光电传感技术篇1
关键词：光电传感器，光电检控技术，应用
0.引言
随着科学技术的迅猛发展和信息时代的到来，作为现代信息技术三大支柱技术之一的传感器技术，已然成为监测和控制领域获取物理信息的重要手段，在国民经济建设中占据着极其重要的地位。比如，在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，许多智能化的检测仪器设备，都大量地采用了各种各样的传感器；在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域传感器的应用也是无处不在。可以说，没有传感器这个载体，任何先进的科学技术要实现这样那样的功能是不可能的。
1.光电传感器及测控技术简介
1.1基本概念
光电传感器是以光电效应为基础，是一种将光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。论文参考网。光电传感器是在各种光电检测系统中采用光电元件作为检测元件的传感器，它一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。其中，模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系，主要包括有透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类型；脉冲(开关)式光电传感器中，光电元件接收的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转化成光通量，再转化成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量。它具有高精度、高速度、远距离和大量程、非接触式检测、寿命长、数字化和智能化的特点。
1.2光电传感器工作原理
主要是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，其物理基础是光电效应。它是由于物体吸收到光子能量后产生的电效应，通常把光电效应分为三类：
1.2.1外光电效应
在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
1.2.2内光电效应
在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。
1.2.3半导体光生伏特效应
在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。
1.3光电传感器特点
1.3.1检测距离长。
1.3.2对检测物体的限制少
由于以检测物体的遮光和反射为检测原理，所以都可以对金属、玻璃、塑料、液体等几乎所有物体进行检测。
1.3.3响应时间短
光本身为高速，并且传感器的电路全都由电子零件构成，所以不包含机械工作时间，响应时间短。
1.3.4分辨率高
能够通过高级设计技术使投光光束集中在小光点上，或通过构成特殊的受光光学系统来实现高分辨率，也可进行微小物体检测和高精度的位置检测。
1.3.5可实现非接触的检测
可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对传感器和检测物体造成损伤，因此，传感器能长期使用。
1.3.6可实现颜色辨别
通过检测物体形成的光的反射率和吸收率，根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这个特性，可对检测物体进行颜色的检测。
1.3.7便于调整
在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。
2.光电传感器的研究应用
光电传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。论文参考网。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。本文就光电传感器最常见的应用实例来进一步说明。
2.1在烟尘浊度监测仪上的应用
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
2.2光电池在光电检测和自动控制方面的应用
光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。
2.3CCD图像传感器（电荷耦合器件）的应用
CCD传感器应用时是将不同光源与透镜、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等各种光学元件结合，应用了光、机、电和计算机相结合的高新技术，作为一种非常有效的非接触检测方法，CCD被广泛用于在线检测尺寸、位移、速度、定位和自动调焦等方面。
2.3.1利用CCD测量几何量，CCD诞生后，首先在工业检测中制成测量长度的光电传感器，物体通过物镜在CCD光敏元上造成影像，CCD输出的脉冲表征测量工件的尺寸或缺陷。
2.3.2用于传真技术，文字、图象识别。例如用CCD识别集成电路焊点图案，代替光点穿孔机的作用。论文参考网。
2.3.3自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视装置、指纹机。
2.3.4CCD固态图像传感器作为摄像机或像敏器件，取代摄像装置的光学扫描系统（电子束扫描），与其它摄像器件相比，尺寸小、价廉、工作电压低、功耗小，且不需要高压。
2.3.5m2a摄影胶囊（mouthanus）,由发光二极管做光源，CCD做摄像机，每秒钟两次快门，信号发射到存储器，存储器取下后接入计算机将图像进行下载。
2.3.6CCD是数码相机的电子眼，它革新了摄影术，现在光可以被电子化地记录下来，取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送，”诺贝尔奖评选委员会称赞说，“无论是我们大海中深邃之地，还是宇宙中的遥远之处，它都能给我们带来水晶般清晰的影像。”
2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予华人科学家高锟以及两名美国科学家韦拉德-博伊尔(willardBoyle)和乔治-史密斯(GeorgeSmith)，以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。高锟的获奖理由为——“在光学通信领域光在光纤中传输方面所取得的开创性成就”。两位美国科学家的获奖理由为——“发明了一种成像半导体电路，即CCD(电荷耦合器件)传感器”。
3.结束语
光电传感器及检控技术两者间的有效结合，提高了工农业领域、军用器械等等领域的生产率，降低了生产成本。可以预见，随着信息技术和自动化技术的快速发展，光电传感器、微/纳米光电测控技术等在国民经济建设中将继续得到越来越广泛的应用。
【参考文献】
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[3]钟丽云.光电检测技术的发展及应用.激光杂志,2000年03期.
光电传感技术篇2
关键词：电子传感器；光学传感器；定位原理
Doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.144
1星载传感器目标定位原理
1.1电子传感器目标定位原理
在星载电子传感器定位系统中，无源定位技术是一种主要的方法。在星载无源定位过程中，星载传感器不需要发射大功率电子信号，相反，他们依靠获取目标的电子信号来确定目标的具置。最主要的无源定位方法是双曲线定位法，也叫做时差定位法。影响来自相同发射源的不同接收信号的机会在于相应时间，目标的位置可以借助于滞后时间的判定来追踪。在飞机上，[1]辐射源和观测点的相对位置上通常存在一些不同因素。通常，电磁波到达这两个位置需要的时间是不一样的，这样就会产生一个确定的时间差值，以此就可以做双曲线。
1.2光学传感器定位原理
2基于特征谱向量的相关算法
通常用电子检测方法获得的目标点集合是一种全连接图。[5]可以使用相邻矩阵a来代表全连接图的表示矩阵，也可以减去a得到拉普拉斯矩阵用以表示表示矩阵的完整连接图。相邻矩阵a也可以被表示为目标点和之间的高斯加权欧式距离。
3结束语
现时代，各国以及很多领域对定位技术急切需求，定位技术也取得了很大的进展，但是相关技术仍有待突破与创新。本文详细论述了电子传感器与光学传感器的定位原理以及基于特征谱向量的相关算法，并且简要说明了两种传感器定位原理的不同。这项技术具有一定的先进性，并很快达到实际应用。由于大量的民用需求，这项技术不仅仅局限于军事应用更多应偏向民用。
参考文献：
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光电传感技术篇3
光纤传感器技术是20世纪70年代末发展起来的一门崭新的传感器技术，是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的。1970年，美国康宁公司研制成功世界上第一根实用化的传输损耗为20dB/km的石英光纤。在随后短短的十几年里，以光纤作为传输介质的光纤通讯，就从实验室研制阶段，迅猛地发展成为通讯领域的一大产业。在光纤通讯系统中，光纤易受到诸如温度，压力等环境因素的影响，从而导致光强，相位，频率等光波参量发生变化，这对通信应用是有害的，而它却构成了一种全新的直接交换信息的基础，从而演绎出了光纤传感器这门新技术。
由于光纤传感器与传统的电传感器在传输介质，传输信号，敏感材料调制参量方面存在显著的不同，所以光纤传感器具有一些常规传感器不可比拟的优点，它一出现就赢得许多学者的青睐，目前光纤传感器已在很多领域得到广泛的应用，尤其是可为许多传统电传感器难以涉足的极端恶劣场合提供多种参量的新颖而可靠的检测手段。根据光纤在整个传感器中所扮演的角色可以将光纤传感器分为功能型和非功能型两大类。在非功能型光纤传感器中，光纤只起传光的作用，传感头为其他敏感元件；在功能型光纤传感器中，光纤既传光，也传感，具有“传”、“感”合一的特点。
一般的光纤传感系统由光源、信号传输线（光缆）、传感器件、光电转换及信号处理四部分组成，如下图所示。光波作为载波经入射光纤传输到传感头，光波的某些特征参量在传感头内被外界物理参量所调制，含有被调制信息的光波经出射光纤传输到光电转换部分，经解调后就能得到被测物理量的大小和状态。现在光纤传感器的种类繁多，光信号中能被调制的参数也相当多，包括光的强度、相位、多普勒频移、偏振态、波长等。由于光波的频率很高（1012～1014Hz），且是一种二维信号载体，所以它能传感和传输的信息量极大。
与普通机械、电子类传感器相比，光纤传感器具有以下优点：
1．抗电磁干扰。一般电磁辐射的频率比光波低许多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。
2．电绝缘性能好，安全可靠:光纤本身是由电介质构成的，而且无需电源驱动，因此适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。
3．耐腐蚀，化学性能稳定。由于制作光纤的材料之一石英具有极高的化学稳定性，因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。
4．体积小、重量轻，几何形状可塑。
5．传输损耗小，可实现远距离遥控监测。
6．传输容量大，可实现多点分布式测量。
7．测量范围广，可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、液位、液体浓度、成分等。
正是由于光纤传感器有许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的问题，故自从它问世以来，就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。
当今世界上光纤传感器研究的两大热点一个是用于生物、化学、医疗及环保等领域的光纤传感器的研究，典型的光纤传感器为光纤倏逝场传感器，主要用于环境污染监测及液体浓度、成分、比例、pH值、血氧饱和度、药物浓度等参数的检测；另一热点是用于智能结构和材料的光纤传感器的研究，主要用于结构内部应变、压力、温度、载荷疲劳、结构损伤等参数的监测，这方面的代表就是光纤光栅传感器。
参考文献：
光电传感技术篇4
【关键词】 光纤传感技术；物联网；原理与现状；应用；传感网络
1引言
物联网是通过射频识别技术（RFiD）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按照约定的协议把一些有联系的实体通过互联网相互连接到一起进行信息的传输和传递，可以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络实现概念。这种概念是在互联网的概念基础上发展起来的，是将用户端延伸并扩展到任何物品与物品之间进行通信和信息交换的网络概念。近年来，随着光纤通信技术的不断发展，进而出现了光纤传感技术。
自光纤传感技术开始发展以来，光纤传感器因具有多种优点而得到了快速发展，例如体积偏小、灵敏度非常高、抗干扰能力强等，现如今，已经被广泛应用到很多领域，如：医药制造、船舶、土木工程等。特别是当前物联网快速发展的情况下，光纤传感技术的地位越来越重要。我们将在本文中对物联网中的光纤传感器的结构、分类以及一些其他在物联网中的应用实例进行详细的介绍，例如光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。对于在物联网前沿应用中的应用十分广泛的布里渊效应的连续分布式光纤传感技术也会有介绍。
2关于物联网的界定和构成
物联网指的是借助红外感应器、定位系统、激光扫描等传感设备，遵循特定的协议，将物品和互联网紧密联系在一起，从而完成信息交换与通讯，从而最终实现智能化识别、跟踪、定位和管理的网络。物联网指的是在任何时间、地点把任何人、物品等以任何方式连接在一起，从而满足人们的多种需求的网络。也就是说，物联网是实现物物相连的一种网络。
物联网主要由三部分组成，即感知层、网络层以及应用成。其中，感知层是实现智能感知的功能，涉及到信息的采集、获得与识别功能。而网络层是传送信息与进行通信的。但是，对于应用层来说，主要涉及到各类的应用，例如：电网应用、农业应用、工程建设安全等方面。
3光纤传感器的原理与发展现状分析
3.1光纤传感器原理和分类
光纤传感器由几部分组成，包含光源、传输纤维、探测器、信号处理设备等构成。它的工作原理是把光通过光纤输送到调制器，这样一来，测量参数和调制区内的光进行作用后，从而使光的性质发生巨大的改变，使光源发出的光变为被调制的信号光，然后，再借助光纤把光传送到光电探测器，进而把光信号转变为电信号，最终由信号处理设备将北侧物理量进行还原。
在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。
3.2光纤传感器的现状分析
自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。
我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于“布里渊效应连续分布式光纤传感技术”通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。
4光纤传感技术在物联网中占据的地位
传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。
5光纤传感技术在物联网中的应用
光电传感技术篇5
光敏传感器的物理基础是光电效应,即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下,电子逸出物体表面的外发射的现象,也称光电发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象,称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。
1光电传感器的应用现状
1.1电影发声系统
拍摄电影时的配音是把声音信号转换为光信号,用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。放映电影时,光源发出的光通过移动声带后发生了强弱的变化,并被光电管所接收,光电管把强弱变化的光相应地转变为强弱变化的电流,经放大器放大后,由扬声器放出声音。
1.2光控大门
干簧继电器由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成,为了易于识别电路,通常在电路图中把线圈和干簧管分开来画。当线圈内有电流时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质
簧片磁化,在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态,线圈内没有电流时,磁场消失,磁片在弹力的作用下,回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方,带动大门的电动机接在干簧管的电路中。夜间,当汽车开到大门前,灯光照射光敏电阻时,干簧继电器接通电动机电路,带动大门打开。
1.3天亮叫醒服务
蜂鸣器内装有发声电路,外边有负极和正极两极引线。使用时正极接电池正极。负极揍电池负极。当有电流通过时,能自动发出蜂鸣声。
1.4包装充填物高度检测
用容积法计量包装的成品,除了对重量有一定误差范围要求外,一般还对充填高度有一定的要求,以保证商品的外观质量。当充填高度偏差太大时,光电接头没有电信号,即由执行机构将包装物品推出进行处理。
1.5转速测量
将转速变换成光通量的变化,再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速。被测转轴上装有调制盘(带孔或带齿的圆盘),其一边设置光源,另一边设置光电元件。调制盘随轴转动,当光线通过小孔或齿缝时,光电元件就产生一个电脉冲。转轴连续转动,光电元件就输出一列与转速及调制盘上的孔(或齿)数成正比的电脉冲数。在孔(或齿)数一定时,脉冲数就和转速成正比。电脉冲输入测量电路后经放大整形,再送入频率计的计数显示。
1.6光电传感器在变电站通信控制系统中的应用
光电传感器作为一种新型的电压电流测量装置,与传统电磁式互感器相比较,具有绝缘强度高、动态范围、大频带宽、抗干扰能力强、不会产生磁饱和及铁磁谐振、体积小、重量轻、造价低等一系列优点。自20世纪60年代以来,光电传感器经历了原理性研究、试验样机和现场挂网运行等阶段。目前国外已经有部分实用化产品投入市场,但真正得到大规模的应用还有一个过程,而且国内变电站自动化系统的应用水平不一,如何让光电传感器在变电站自动化系统中得到应用并提高变电站自动化系统的水平,成为光电传感器研究的重点。变电站通信控制系统是变电站自动化系统的重要组成部分,其技术水平直接关系到变电站自动化系统的性能。随着电子技术和通信技术的飞速发展,变电站通信系统也经历了集中式、功能分布式和分散分布式等阶段。而通信系统的发展变化总是与变电站的测控、保护装置的发展变化相适应的。随着光电传感器在变电站中的应用,将对变电站通信控制系统产生深远的影响,并提高其自动化应用水平。
2光电传感器的发展趋势
近年来,由于传感器的广泛应用以及在日常生活中所起的越来越重要的作用,人们对传感器提出越来越高的要求。21世纪初期(2010前后)。敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高。并加速新一代传感器的开发和产业化。纵观几十年传感技术领域的发展,不外乎分为两个方面:一是提高与改善传感器的技术性能;二是寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。
2.1传感器改善性能的途径
一般常采用下列技术途径:差动技术,平均技术,补偿和修正技术,屏蔽、隔离与干扰抑制,稳定性处理。
2.2传感器的发展动向
2.2.1开发新型传感器
a.采用新原理;
b.填补传感器空白;
c.仿生传感器等诸方面。
2.2.2开发新材料
a.从单晶体到多晶体、非晶体;
b.从单一型材料到复合材料;
c.原子(分子)型材料的人工合成。
2.2.3智能材料
是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数,研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。
2.2.4新工艺的采用
新工艺的含义范围很广,这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的维系加工技术。
2.2.5集成化、多功能化与智能化
3光敏传感器的基本特性及实验原理3.1伏安特性光敏传感器在一定的入射光强照度下,光敏元件的电流i与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线,它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。光敏电阻类似一个纯电阻,其伏安特性线性良好,在一定照度下,电压越大光电流越大,但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率,超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻的永久性损坏。光敏二极管的伏安特性和光敏三极管的伏安特性类似,但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍,零偏压时,光敏二极管有光电流输出,而光敏三极管则无光电流输出。
3.2光照特性
光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性,有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性,它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。
4实验仪器
光电传感技术篇6
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，如下1.1所示，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。
作者:徐笑单位:新疆公安厅特别侦察队
参考文献
光电传感技术篇7
近年来，越来越多的个人、消费者、公司和政府机关都认为现有的基于智能卡、身份证号码和密码的身份识别系统很繁琐而且并不十分可靠。生物识别技术为此提供了一个安全可靠的解决方案。生物识别技术根据人体自身的生理特征来识别个人的身份，这种技术是目前最为方便与安全的识别系统，它不需要你记住象身份证号码和密码，也不需随身携带像智能卡之类的东西。
生物识别技术[1]包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别技术、声音识别技术、指纹识别技术[2]。其中指纹识别技术是目前最为成熟的、应用也最为广泛的生物识别技术。每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，这些指纹特征是唯一的，并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。
指纹识别系统[3]是通过指纹采集、分析和对比指纹特征来实现快速准确的身份认证。指纹识别系统框图如图1所示。
指纹采集器采集到指纹图像后，才能被计算机进行识别、处理。指纹图像的质量会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度，因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。本文着重分析比较不同的指纹采集技术及其性能。
1指纹采集技术
指纹的表面积相对较小，日常生活中手指常常会受到磨损，所以获得优质的指纹细节图像是一项十分复杂的工作。当今所使用的主要指纹采集技术有光学指纹采集技术，半导体指纹采集技术和超声波指纹采集技术。
1．1光学指纹图像采集技术
光学指纹采集技术是最古老也是目前应用最广泛的指纹采集技术，光学指纹采集设备始于1971年，其原理是光的全反射(FtiR)。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线由CCD去获得，反射光的量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃照射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到CCD，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在CCD上形成了指纹的图像。如图2所示。
光学采集设备有着许多优势：它经历了长时间实际应用的考验，能承受一定程度温度变化，稳定性很好，成本相对较低，并能提供分辨率为500dpi的图像。
光学采集设备也有不足之处，主要表现在图像尺寸和潜在指印两个方面。台板必须足够大才能获得质量较好的图像。潜在指印是手指在台板上按完后留下的，这种潜在指印降低了指纹图像的质量。严重的潜在指印会导致两个指印的重叠。另外台板上的涂层(膜)和CCD阵列随着时间的推移会有损耗，精确度会降低。
随着光学设备技术的革新，光学指纹采集设备的体积也不断减小。现在传感器可以装在6x3x6英寸的盒子里，在不久的将来更小的设备是3x1X1英寸。这些进展得益于多种光学技术的发展。例如：可以利用纤维光束来获取指纹图像。纤维光束垂直照射到指纹的表面，他照亮指纹并探测反射光。另一个方案是把含有一微型三棱镜矩阵的表面安装在弹性的平面上，当手指压在此表面上时，由于指纹脊和谷的压力不同而改变了微型三棱镜的表面，这些变化通过三棱镜光的反射而反映出来。
美国Digitaipersona[4]公司推出的U．are．U系列光学指纹采集器是目前应用比较广泛的光学指纹采集器，主要用于用户登录计算机windows系统时确认身份，它集成了精密光学系统、LeD光源和CmoS摄像头协同工作，具有三维活体特点，能够接受各个方向输入的指纹，即使旋转180度亦可接受，是目前市场上最安全的光学指纹识别系统之一。U．are．U光学指纹采集器按照人体工学设计，带有USB接口，是用户桌面上紧邻键盘的新型智能化外设。
1．2半导体指纹采集技术
半导体传感器是1998年在市场上才出现的，这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像。
(1)硅电容指纹图像传感器
这是最常见的半导体指纹传感器，它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约100，000个电容传感器，其外面是绝缘的表面。传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极，按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极，传感面形成两极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同(纹路深浅的存在)，导致硅表面电容阵列的各个电容值不同，测量并记录各点的电容值，就可以获得具有灰度级的指纹图像。
(2)半导体压感式传感器
其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料，它们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号，并进一步产生具有灰度级的指纹图像。
(3)半导体温度感应传感器
它通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同就可以获得指纹图像。
半导体指纹传感器采用了自动控制技术(aGC技术)，能够自动调节指纹图像像素行以及指纹局部范围的敏感程度，在不同的环境下结合反馈的信息便可产生高质量的图像。例如，一个不清晰(对比度差)的图像，如干燥的指纹，都能够被感觉到，从而可以增强其灵敏度，在捕捉的瞬间产生清晰的图像(对比度好)；由于提供了局部调整的能力，图像不清晰(对比度差)的区域也能够被检测到(如：手指压得较轻的地方)，并在捕捉的瞬间为这些像素提高灵敏度。
半导体指纹采集设备可以获得相当精确的指纹图像，分辨率可高达600dpi，并且指纹采集时不需要象光学采集设备那样，要求有较大面积的采集头。由于半导体芯片的体积小巧，功耗很低，可以集成到许多现有设备中，这是光学采集设备所无法比拟的，现在许多指纹识别系统研发工作都采用半导体采集设备来进行。早期半导体传感器最主要的弱点在于：容易受到静电的影响，使得传感器有时会取不到图像，甚至会被损坏，手指的汗液中的盐分或者其他的污物，以及手指磨损都会使半导体传感器的取像很困难。另外，它们并不象玻璃一样耐磨损，从而影响使用寿命。随着各种工艺技术的不断发展，芯片的防静电性能和耐用度得到了很大的改善。
从Lucent公司中分离出来的Veridicom[5]公司，从1997年开始就一直致力于半导体指纹采集技术的研发，迄今已研制出FpSll0、FpS200等系列CmoS指纹传感器产品，并被一些商品化的指纹识别系统所采用。其核心技术是基于高可靠性硅传感器芯片设计。
FpS200是Veridicom公司在吸收了已广泛应用的FpSll0系列传感器优点的基础上，推出的新一代指纹传感器。FpS200[6]表面运用Vefidicom公司专利技术而制成，坚固耐用，可防止各种物质对芯片的划伤、腐蚀、磨损等，FpS200能承受超过8KV的静电放电(eSD)，因此FpS200可应用在苛刻的环境下。该产品融合了指纹中不同的脊、谷及其他纹理信息，通过高可靠性硅传感器芯片的图像搜索功能，无论手指是干燥、潮湿、粗糙都可以从同一手指采集的多幅
指纹图像中选择一幅最佳图像保存在内存中，指纹分辨率可达500dpi，大大降低了传感器芯片识别过程中误接受与误拒绝情况的发生。FpS200是第一个内置三种通信接口的指纹设备：USB口、微处理器单元接口(mCU)、串行外设接口(Sn)，这使得FpS200可以与各种类型的设备连接，甚至不需要外部接口设备的支持。外形封装尺寸(24mmx24mmxl．4mm)，只有普通邮票大小。由于它的高性能、低功耗、低价格、小尺寸，可以很方便地集成到各种intemet设备，如：便携式电脑、个人数字助理(pDa)、移动电话等。
1．3超声波指纹图像采集技术
Ultra-scan公司首开超声波指纹图像采集设备产品先河。超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种，但在指纹识别系统中还不多见，成本很高，而且还处于实验室阶段。超声波指纹取像的原理是：当超声波扫描指纹的表面，紧接着接收设备获取的其反射信号，由于指纹的脊和谷的声阻抗的不同，导致反射回接受器的超声波的能量不同，测量超声波能量大小，进而获得指纹灰度图像。积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波取像影响不大。所以这样获取的图像是实际指纹纹路凹凸的真实反映。
总之，这几种指纹采集技术都具有它们各自的优势，也有各自的缺点。超声波指纹图像采集技术由于其成本过高，还没有应用到指纹识别系统中。通常半导体传感器的指纹采集区域小于1平方英寸，光学扫描的指纹采集区域等于或大于1平方英寸，可以根据实际需要来选择采用哪种技术的指纹采集设备。
表1给出三种主要技术的比较。
表1
光学扫描技术半导体传感技术超声波扫描技术成像能力干手指差，汗多的和稍胀的手指成像模糊。易受皮肤上的脏物和油脂的影响。干手指好，潮温、粗糙手指亦可成像。易受皮肤上的脏物和油脂的影响。非常好成像区域大小中分辨率低于500dpi可高达600dpi可高达1000dpi设备体积大小中耐用性非常耐用较耐用一般功耗较大小较大成本较高低很高2应用与发展前景
光电传感技术篇8
关键词：背照式；图像传感器；专利申请；技术发展路线
引言
CmoS图像器的研究起始于20世纪60年代末，由于当时受工艺技术的限制，直到90年代初才发展起来，与CCD技术相比，CmoS技术集成度高、采用单电源和低电压供电、成本低和技术门槛低，至今己研制出三大类CmoS图像传感器，即CmoS无源像素传感器ppS、CmoS有源像素传感器apS和CmoS数字像素传感器DpS。根据像素结构可将CmoS图像传感器分为正面照射型像素单元结构FSi和背照式像素单元结构BSi。
一、背照式CmoS图像传感器技术简介
背照式CmoS图像传感器是相对于正照式而提出的，是指采用从背面对传感器进行照明，通过将正照结构中器件层与金属布线层整体翻转，把原本阻碍光路的金属布线层挪至光路另一侧，入射光无须经过金属布线层，可通过基板的背面直接到达光电二极管，如此大幅降低金属布线层对光子的衍射与串扰。
然而由于使光线尽可能地入射至光电二极管，就需要对硅基进行减薄，这就给制造工艺带来了较大的困难，如硅片厚度一致性、硅基背面损伤等问题。并且在BSi背照式像素内，光子是由衬底一侧入射的，入射的红光由于吸收深度较深，其激发区域比FSi中更靠近n埋层而易被收集，这使得BSi的红光量子效率确实比FSi有所改善，但对于入射深度较浅的蓝绿光，其激发区域更靠近表面，使得光生电子更加不易被收集，即背照式CiS在短波下串扰问题更为严重。此外，由于像素单元光电二极管是CmoS图像传感器的核心结构，对背照式CmoS图像传感器性能起到重要作用，而填充因子、量子效率、满阱容量、暗电流、串扰等都是表征光电二极管性能的重要参数，因此，目前背照式图像传感器的技术主要从基板减薄、串扰、暗电流、像素灵敏度、满阱容量等方面发展。
二、背照式CmoS图像传感器国内外专利概况
背照式CmoS图像传感器是一个近十年才发展起来的新兴技术，最早的关于背照式CmoS图像传感器的专利技术由日本索尼公司在2005年提出，图2.1是背照式CmoS图像传感器国内外专利申请趋势，可见，背照式CmoS图像传感器从2005年至今也得到了快速的发展，申请量在这2005年-2012年里几乎成正比例关系持续增长，从2005年的萌芽阶段，到2010年左右较为成熟阶段，从2010-2012年申请较之前而言更是得到了大幅度的增长。此外，从图中可以得出国外与国内的申请量的差别，在同一时期，国外的申请量几乎是国内申请量的5倍左右，并且在2012年左右，国外申请得到迅速增长，而在该时期，国内的申请依旧呈平稳式的增长。可见，在背照式CmoS图像传感器领域，技术的主动权还是掌握在国外申请人手里。
本节还从国内外专利申请重要申请人方面对背照式CmoS图像传感器领域的专利申请做进一步分析，主要考虑申请人历年的申请总量，按照申请总量进行排名，取前10名申请人进行分析。图2.2是全球专利申请量排名前10名的申请人。可见，前10名的申请人集中在台湾、日美韩四个地区/国家，尤其是台湾积体电路制造股份有限公司在背照式CiS领域占据了30%以上的申请量，属于该领域的龙头企业，其技术领导地位可见一斑，其次为日本的索尼公司和美国的豪威科技公司。中国除台湾地区以外，没有企业进入国内外申请人前10名，这说明中国的企业在该领域仍旧处于被动发展的状态。
图2.3是中国内地专利申请量排名前10的申请人。对然内地的企业未能进入国内外申请人前10名，但在内地还是有较多的企业/合资企业对该领域进行研究，除去国内外合资企业以外，如武汉新芯、上海华力微电子、上海华虹宏力等企业在该领域占据整个国内申请的30%左右，说明该领域在内地也有一定的知识产权自，未来发展指日可待。
光电传感技术篇9
【关键词】激光三角法可控型水龙头光电转换
微电子技术和传感器已经成为二十一世纪信息社会的重要标志。随着激光传感器的广泛应用及新型光电扫描与光电探测技术的不断提高，工业、农业、家庭、军事、医学等应用领域的传统方法得到了改善。激光传感可控型水龙头将激光位移传感器与电子信号处理技术结合，应用在了水资源节约领域。市场上的传统插卡式热水龙头在使用时难以估定水瓶内的水位，存在着极大的安全隐患和水资源浪费问题。该项日利用激光位移传感技术检测并定位水的高度，经过数字信号处理器将信号反馈到电子电路，自动切断电源。和传统插卡式热水龙头相比，基于激光位移传感器的可控节约型水龙头具有测量精度高、可靠性好、非接触、自动化、安全等突出优点，有极重要的现实和环保意义。在前期的推广中，这项技术先应用于学校水房保温瓶水位的测试。随着后期技术的成熟和市场的开发，可推广向工厂水箱水位测定等更广的领域，发挥更大的经济和应用价值。
一、激光位移传感器的研究现状
现今光电技术的发展、微机的控制、数据的处理及pSD、CCD、四象限位移探测器的改善，使传统的三角测量法有了广泛的应用。具体包括质量的检测、设备的维护、机械和生产自动化、流程和设备的监控等各个领域。
目前在国内，激光位移传感的主要应用包括：对灵敏度和精确度的分析，如何提高其使用范围以及位移、角度、同轴度的非接触测量和校准领域。不过，我国对激光位移传感器的研究仍处于实验阶段。国外很多专家对其做了大量的研究并取得成果。西班牙的研究者在三角激光位移传感器的系统中，发现周围的杂光对测量的精度有影响，并给出了相应的消除方法。目前，国内外有很多这样的产品，广泛地应用在军事技术、航空航天、检测技术等诸多领域。美国研制出红外测温传感器，使其在恶劣的环境下仍能测量出飞行器各部分的温度；城市的交通管理也运用红外光电传感器进行路段事故检测和故障排除的指挥。总体来说，国外传感器的测量范围大，线性度好，分辨率高，稳定性好。国内对激光位移传感器的研究虽不及一些欧美国家，但是却在研究的种类上屡创新奇。
二、激光三角测量技术的原理
激光三角测量法是指从光源发射一束光线到被测物体表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置，成像位移和实际位移存在一定的换算关系，通过这个关系式可以计算出被测物体表面的实际位移。由于入射光和反射光构成一个三角形光路，因此被称为三角测量法。按照入射光线与被测物表面法线的关系，可分为直射式和斜射式。本项研究采用的是直射式激光三角测量法。
如图l所示，激光发射器发射出一束光线到热水瓶水面形成光斑，光线在表面发生反射后，从另一个方向通过成像透镜，光斑成像在CCD位置传感器上。随着热水瓶水面高度的变化，反射光的角度在发生变化，光斑成像也随之发生位移。设光斑在CCD成像面上相对位移为X’，被测表面（即水面高度）的实际位移为X，则两者关系如下式：
在传感器的选择上，本项研究选用的是CCD激光位移传感器。目前应用于激光三角法测距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupledDevice，光电耦合器件）和pSD（positionSensitiveDetector，位置敏感元件）。pSD是基于横向光电效应来实现光能、位置的转换，CCD是一种新型光电转化元件，主要由光敏单元、信号输入单元和信号输出单元组成。CCD以电荷作为信号，实现电荷的存储、转移和检测。与pSD相比，CCD具有轻便、体积小、耗能小、精度高、稳定性好、时效性高等特点。基于上述考虑，最终选定了CCD激光位移传感器。
三、基于激光位移传感器的可控型水龙头系统结构
本项目研究的激光位移传感器硬件系统包括：激光电源、半导体激光器、线阵CCD驱动电路、输出信号的处理系统、单片机测量系统和水龙头阀门控制系统。如图2所示为激光位移传感器的可控型水龙头系统的总框图。
3.1光源的选择
激光器有很多种：气体激光器、固体激光器、半导体激光器等，气体激光器单色性和方向性好，但体积和重量大，需要外部高压电源，不易安装在小型光学测头上。半导体激光器具有超小型、高效率、电压低、电能转换率高、便于安装等优点。激光光束在传播中存在散射，当测量目标越远，光能量分布不均匀，从而导致误差出现，半导体激光位移传感器可以进行体积小的短距离测量。
3.2线阵CCD驱动电路
目前，应用于激光三角测距系统的光接受元件主要有两种：CCD――光电耦合器件和pSD――位置敏感元件。本测距系统设计中采用精度高、稳定性好的光电耦合器件CCD作为光电探测器，根据被测物体的移动距离，间接进行测量。
3.3输出信号的处理系统
图像采集后，CCD输出的信号叠加了较大的干扰噪声，所以要先经过预处理电路后在进行二值化处理。预处理即是将CCD输出进行前置放大后进行滤波处理，放大电路将微弱的信号放大同时干扰的噪声信号也得到了放大。
所以经过低通滤波器将放大电路处理后信号中的高频成分滤除，常用低通滤波器包括：三角滤波法、高斯低通滤波器、中值滤波器等不。最后将输出的信号送入电压比较器进行二值化处理得到稳定的数字信号。最后将数字信号送到单片机系统进行脉冲计数就能得到像点位置信息。系统将计算后的结果显示在显示器界面上。
3.4水龙头阀门控制系统
在理想条件下，热水瓶的高度为H，由上述系统测出水面高度为X，当x的值接近L时，系统通过反馈电路来控制水龙头的阀门。
四、结束语
激光三角法采用非接触测量，以其实时性强、精度高、对被测物体表面没有特殊要求等优点得以广泛应用，本论文利用直射式激光三角法，对系统的结构参数和所选器件做出了合理的设计和选择。论文的主要工作包括以下几个方面：
（1）通过对激光测距系统在国内外的发展现状研究，并结合本系统情况，确定了本系统的测量原理。
（2）数据采集：令热水瓶的高度是定值H，从光源发射一束激光到被测物体（上升水面）表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置。通过线阵CCD对光电信号进行采集，从而计算出水面到瓶口的距离X。
（3）信号处理将采集到的数据经过滤波放大电路处理，然后将输出的结果由模拟信号转化为数字信号，最后将信号送人单片机系统。
（4）数据结果输出：通过单片机的计算被测物体的位移量，当X-H趋近于零时，将其距离显示在显示器界面上，通过电路控制水龙头阀门的关闭。
后期工作展望：
光电传感技术篇10
声发射技术在我国压力容器检测中得到了成功的应用和推广，为广大压力容器用户带来了巨大的经济效益。据此，探讨了声发射检测技术的原理及其组成部分（声发射源、传感器、信号分析处理）的研究现状与发展趋势，其中声发射传感器在声发射检测系统中起着至关重要的作用，是声发射故障诊断的关键装置，而光纤光栅传感技术在安全性、长期稳定性、可靠性和长寿命等方面具有独特优点，其固有的优势必会在不久的将来取代传统的传感技术，也必将会受到越来越多的重视。
关键词：
声发射；压力容器；光纤光栅传感器
0引言
声发射，是在材料受外力或者内力作用发生变形或断裂，以弹性波释放出应力－应变的一种常见的物理现象。声发射技术是借助于声发射检测系统对声信号进行记录、分析，并以此推断声发射源性质的技术，已经广泛应用于各种结构或材料的稳定性评价。
1声发射技术的原理及应用
声发射检测技术的基本原理如图1所示：通过声发射源释放出的弹性波，经介质传播到达被检体表面，声发射传感器将携带的缺陷信息由弹性波转变为电信号，再经放大、处理，记录和显示获得的信号波形，分析评定材料特征参数或内部结构的缺陷情况。声发射检测技术在我国压力容器检测中成功的推广和应用的具体原因在于：一方面在不损伤构件的条件下在线监测缺陷动态信息，及时提供构件的疲劳与损伤程度，确保了这些压力容器的安全运行；另一方面，声发射检测技术可以用于复杂环境中的检测，对被测构件几何形状尺寸不敏感，对构件的线性缺陷较为敏感，可以提供缺陷随着载荷、时间、温度等变量变化的实施连续信息，大大缩短了压力容器的检验周期。声发射技术广泛应用在国防和国民经济的各领域，汪鼎对氨制冷设备中检测问题的研究，采用声发射技术可以正确检验氨制冷设备、对氨制冷容器进行在线检验，保障制冷设备的正常运行提供了可靠的依据；张宏把声发射技术用于锅炉泄露的实时监测问题，利用声发射泄漏检测技术定位缺陷部位，进行监测泄漏；m．B．Bakirov等人对核电站设备高级别金属老龄化进行检测和诊断。总之，随着新一代全数字化声发射仪器和功能强大的信号处理软件的问世，以及人们对声发射检测技术更深层次的认识，声发射技术在未来将经历一个新的更高层次发展的阶段。下面对声发射检测技术的每个环节进行简单的介绍。
2声发射源
声发射源，具体是指声发射试件的物理源点或者出现声发射波的机制源。研究声发射的微观起源有助于人们决定产生声发射的可能性，并以此去检测声发射的参数以区别它们。构件因在外力的作用下产生变形，在变形的过程中外力所做的功转变为储存于构件的应变能，其在释放的过程中产生弹性波是材料产生声发射的源；另外，构件内部各部分之间因相对位置发生变化而引起的相互作用时产生塑性变形也会导致声发射。例如，压力容器碰撞外部脚手架、支撑平台等可以形成机械摩擦声发射信号；此外，容器壳体利用焊缝焊接，在加压过程中，壳体膨胀造成各部分的摩擦以及压力容器焊缝表面裂纹与内部深埋裂纹的尖端塑性形变极有可能形成大规模的声发射信号；气孔、夹渣、未熔合与未焊透问题导致的开裂和扩展以及断裂非金属渣物出现在压力容器焊缝内进而形成了声发射信号；针对新制压力容器第一次加压或者正在使用的压力容器，焊缝修理位置容易产生焊接残余应力进而形成声发射信号。
3声发射传感器
声发射检测中的传感器属于接收换能器，它的作用是将材料塑性变形或裂纹产生的弹性波转换成易于检测、处理的电信号传输给测试系统，以便得到声发射源的实时信息。灵敏度与工作频率是传感器最重要的两大性能指标，要根据所测材料的声发射频率选择灵敏度高的传感器，争取接收到声发射发生过程中产生的所有声发射信号。目前广泛采用的声发射传感器主要有压电式和电容式。压电式声发射传感器如图2所示，主要由壳体、压电元件、阻尼剂、保护膜和电缆组成，最常见的压电元件为陶瓷晶体，压电陶瓷晶体本身阻抗低、波形稳定、介电损耗低，做成的压电陶瓷传感器可以精确完成对力、振动、加速度、速度等非电量的测量。但是压电式传感器也存在工作频率较窄、不能接触腐烛环境、易受电磁干扰等缺点。电容式声发射传感器如图3所示。声发射检测中，将被测构件表面作为电容器旳一块极板，当声发射波传至电容器时，构件相应表面的振动位移变化导致电容器的电容发生变化，电容器将有相应于声波频率的交变信号输出。电容式声发射传感器有较高灵敏度强、适应性强、精度高，缺点是价格比较高，操作比较复杂，灵敏度低。伴随着光纤光栅传感技术的迅速发展，基于光纤光栅传感原理的声发射传感器是最近研究较多的新型传感器之一。如图4所示，光纤光栅传感器是借助某种装置把被参量的变化转换为作用于光纤光栅上的应变与温度的变化，引起谐振波长的变化，光纤布拉格光栅的谐振方程可表示为：λB＝2n•Λ其中λB为光纤光栅的波长；n为有效折射率；Λ为光栅周期。可见，波长取决于光栅周期和纤芯膜的有效折射率，而引起这两个参量改变的常见原因是温度和应变。当光栅受到拉伸或者挤压时，光栅的周期也会随之改变，纤芯膜的有效折射率也会发生相应的改变；而材料本身会热胀冷缩，温度的变化在任何情况下都难以避免，温度的变化便引起周期和有效折射率的变化，因此，无论应变还是温度发生变化，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而引起反射光的波长发生变化，通过测量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。如图5所示，利用光纤光栅传感器检测化压力容器的声发射信号，并对测量信号进行理论建模和仿真分析处理；同时根据检测参数的信号解调，对声发射条件下的试验研究、检测模型进行分析，根据得到不同的结果调整参数改进检测模型，多次进行实验研究，总结相关规律得出相应的结论，最终实现压力容器裂纹有无和程度的检测。光纤光栅传感器具有本质安全、稳定性好、环境适应性强、抗电磁干扰、可以在一根光纤上布置多个光栅实现多点多参数测量，以及尺寸小、重量轻、体积小，易于实现嵌入安装等特点，非常适合对处在恶劣环境中构件进行长期实时在线安全监测。杨斌、段鹏基于电阻应变法和光纤光栅传感技术，开展了针对水电站压力钢管运行全过程的应变形变特点的比对试验研究，有利于水电站坝内压力钢管明管段等潮湿腐蚀环境下的长期健康性能监测；刘丰年、李娜提出利用光纤光栅传感技术对管道腐蚀进行实时在线监测，通过试验和建模分析验证了可行性；Roberts，Damon等也提出利用光纤在立管，油管完整性监测。但是光纤光栅传感器在传感信号的解调、可复用光栅的数目受到限制、如何实现大范围且快速准确实时测量、如何正确地分辨光栅波长变化的原因等问题都有待发展。
4信号放大、分析、处理
目前，小波分析和人工神经网络等新型的信息处理技术，已经发展成为当代科学技术发展的重要组成部分。因此如何结合声发射信号的特点，将这些新型信息处理技术引入声发射信号处理领域，充分利用这些信号处理手段，研究具有更高性能的声发射信号处理系统和更有效的声发射源识别方法，对于提高声发射源定性、定量和定位的精确程度，加快我国声发射技术的研究和声发射仪器性能的提升，具有重要理论意义和实际应用价值。
4．1小波分析小波分析
可以描述某一频谱信息对应的时域信息，在声发射信号去噪、特征提取、声发射源的定位和识别研究中被广泛采用，由于声发射信号与噪声在小波变换下的行为各不相同，二者可以被分离出来，并利用这种方法对声发射信号进行有效的信噪分离，得到人们真正感兴趣的声发射信号。张万岭等通过结合不同的探头、改造标准试块，检测出厚壁压力容器的缺陷，并总结出探头的适用厚度范围；张海燕、郭建平等将小波包去噪法成功应用于超声波缺陷信号的降噪处理，降噪效果良好；FairouzBettayeb等成功将小波包分析法应用于超声检测中干扰信号的处理，同时解决了压力容器缺陷的精确定位问题；Fedi、Bacchelli对多小波降噪进行了具体研究，并取得了不错的效果。但是，由于声发射检测技术是一门实用性技术，现有的很多声发射小波分析研究仍处于初级阶段，诸如小波谱、小波相干性等新方法、新技术，因此把小波分析引入到声发射检测工程中，解决实际工程问题需要进行更深层次的研究。
4．2人工神经网络
人工神经网络具有自主学习的能力、联想存储的能力、高速寻找并且寻找优化方式的能力。作为一门活跃的边缘叉学科，神经网络的研究与应用正成为人工智能、认识科学、神经生理学、非线性动力学等相关专业的热点。近十几年来，针对神经网络的学术研究非常活跃，黄新民把神经网络技术用到声发射源定位当中，准确地推断出结构损伤位置，且精度有较大的提高；阮羚、谢齐家等提出了一种基于人工神经网络和信息融合技术的变压器状态评估方法，提高变压器状态评估的时效性和准确性。在对人工神经网络进行优化的研究中，首当其冲的问题就是要寻找一个合适的优化算法解决最优化问题，人门面提出上百种的神经网络模型，涉及模式识别、联想记忆、信号处理、自动控制、组合优化、故障诊断及计算机视觉等众多方面，取得了引人注目的进展。但是，人工神经网络的适用范围有限，难于精确分析神经网络的各项性能指标；是对数字计算机的补充，不能保证绝对的准确性；结构单一，体系不够简洁，通用性差等缺点。
5结论
声发射技术作为一种新型动态监测方法，在无损检测技术中占有重要地位，虽然经过多年的发展，已经有了比较成型的理论系统，并且在一些工程检测中得到了较为有效的应用，但声发射技术在实际工程检测中仍存在着许多不足之处有待完善。寻求探索新的更完善、更有效的信号处理方法可有力的推动声发射检测技术的发展与进步，而将光纤光栅传感器技术与信息融合技术、嵌入式技术、故障诊断技术和可靠性技术、网络技术等学科结合起来，提出声发射－光纤光栅分布传感损伤检测的新方法，基于创建的嵌入式动态监测方法，建立适于大型动力装置状态监测与故障诊断的理论与技术，开展声发射条件下的损伤分布动态检测原理和方法的研究，具有鲜明的特色和创新，必将得到广泛的应用。
参考文献：
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