光电传感技术(6篇)

光电传感技术篇1

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2

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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光电传感技术篇3

【关键词】新型电流电压传感器技术应用

变电站是电力行业在发展过程中重要组成部分，其在实际运行过程中主要通过微处理技术、自动控制技术和网络通讯技术的进行，只有这样才能保证变电站在运行过程中满足一些二次设备合理、有效运行而提出的一种模式。随着社会不断的发展，我国经济水平逐渐提高，电力行业发展迅速，这对于变电站自动化管理来说提供了很大的帮助。现阶段，我国变电站在发展过程中主要以模块管理的形式进行发展，并对其中的核心危机继电保护的机箱总线到单板总线进行合理管理，只有这样才能保证变电站运行时的稳定性、安全性，并保证其在传感技术中得到广泛的应用。

一、电压电流互感器在电力系统中的作用

网络技术和计算机技术的快速发展，为电力行业中的继电保护和变电站自动化的发展提供了很大的帮助，尤其是网络技术的发展将变电站以自动化的形势发展下去，并将其中的电力设备进行创新、完善，尤其是新型的电流电压传感器的出现，对于变电站自动化技术与继电保护技术的发展提供了很大的帮助。

电力行业是促进我国经济快速发展的重要产业之一，在国民经济中占据着非常重要的地位]。随着社会不断的发展，人们的生活水平逐渐提高，对于电力的使用需求也越来越高，电力系统中的额定电压和额定电流都在逐渐提升，而原有的电压电流传感器已经不能跟上社会发展的脚步，满足社会的需求，只有将其不断的创新、完善才能从根本上解决这一问题，改变这一现状就应该将现有的传感器进行创新、完善，产生全新的高压设备，而电压电流互感器就是高压设备中的一种。

二、光纤电流电压传感器技术的应用

光纤电流电压传感器是一种全新的传感技术，在其发展初期，主要通过一些空间光路或者玻璃棒的形式进行传播，并将其安装在220kV的电网上进行传播。在其传播过程中还可以有效的将高压电流测量装置中的信息体现出来，只有这样才能方便人们操作。随着社会不断发展，光纤技术越来越成熟，光纤技术在电压电流传感器中的应用主要通过连接的形式节能型操作，并通过发电机组的电流装置将其中的电流进行测量。而近年来，光纤电压电流传感器技术在运行过程中主要以一些具有一定物质基础的产品进行奠定，尤其是光电晶体的发展，使我国的电流电压传感器技术水平逐渐提升，并为该技术提供了对应的关键敏感元件，并通过晶体的形式进行操作，从而保证电流电压传感器的运行安全。另外，光纤电流电压互感器在运行过程中的主要优点有绝缘性、成本低、低危险等特点，可以在变电站中得到广泛的应用。

光纤电流电流互感器在运行过程中主要通过一些常规的电磁式CT在原有的传感器中进行操作，而电磁式CT利用电磁的耦合性质进行操作，只有这样才能形成一个全新的正比电流，并将其中的信号能源应用在对应的电流中。现阶段，光纤电流电压传感器在运行时其中的光纤电流互感器主要通过二次信号的形式将其中的源以一个独立的形式体现出来，从而保证电流电压传感器的运行安全。另外，对于一些包含多种原理的传感器来说，在其运行过程中主要通过一些指定的OCT安培定律进行操作，并利用Faraday光磁效应运行，只有这样才能将其中的测量围绕电流中的光学环路内磁场以一个全新的形式体现出来。

三、组合式电流电压传感器技术的应用

组合式电流电压传感器是一种具有一定的抗阻式的分浩鳎其主要通过一些线圈和绕组制造，在实际运行过程中可以有效的提高传感器的整体传播效率与准确性。如果组合式电流电压传感器在运行过程中出现一些不确定的来源，其主要原因是：温度变化、搭配出错、受其他电流影响、初级导体的非无限长度等问题。要想从根本上解决这些问题，保证在组合式电流电压传感器的运行安全就应该利用一些体积较小的物理温度系数的特殊材料将其中的稳定进行降低，只有这样才能保证该温度达到了制定的传播问题；当传感器装配出错时，可以通过一些机械的安装的形式进行处理，并将传感器中的电流转移到对应的设备中，从而减少装置出错的现象发生；串扰，当其中的电流测量数值较少时，可以通过传感器中的设计方式将其中的数值进行缩小，只有这样才能保证传感器在运行过程中防止出现一些干扰的现象发生。组合式电流电压传感器在运行过程中主要有准确的高、兼容性强、尺寸小等优点，可以在变电站自动化中得到广泛的应用。

在电力系统运行过程中，需要根据其运行现状制定对应的电流电压传感器制定出对应的运行设计方案，只有这样才能保证电流电压传感器在运行过程中的安全性、稳定性。本文对新型电流电压传感器技术的应用进行了简单的研究，文中还存在着一定的不足，希望我国专业技术人员加强对其的研究。

参考文献：

光电传感技术篇4

【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5

关键词：应用现状；发展情况；光纤传感技术

中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1671-2064（2017）04-0026-01

目前光纤传感器在多个应用领域都有着广泛的传播，并且起到了不错的促进作用。为了更好的发挥其功能特点，在今后的研究过程当中，应该增强技术创新与发展，从而促进光纤传感技术性能的发挥。以下就光纤传感技术的发展与应用进行探讨分析。

1光纤传感技术的发展

1.1光纤光栅传感器

近几年，光纤光栅传感器成为了国内外的研究热点。一般的光纤光栅传感器都是通过对布喇格波长的漂移量进行测量来实现对被测量的检测。此种传感器可以很方便的构成分布式的结构，其灵敏度相对比较高，能够代替其它结构类型的光纤传感器，可以实现对大型的构件的实时监测，在一根光纤当中可以进行多点测量。由于光纤光栅传感器的多种优势，在很多场合都可以进行测量。至今国内外对其进行研究的范围主要体现在几个方面：

（1）对传感网络技术、封装技术等时机应用的研究；（2）α槊舳雀摺⑿⌒突、低成本的探测技术的研究；（3）对能够同时感测温度变化以及应变的传感器的研究[1]。

1.2阵列复用传感系统

利用时分复用、空分复用以及波分复用等方式，将单点的光纤传感器进行阵列化，从而实现空间当中多个点分时或者是同时传感。如今应用比较广泛的有基于干涉结构的阵列光纤传感系统和光纤光栅阵列传感系统。这种阵列式的光纤传感系统能够进行长距离大范围的多点传感，同时也是大规模的光纤传感器的主要发展方向。在今后的研究过程当中，阵列式光纤光栅传感器的主要研究方向为综合复用式的应用，比如说将干涉型检查速度快、结构灵敏度高的特点融入到光纤光栅传感系统当中，使其与光纤光栅的插入损耗低、易于光纤耦合以及高波长选择性能的特点相结合，融合之后的结构对于大规模组网传感系统非常适合。但是阵列式的研究方向对传感元件的稳定性、灵敏度等也提出了更高的要求。

1.3分布式光纤传感系统

这种类型的传感系统是根据沿线光波分布的参量以及被测量随着时间与空间变化的分部信息，进行大范围的并且长距离的连续传感，这代表了目前光纤传感器的一个重要的发展方面。从不同的技术类型的角度来看，可以分为前向传输耦合、布里渊散射、自发拉曼散射以及后向瑞丽散射四种技术类型。不同种技术类型的光纤传感器有着各自的特点，应该根据实际的应用来进行合理的选择。另外分布式的光纤传感系统可以实现空间的测量连续性，这样就很好的避免了使用多个分立的传感元件，从而降低了生产成本。但是为了达到更高的测量精度以及更快更好的测量，还需要进行更深一步的研究，其主要的研究方向包括几个方面：

（1）新型的传感机理的研究；（2）降低测量时间、扩大测量范围；（3）增强系统的空间分辨力以及对信号接收与处理的检测能力；（4）实现单根光纤上多个参数的策略[2]。

1.4智能化光纤传感技术

其智能化主要表现在实现信号的获取传输与处理的一体化；实现多个功能的智能化；实现计算机技术、光纤通信传感技术的融合。如今在多个应用领域都对智能化的光纤传感系统有着非常广泛的应用，比如说石油测井、声发射检测以及环境感知等。这项技术能够对其周围的环境进行自我的感知、判断、复性等多种功能，除此之外在土木工程、医疗、航空航天等多个领域也应用非常广泛。

2光纤传感技术的应用

2.1在工程方面的应用

光纤传感技术在工程方面得到了非常广泛的应用。主要表现在对对布里渊光时域反射、拉曼光时域反射、光纤光栅等多种技术的应用。其中布里渊散射在对长距离的分布式应力进行监测时得到应用，另外在对大中型建筑工程的稳定性进行监测的时候也有所应有；拉曼光时域反射在对建筑物的火灾与渗透监测时得到应用；光纤光栅技术在对隧道以及桥梁的重点部位进行监测是应用较为广泛。

2.2在电力领域方面的应用

伴随着人们对电力的要求不断提高，传统的传感器已经达不到人们的基本需求。以光纤传感技术为背景，构建的光纤电流传感器能够极大地提高电网的稳定性能，并且顺应了智能化电网的发展趋势，降低了供电损耗，提高了供电的质量，响应了国家节能减耗的号召。但是由于光纤传感器对外界的温度有着很强的敏感性，因此对其耐温性能有待进一步改良。

2.3其他方面的应用

光纤传感器在石油工业、医用领域、复合材料领域等方面也有广泛的应用。在石油工业方面，基于反射光强的泄露和液位以及传输损耗调制的传感器，部分已经流入市场来用于对石油勘探的光纤加速度传感器以及光纤压力传感器在多个国家已经进行了大量的研究；在医用领域方面，对以激光多普勒频移技术为基础的血液流速进行测量。

3结语

光纤传感器的优势在光电技术领域逐步的凸显出来，实现了与光纤通信技术、计算机技术等的融合，在多个新型应用领域都有着非常广泛的使用。以光纤传感技术为基础的各种传感器也得到了广泛的发展，所以，为了进一步促进光纤传感技术的发展，就必须不断地进行创新研究，根据实际情况，研究出更好的光纤传感器。

参考文献

光电传感技术篇6

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：