光電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)_第1頁(yè)
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光電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)光電檢測(cè)作為光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù),主要包括光信息獲取、光電變換、光信息測(cè)量以及測(cè)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(zhǎng)、易于自動(dòng)化和智能化等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)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(cè)量,光纖測(cè)量,激光測(cè)量,紅外測(cè)量,圖像測(cè)量,微光、弱光測(cè)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(cè)技術(shù)本身特點(diǎn)出發(fā),分析其發(fā)展現(xiàn)狀一、光電檢測(cè)技術(shù)的概述光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù)。它主要利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示。光電檢測(cè)技術(shù)從原理上講可以檢測(cè)一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)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(cè)器件將光學(xué)信息量變換成電量,并進(jìn)一步經(jīng)過(guò)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(méi)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(cè)的目的是從強(qiáng)噪聲中提光電檢測(cè)的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,分為信號(hào)的處理器,受光器,光源。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)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),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(guò)型的兩種比較的模式。光電檢測(cè)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(cè)物中,直到照射到檢測(cè)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(shuō)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(cè)技術(shù)主要包括光電變換技術(shù)、光信息獲取與光信息測(cè)量技術(shù)以及測(cè)量信息的光電處理技術(shù)等。光電檢測(cè)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(duì)各種量的測(cè)量,它具有高精度、高速度、遠(yuǎn)距離、大量程、非接觸測(cè)量等特點(diǎn)。隨著科技發(fā)展的日新月異,光電檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出納米、亞納米高精度的光電測(cè)量新技術(shù);小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)方向發(fā)展;閉環(huán)控制的光電檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)光電測(cè)量與光電控制一體化。向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。光電跟蹤與光電掃描測(cè)量技術(shù)等先進(jìn)的光電檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和廣泛應(yīng)用將對(duì)人們生活,工業(yè)生產(chǎn)甚至國(guó)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、不受電磁干擾、可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)遙測(cè)等優(yōu)點(diǎn),所以對(duì)光電檢測(cè)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(cè)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(lái)檢測(cè)光纖光柵傳感信號(hào)的有它的優(yōu)越性,它具有檢測(cè)設(shè)備制造成本低、方便攜帶、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)變化信號(hào)高速檢測(cè)和擁有更廣的工程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。光電檢測(cè)技術(shù)在人類(lèi)基因工程方面也有著廣泛的發(fā)展,如利用可見(jiàn)光信號(hào)強(qiáng)弱的變化檢測(cè)DNA雜交信號(hào)。這種新型的DNA光電檢測(cè)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)中目標(biāo)DNA序列與磁珠連接,目標(biāo)DNA序列與探針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(cè)出DNA雜交反應(yīng)前后的光信號(hào)變化,輸出DNA雜交信號(hào)。新型抗干擾式光電檢測(cè)頭通過(guò)優(yōu)化紅外發(fā)射管工作參數(shù)和采用脈沖選通門(mén)控檢波電路,有效地抑制了電氣干擾噪聲,提高了檢測(cè)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(cè)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(cè)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)是隨著高科技發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一門(mén)新技術(shù),該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的物理化學(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(duì)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)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(wú)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。無(wú)損光電檢測(cè)技術(shù)根據(jù)其分析對(duì)象的某些特征對(duì)熱、聲、光、電以及磁等的反應(yīng)變化情況,大致可分為紅射線檢測(cè)技術(shù)以及電子鼻和電子舌檢測(cè)技術(shù)等。根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象和用戶(hù)場(chǎng)合可采用不同的無(wú)損光電檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的檢測(cè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,新的探測(cè)方法還會(huì)不斷的出現(xiàn)。三、光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著世界各國(guó)的激烈競(jìng)爭(zhēng)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(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)中,起著舉足輕重的作用,無(wú)論科學(xué)研究、產(chǎn)品質(zhì)量及自動(dòng)控制都需要檢測(cè),利用現(xiàn)代光電子技術(shù)作為檢測(cè)手段,具有無(wú)接觸、無(wú)損、遠(yuǎn)距離、抗干擾能力強(qiáng)、受環(huán)境影響小、檢測(cè)速度快、測(cè)量精度高等優(yōu)越性,是當(dāng)今檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。光電檢測(cè)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(cè)精度向高精度方向發(fā)展,納米、亞納米高精度的光電測(cè)量新技術(shù)是今后的發(fā)展熱點(diǎn);智能化是指檢測(cè)系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展,如光電跟蹤與光電掃描測(cè)量技術(shù);數(shù)字化是指檢測(cè)結(jié)果向數(shù)字化,實(shí)現(xiàn)光電測(cè)量與光電控制一體化方向發(fā)展;多元化是指光電檢測(cè)儀器的檢測(cè)功能向綜合性、多參數(shù)、多維測(cè)量等多元化方向發(fā)展,并向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展,如微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù);微型化是指光電檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)朝著小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展;自動(dòng)化是指檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化,非接觸、快速在線測(cè)量方向發(fā)展,檢測(cè)狀態(tài)向動(dòng)態(tài)測(cè)量方向發(fā)展。以激光器為基礎(chǔ)的光電檢測(cè)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(cè)方案。由于激光技術(shù)的不斷提高和成本的穩(wěn)定下降,可以肯定,激光光電檢測(cè)技術(shù)將日益成為光電用戶(hù)的首選方案。激光超聲檢測(cè)技術(shù)是光電檢測(cè)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(guò)這種熱應(yīng)力產(chǎn)生超聲波。與常規(guī)超聲檢測(cè)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(duì)測(cè)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(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)快速運(yùn)動(dòng)的工件的在線檢測(cè);激光超聲的盲區(qū)小于100微米,可用于測(cè)量薄工件。激光超聲的頻率帶寬較常規(guī)的換能器寬,具有測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)由智能信號(hào)處理系統(tǒng)、光電傳感系統(tǒng)、測(cè)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(cè)、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(cè)系統(tǒng)由于環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),測(cè)量范圍廣,測(cè)量精確變化進(jìn)行修正,加上良好的人機(jī)交互界面,大大簡(jiǎn)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(cè)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(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].激光雜志,2000.[3]周金龍.新

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