光电传感器检测技术研究

2016-03-30宋忠华长春理工大学吉林长春130022

电子制作 2016年8期

关键词：电荷传感传感器

宋忠华长春理工大学吉林长春 130022

光电传感器检测技术研究

宋忠华长春理工大学吉林长春 130022

【文章摘要】

在本文中笔者首先介绍了光电传感检测技术，然后分析了光电传感器的研究情况，以期进一步提升光电传感器检测技术的研究水平。

【关键词】

传感器；检测技术；光电

进入新世纪后，国内科学技术在不断发展，水平也不断提升，光电传感器检测技术有很大发展，笔者在本文中对该技术研究进行深入的分析和阐述。

1　光电检测技术

我们又称光电传感器为影像传感器或者图像传感器，是借助调制光进行检测物体，其主要作用是变光信号为模拟信号。光电传感器主要组成为：发射器、接收器，在接受器的帮助下对光强变化进行检测，最终实现检测功能。当前，市面上的传感器种类繁多，存在多种样式，主要目的为转换机械动作，对生产线进行控制，计算零件或者检验产品，保护操作人员等。光电传感器控制生产线并直接参与商品的制造。在检测的过程中，光电传感器并非直接接触探测物，在自动化领域中广泛使用。在探测的过程中使用光电传感器能够提升检测的质量和水平，提升检测的精度。

进入新世纪后，国内科学技术获得快速的发展，工业生产自动化程度日益提升，未来检测行业的发展方向为精度高、效率高。该技术的出现让劳动力进一步解放，不仅提高生产能力和产品的质量，更进一步降低了成本。从上世纪贝尔实验室自主研制成功第一台电荷耦合器件（Charge CoupledDevice，简称CCD）后，CCD随着计算机技术的发展迅速提升，在国防、民用等上获得极大的运用，特别是CCD具有的一系列优点，深受青睐。未来探测技术的发展方向为光电传感器技术。

光电检测系统指的是光学量由测光学量或由非光学待测物理量转换而来，以电路处理和光电转换的方式进行检测的系统。作为非接触检测的一种，其具有无损、大距离、高精度等特性，被迅速推广，特别是自动化行业中，在线监测、安全保护等方面深受重用。尤其是最近几年，不断出现新型光电探测器，在电子技术以及微的电脑技术的促使下，光电检测系统的内容被极大的丰富，使用范围越来越广，当前几乎所有的工业行业都在使用，是当前检测技术的主流。

2　光电传感器研究现状

2.1CCD及其发展趋势

自上世纪六十年代贝尔实验室运用当时发展前景看好的硅技术研发出第一台CCD后，在成熟的集成电路工艺的促使下，CCD技术被迅速推广。作为一种用电荷量便是光良的技术，其传输电荷量方式诶耦合方式，具有一系列优点。其基本功能为：贮存、转移电荷，这也就决定了CCD的基本原理是生产、贮存、传输以及检测信号电荷。就其结构而言，CCDA分为两种，线阵和面阵，前者主要是在生产线上的高灵敏传感器，后者就是用于图像的摄取。

由于制造大面积、高分辨率的CCD相对困难，和线阵CCD扫描图比较畸形且修复困难相比，用光学镜头制造的面阵图像更为复杂，所以在高精度图像传感器上，大都倾向于使用线阵CCD，很少使用面阵CCD。以电荷作为信号是CCD的突出特点，其并不以电压或者电流作为基本参数，而是以电荷作为基本参数，这就能够把新的概念和技术引入器件的外围电路以及信号处理上。由于贮存以及转移电荷是该技术的基本功能，所以，其工作的基本原理为产生、贮存并传输信号电荷。在周期脉冲的帮助下，CCD通过贮存和传输来对各种功能加以实现。因为CCD还具有光电转换、贮存信息的功能，所以在传感图像、处理信号以及信息贮存等领域获得最大化运用。特别在图像传感领域等上发展的速度尤其引人瞩目，从提出CCD概念到其商品化进行历时四年。进入新世纪后，在CCD图像传感技术上的研究有很多突破，其在集成度、分辨率等上又有了很大的突破。

线阵CCD器件经过一定时间光敏曝光的作用下，电荷信号向寄存器中转移，然后移位寄存器使用一定的方式把其一个一个的输出，进而得到我们需要的光电信息。线阵CCD具有高敏度、宽光谱、大动态、易操作、方便维护、价格便宜等优势，迅速应用于工业生产线中，在非接触尺寸检测、控制等精确等技术领域。

2.2光电位置传感器

光电位置传感器（Position SensitiveDetectors，简称PSD）作为一种新型的半导体位置探测器，是综合光、电、机、算等为一体的产品，其电信号来源于光电强度及敏感面的光电位置、当PSD敏感面上有光束照射时，在不同电极上会有不同电压的出现，也就意味着电流会流过电级，同时电流和电压会随着光点位置的变化而出现有规则性的变化，这种现象又称为半导体横向光电效应。正是基于上述效应，PSD能够对光电照射在传感器上的位置进行连续性的测量，分辨率较高。光谱具有340-1100nm的响应范围。测量的过程中，和光电的大小无直接关系，处理电路也更为方便。PSD在速度、距离、角度、压力等物理量测上有广泛的运用，同时也可以组合其他传感器一同使用。

PSD的阵列器件有一维和二维之分。一维阵列器的工艺相对简单，其优点为线性度好、噪声低。如果把二维阵列器在X/Y两个方向上做好线性位置，其设计方法和工艺就比较复杂。和普通传感器相比，光电传感器的主要优点为：其一，具有良好的绝缘性，比较安全，无爆炸危险；其二，不存在磁饱和问题；其三，电磁不会干扰其输入和输出信号；其四，小体积，高传输效率。