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闡述Kubler庫伯勒光電傳感器新技術和應用

      光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應。光電效應是指光照射在某些物質(zhì)上時，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應的電效應現(xiàn)象。根據(jù)光電效應現(xiàn)象的不同將光電效應分為三類：外光電效應、內(nèi)光電效應及光生伏效應。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和應用闡述如下

1、用于目標跟蹤和坐標定位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)設計，在感光單元內(nèi)部由光電信號預處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號轉(zhuǎn)化為幅度較大的電信號輸出，避免了對微弱信號的處理，降低了噪聲的影響。傳感器應用陣列采集光信號，可以直接確定目標光源的坐標位置并實現(xiàn)一步到位的快速調(diào)整。傳感器使用標準CMOS工藝制造，將傳感陣列與信號處理電路集成在同一芯片上，可以實現(xiàn)傳感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)設計。廣泛應用于激光的瞄準、制導、跟蹤，搜索裝置，精密測量，如激光微定位、位移監(jiān)控、精密機床的光電控制等領域。是一種用于目標跟蹤和坐標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)?；旌蟼鞲衅骷呻娐?/p>

基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應用于激光的跟蹤制導、位移監(jiān)控、精密機床等控制等領域?；诠璧陌雽w磁敏傳感器廣泛應用于測量磁場強度的各種磁場計、讀出磁介質(zhì)上信息的各類磁頭以及非磁信號的探測器等。

3、應用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號檢測

 以提升表面等離子共振生物醫(yī)學傳感器的檢測能力為目標，用高性能光電二極管陣列為光電轉(zhuǎn)換器件，論證并實現(xiàn)一種可高效抑制噪聲的檢測方法，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號的特性，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傳感器檢測人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結(jié)合的實驗表明，該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率，使之可精確檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化，精度和分辨率提升一個數(shù)量級以上。

4、光電檢測傳感器陣列在運動物體檢測中的應用

一個基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測傳感器陣列，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區(qū)域中所感知對象信息的功能，即檢測和描述感知對象的存在、運動及其運動軌跡等情況。

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用涉及的領域非常廣泛，其研究和開發(fā)引起了高度重視，各國更是競相研究開發(fā)并引起激烈的競爭。從最初的應用于*事逐漸發(fā)展到民事，而且與我們的生活息息相關，應該說現(xiàn)代化的生活離不開光電傳感器的參與，如電話機、復印機、掃描儀、打印機、車庫開門器、液晶顯示器、色度計、分光計、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*事和民用領域的應用發(fā)展得十分迅速。在*事應用方面，研究和開發(fā)主要包括：水下探測、航空監(jiān)測、核輻射檢測等。美國也是最早將光電傳感器用于民用領域的國家。如運用光電傳感器監(jiān)測電力系統(tǒng)的電流、溫度等重要參數(shù)，檢測肉類和食品的細菌和病毒等。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，限位開關外型或小型傳感器，精密檢測或長距離檢測傳感器，檢測距離長達305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)齊全的標準光纖和定制光纖產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品防護等級達到NEMA6P和IP67。

日本和西歐各國也高度重視并投入大量經(jīng)費開展光電傳感器的研究與開發(fā)。20世紀90年代，研究開發(fā)出多種具有一水平的民用光電傳感器，日本的電器以價格適中質(zhì)量好而聲名遠播。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)和市場競爭。我國對光電傳感器研究的起步時間與國際相差不遠。已有上百個單位在這一領域開展工作，主要是在光電溫度傳感器、壓力計、流量計、液位計、電流計等領域進行了大量的研究，取得了上百項科研成果，有的達到世*水平。

但與發(fā)達國家相比，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)品種仍處于實驗研制階段，還無法投入批量生產(chǎn)和工程化應用。