏及以上的电压环境中，综合考虑成本和技术方面的问题，可采用常规互感器、电子式互感器，如果对于66千伏以下的电压来说，用户外敞开配电装置保护测控集中布置的基础上，也可采用常规传感器、电子式传感器。[2]如果保护测控下放布置，则不应采用常规传感器。

2数字同步技术的应用

在传统电磁式互感器当中，是连续输出模拟量，同时模拟量同步状况较为良好，而不同传感器的传变角差是其主要区别。而在实际应用中，传变角差数值都会很小，因此基本可以忽略。而在电子式传感器当中，除了模拟化传感头之外，还包括数字处理、模拟信号到数字信号的转换，所以在应用电子式传感器的过程中，必须对数据同步的问题加以解决。而在电子式互感器的同步方面，涉及了很多相关的内容。[3]在相同间隔当中，数据计算对于母线电压、线路电压、功率因数、电流、电压、无功功率、有功功率等同步都发挥着重要的作用。根据相关技术规范标准来开，在一个间隔当中，同一单元最多能够对12个测量量进行处理和输出，因此，应当保持这些测量量之间的良好同步。在变电站当中，一些设备需要对多个不同间隔的电流、电压数据进行应用，例如平行双线横联差动保护装置、集中式母线保护设备、集中式小电流接地选线设备等，在相关间隔中，应当确保同步的合并单元输出数据。对于输电线路，如果差动保护方式为数字式纵联电流，在线路各侧，也应保持同步的数据，也涉及了很多相关的变电站。在电网检测系统当中，需要对全系统同步相角测量进行提供，在全系统当中，也可能实现同步的数据采集。

3数字通信技术的应用

在高压传感器当中，通常会输出较小的数值模拟量，在传输过程中，为了对损耗进行降低，在传输当中通常利用离散数字信号。而在光纤通信当中，还应当利用光信号对电子信号输入进行转变，在光纤当中进行传输，进而完成通信的过程。相比于模拟通信，数字通信具有更高的质量，在通信系统当中，其应用也更为广泛。数字通信中对电路信号进行调制的主要方式就是数据编码，对数字信号进行调制，使之形成光信号实现光纤传输，利用光电转换器在接收端对光信号进行接收，重新转化为数字信号，完成传输信号的任务。光源是数字光纤通信中的主要信号，因此，选择传输码，对于数字通信来说非常重要。很多码型都可以应用在光纤通信当中，例如伪双极性码、插入比特码、mBnB码等。在实际选择中，应当注重选择具有一定独立性的比特序列，可以检测的接收误码、误码的扩展性很小，为了提取信息方便，不能有长串的1或0出现，同时还应控制较少的码速率提升较低的码光功率代价。电子式互感器由于具有较短的传输距离，并且在能量供应中可能存在一定的问题，因此，难以有效地通过以上的编码方式加以实现。因此，利用数字传输的方式，采用数据编码、V/F-F/V、异步串行传输等方法，能够更好地确保测量精度。在光纤数字通信当中，应当先编码数字信号，然后通过光纤进行传输，在电子互感器当中，也可应用这种方法。根据电子式互感器的特点来看，在传输信号的过程中，可以采用双稳触发器、门电路触发器等。在开始每个数据的时候，对输出状态利用双稳触发器进行翻转，在中间时段的数据当中，如果数据为0，则保持不变的双稳触发器状态，如果数据为1，则其输出状态由双稳触发器再次进行翻转。在这种编码方式的实现当中，为了更好地发挥作用，应当确保初始状态为0的编码电路，并根据系统时钟频率的二分之一设定数据时钟频率。在低压侧当中，为了对原始数据进行更为准确的翻译，应当在低压侧恢复和处理相应的时钟和数据。在数字通信技术的应用当中，时钟信号的恢复发挥着至关重要的作用，对于电子互感器整个系统的传输质量、传输距离等，都会产生极大的影响和作用。在恢复时钟信号的步骤中，其目的是为了更好地判断接收到的数据信号，对稳定的数据信号进行恢复，从而将抖动和噪声除去，为后续的处理和传输提供便利，在这样的情况下，能够提供相应的特别信号，为系统的良好运行提供支持。

4结语

在当前的社会当中，电力能源是一种非常重要的能源，因此电力系统的良好运行状态有着重要的意义。在电力系统运行状态的控制与检测当中，电子式互感器是一种十分常用的设备，对于电力系统网络的良好运行发挥着极大的作用。随着科技的发展，在电子式互感器当中，数字技术得到了更为良好的应用，而其中的数字同步技术、数字通信技术等，在实际应用当中也发挥出了更为良好的作用和效果。

参考文献：

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作者简介：于庆（1994―），男，吉林洮南人，沈阳理工大学学生。