光電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、光電檢測作為光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測技術(shù)，主要包括光信息獲取、光電變換、光信息測量以及測量信息的智能化處理等，具有精度高、速度快、距離遠(yuǎn)、容量大、非接觸、壽命長、易于自動(dòng)化和智能化等優(yōu)點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，如光掃描、光跟蹤測量，光纖測量，激光測量，紅外測量，圖像測量，微光、弱光測量等，是當(dāng)前最主要和最具有潛力的光電信息技術(shù)。本文從光電檢測技術(shù)本身特點(diǎn)出發(fā)，分析其發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。一、光電檢測技術(shù)的概述光電檢測技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測技術(shù)。它主要利用電子技術(shù)對光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示。光電檢測技術(shù)從原

2、理上講 可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學(xué)系統(tǒng)把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測器件將光學(xué)信息量變換成電量，并進(jìn)一步經(jīng)過電路放大、處理，以達(dá)到電信號(hào)輸出的目的。然后采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)及物理學(xué)等 方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。 微弱信號(hào)檢測的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，同時(shí)提高測系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。光電檢測的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)比較簡單， 分為信號(hào)的處理器，受光器，光源。在實(shí)際檢測過程中， 受光器在獲得感知信號(hào)后， 就會(huì)被反映為不同形狀、 顏色的信號(hào)，

3、同時(shí)根據(jù)這些器件所處在 的不同位置，就能夠?qū)⑺譃榉瓷湫团c透過型的兩種比較的模式。光電檢測的媒介光應(yīng)當(dāng)是自然的光，例如白熾燈或者螢光燈。 特別是隨著這些技術(shù)的發(fā)展， 光電技術(shù)也取得的非常好 發(fā)展。由于投光器在發(fā)出光后，會(huì)以不一樣的方式觸摸這些被檢測物中， 直到照射到檢測系 統(tǒng)中的受光器中，同時(shí)受光器在此刺激下， 會(huì)產(chǎn)生一定量的電流， 這就是我們常說的光敏性 的原件，實(shí)際生活中應(yīng)用比較廣泛的有三極管、二極管。光電檢測技術(shù)主要包括光電變換技術(shù)、光信息獲取與光信息測量技術(shù)以及測量信息的光電處理技術(shù)等。光電檢測技術(shù)將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對各種量的測量，它具有高精度、高速度、遠(yuǎn)距離、大量程、非接

4、觸測量等特點(diǎn)。二、光電檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著科技發(fā)展的日新月異，光電檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出納米、亞納米高精度的光電測量新 技術(shù)；小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。非接觸、快速在線測量已經(jīng)取代原始的接觸式，較緩慢的檢測技術(shù)，并向微空間三維測量技術(shù)和大空間三維測量技術(shù)方向發(fā)展；閉環(huán)控制的光電檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光電測量與光電控制一體化。向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。光電跟蹤與光電掃描測量技術(shù)等先進(jìn)的光電檢測技術(shù)的進(jìn)步和廣泛應(yīng)用將對人們生活，工業(yè)生產(chǎn)甚至國防科技產(chǎn)生巨大影響和改革。隨著光纖傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖氣體傳感器也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。它具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、防燃防爆、不

5、受電磁干擾、可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的長距離傳輸和現(xiàn)場實(shí)時(shí)遙測等優(yōu)點(diǎn)，所以對光電檢測方法研究的關(guān)注也一直在增加。隨著光纖光柵傳感器的廣泛應(yīng)用，光纖光柵傳感信號(hào)的檢測系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展。相比于傳統(tǒng)采用單色儀、光譜儀掃描等方式來檢測光纖光柵傳感信號(hào)的方式，采用光電轉(zhuǎn)換方式， 即把對光強(qiáng)信號(hào)的測量轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄妷盒盘?hào)的測量方式有它的優(yōu)越性，它具有檢測設(shè)備制造成本低、方便攜帶、可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)變化信號(hào)高速檢測和擁有更廣的工程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。光電檢測技術(shù)在人類基因工程方面也有著廣泛的發(fā)展，如利用可見光信號(hào)強(qiáng)弱的變化檢測DNA雜交信號(hào)。這種新型的DNA光電檢測系統(tǒng)同樣是由兼容探針DNA自組裝的硅集成電路構(gòu)成。而在該系統(tǒng)中目

6、標(biāo) DN際列與磁珠連接，目標(biāo)DNA列與探針DNA分子雜交后，磁珠 就會(huì)覆蓋在載體表面形成暗區(qū)。而載體下方的光電二極管陣列此時(shí)便可以檢測出DNA雜交反應(yīng)前后的光信號(hào)變化，輸出DNA交信號(hào)。新型抗干擾式光電檢測頭通過優(yōu)化紅外發(fā)射管工作參數(shù)和采用脈沖選通門控檢波電路，有效地抑制了電氣干擾噪聲，提高了檢測頭的抗干擾性能和工作可靠性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了其有效性。同時(shí)， 該種光電檢測頭已經(jīng)在多個(gè)大型機(jī)電設(shè)備制造廠家應(yīng)用，工廠實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明： 新型的光電檢測頭誤動(dòng)作率不到老產(chǎn)品的千分之一，抗電氣干擾能力顯著提高，具備了工業(yè)級(jí)的高可靠性能。無損檢測技術(shù)是隨著高科技發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一門新技術(shù)，該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的物理

7、化學(xué)分析方法，它主要運(yùn)用物理學(xué)方法如光學(xué)、電學(xué)和聲學(xué)等手段對產(chǎn)品進(jìn)行分析，且不破壞樣品， 在獲取了樣品信息時(shí)保證了樣品的完整性，無損檢測技術(shù)檢測速度較傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法迅速， 又能有效地判斷出從外觀無法得出的樣品內(nèi)部品質(zhì)信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展， 帶動(dòng)了化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了無損檢測技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。損光電檢測技術(shù)根據(jù)其分析對象的某些特征對熱、聲、光、電以及磁等的反應(yīng)變化情況，大致可分為紅外光譜檢測技術(shù)、拉曼光譜檢測技術(shù)、機(jī)器視覺檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、X射線檢測技術(shù)以及電子鼻和電子舌檢測技術(shù)等。根據(jù)不同的應(yīng)用對象和用戶場合可采用不同的無損光電檢測技術(shù)和相應(yīng)的檢測裝

8、置來實(shí)現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的探測方法還會(huì)不斷的出現(xiàn)。三、光電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著世界各國的激烈競爭正以日新月異的速度突飛猛進(jìn)及科研技術(shù)的提高，檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)中，起著舉足輕重的作用，無論科學(xué)研究、產(chǎn)品質(zhì)量及自動(dòng)控制都需要檢測，利用現(xiàn)代光電子技術(shù)作為檢測手段，具有無接觸、無損、遠(yuǎn)距離、抗干擾能力強(qiáng)、受環(huán)境影響小、檢測速度快、測量精度高等優(yōu)越性，是當(dāng)今檢測技術(shù)發(fā)展的主要方向。光電檢測技術(shù)將向著高精度、智能化、數(shù)字化、多元化、微型化、自動(dòng)化方向發(fā)展。所謂高精度是指檢測精度向高精度方向發(fā)展，納米、 亞納米高精度的光電測量新技術(shù)是今后的發(fā)展熱點(diǎn)；智能化是指檢測系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展

9、，如光電跟蹤與光電掃描測量技術(shù)；數(shù)字化是指檢測結(jié)果向數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)光電測量與光電控制一體化方向發(fā)展；多元化是指光電檢測儀器的檢測功能向綜合性、多參數(shù)、 多維測量等多元化方向發(fā)展，并向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展，如微空間三維測量技術(shù)和大空間三維測量技術(shù)；微型化是指光電檢測儀器所用電子元件及電路向集成化方向發(fā)展；微型化是指光電檢測系統(tǒng)朝著小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測系統(tǒng)發(fā)展；自動(dòng)化是指檢測技術(shù)向自動(dòng)化，非接觸、快速在線測量方向發(fā)展，檢測狀態(tài)向動(dòng)態(tài)測量方向發(fā)展。以激光器為基礎(chǔ)的光電檢測系統(tǒng)已經(jīng)成為最主要的發(fā)展方向。隨著精密度和功能特性的提高 , 它將不斷取代那些昂貴且復(fù)雜的檢測方案。由于激光技術(shù)的不斷提

10、高和成本的穩(wěn)定下降 , 可以肯定, 激光光電檢測技術(shù)將日益成為光電用戶的首選方案。激光超聲檢測技術(shù)是光電檢測技術(shù)的另一重要的發(fā)展方向。這一技術(shù)利用高能量的激光脈沖與物質(zhì)表面的瞬時(shí)熱作用， 在固體表面產(chǎn)生熱特性區(qū)，然后利用這種小熱層在材料內(nèi)部向四周熱膨脹擴(kuò)散產(chǎn)生熱應(yīng)力， 從而通過這種熱應(yīng)力產(chǎn)生超聲波。與常規(guī)超聲檢測方法比較，激光超聲技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)： 激光超聲不需要耦合劑，避免了耦合劑對測量范圍和精度的影響；激光超聲可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，可用于高溫環(huán)境及腐蝕性強(qiáng)、有放射性等惡劣條件，并可以實(shí)現(xiàn)快速掃描，對生產(chǎn)現(xiàn)場快速運(yùn)動(dòng)的工件的在線檢測；激光超聲的盲區(qū)小于100 微米， 可用于測量薄工件。激光超聲的

11、頻率帶寬較常規(guī)的換能器寬，具有測量微小缺陷裂紋的能力；激光超聲可用于表面幾何形狀復(fù)雜及受限制的空間，如焊縫根部小直徑管道等；空間分辨率高，有利于缺陷的精確定位及尺寸量度，并可作為聲源應(yīng)用于理論研究。智能光電檢測系統(tǒng)成為了另一個(gè)很重要的發(fā)展方向。智能光電檢測系統(tǒng)由智能信號(hào)處理系統(tǒng)、 光電傳感系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和接口單元等組成。它以智能信號(hào)處理系統(tǒng)為核心，集成了光學(xué)采集、光學(xué)變換、光電轉(zhuǎn)換、電路調(diào)理、外圍接口及信息輸出等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)光信息采集、光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)探測、邏輯運(yùn)算與推理、記憶存儲(chǔ)及信息傳輸?shù)裙δ?，并自?dòng)完成自檢自校和自我診斷與調(diào)整等功能。智能光電檢測系統(tǒng)由于環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，測量范圍廣，測量精確度高，尤其是強(qiáng)化了人工智能系統(tǒng)，可以自動(dòng)對噪聲、溫度、電壓波動(dòng)及光源的變化進(jìn)行修正，加上良好的人機(jī)交互界面，大大簡化了操作程序，提高了數(shù)值處理和分析的效率。參考文獻(xiàn)1 郭陪源等. 光電檢測技術(shù)與應(yīng)用M. 北京航空航天大學(xué),2006.2 鐘麗云 . 光電檢測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用J. 激光雜志,2000.3 周金龍 . 新型光纖光柵技術(shù)及其在光通信與光纖傳感方面應(yīng)用的研究D. 廈門大學(xué) ,200.4王詣等.新型光電檢測電路的研究與設(shè)計(jì)J.光電子技術(shù)，2012, 32(2) : 131 - 136.5朱仁盛，曲波.光