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闡述Kubler庫伯勒光電傳感器新技術(shù)和應(yīng)用

      光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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。

Kubler庫伯勒光電傳感器新技術(shù)和應(yīng)用闡述如下

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(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(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(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)一種可高效抑制噪聲的檢測(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，使之可精確檢測(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。

國內(nèi)外光電傳感器的研究現(xiàn)狀

由于Kubler庫伯勒光電傳感器的應(yīng)用涉及的領(lǐng)域非常廣泛，其研究和開發(fā)引起了高度重視，各國更是競(jìng)相研究開發(fā)并引起激烈的競(jìng)爭。從最初的應(yīng)用于*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，如電話機(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*事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展得十分迅速。在*事應(yīng)用方面，研究和開發(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(cè)電力系統(tǒng)的電流、溫度等重要參數(shù)，檢測(cè)肉類和食品的細(xì)菌和病毒等。美國擁有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(cè)或長距離檢測(cè)傳感器，檢測(cè)距離長達(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)量好而聲名遠(yuǎn)播。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(chǎng)競(jìng)爭。我國對(duì)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*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。