浅谈光电检测技术的组成与应用

蔡颖桥

（长江大学电子信息学院 434000）

浅谈光电检测技术的组成与应用

蔡颖桥

（长江大学电子信息学院 434000）

光电检测技术主要利用光电传感器实现各类检测，即将被测量转换成光通量，再将光通量转换成电通量，并综合利用信息传输技术和信息处理技术，最终完成对各类物理量进行在线和自动检测，是新兴的具有学科交叉特点的研究项目。本文重点讨论了光电检测技术的理论组成内容和在现实生产生活中的应用，尤其是电子信息技术在光电检测技术中的组成与应用。

光电检测；技术；组成；应用

前言

现代光电系统无一不把光学、精密机械、光电转换、电子和计算机技术结合起来，实现其系统的数字化、图像化、智能化和自动化。为达到上述目的，除设计各种不同用途的光电光学系统外，光电能量转换或光电图像转换、数据信号采集与处理、模数转换和计算机处理与分析等都是实现上述目的所不可缺少的重要环节。

1 光电检测技术的整体理论内容总结

谈到光电检测技术，必须要先弄清楚“检测”和“测量”的概念区分，这里的“检测”是指确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作，它的被测对象是宇宙万物，包括固液气体、动物、植物、天体等，被测信息是各种物理量、化学量和生物量，其所需要的检测工具和过程与信息技术有着密切联系；而“测量”是将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程，测量工具和手段都是纯粹的物理理论范畴。因此，光电检测技术最主要的特点就是光信号与电信号的相互转换，具有交叉学科的理论属性，其中起着关键作用的部件就是光电传感器。

光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置，其理论基础是是光电效应，即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类，即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下，金属会吸收光子并发射电子，发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值（相等于光的频率高于某一临界值）时方能发射电子，其临界值即极限频率和极限波长。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。

另外，光电检测技术的运用得益于完善的光电监测系统，由于被测对象复杂多样，故检测系统的结构也不尽相同。一般电子检测系统是由传感器、信号调理器和输出环节三部分组成。传感器处于被测对象与检测系统的接口处，是一个信号变换器。它直接从被测对象中提取被测量的信息，感受其变化，并转化成便于测量的电参数，而这个过程，起着重要理论支撑作用的是电子信息理论。

2 光电检测技术的特点

光电检测技术作为新兴的实用型科学技术，其核心特点总结起来有六点：①检测结果的高精度，光电检测技术是同类各种检测技术中精度最高的，如激光干涉仪法检测长度的相对精度达0.05um/m，光栅莫尔条纹法测角可达0.04s，用激光测距法可以精确测量地球到月球之间的距离；②检测过程的高速度，因为电子信号和光信号的传播媒介是光和空气，众所周知，用光学方法获取和传递信息是最快的；③检测范围的远距离和大量程，因为光是便于远距离传播的介质，适于遥控和遥测，如武器制导，光电跟踪，电视遥测等；④检测技术的先进性，光电检测技术属于非接触检测，因为光照可认为是没有测量力的，也无磨擦，可实现动态测量，效率最高；⑤检测仪器的寿命长，因为光波是可以永久性使用的；⑥光电检测技术具有很强的信息处理与运算能力，从上述对光电检测技术的理论分析可以看出，光电检测系统可将复杂信息并行处理，同时光电方法还便于信息控制和存储，易于实现自动化和智能化。

3 光电检测技术的实际应用和发展趋势

光电检测技术在军事设备、航空航天、生物医药、环境保护、电子工业和新能源设备等方面都有较为深入的应用。举例来说：军事上的光电精确制导技术，就是以高性能光电探测为基础，采用目标识别、成像跟踪、相关跟踪等新方法，控制和导引武器准确地命中目标；在航空航天领域，光电探测技术是实现空间目标探测，进而获得目标信息的主要技术手段；在生物医药领域，生物芯片技术的发展是医学诊断技术的一次革新，它的主要原理是采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、生物膜等载体）的表面，组成密集二维分子排列，从而进行临床观察和诊断，诸如此类的例子不胜枚举，篇幅所限，笔者就不再一一赘述了。

对于光电检测技术的发展问题，是基于目前光电检测技术的应用范围来讨论的。在大规模的仪器设备上，目前光电检测技术的应用已经取得了初步的成功，未来的光电检测技术将致力于发展发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术以及小型的、快速的微型光、机、电检测系统。同时，随着计算机科学技术和互联网技术的快速发展，光子计算与光信息处理产业、全光电子通信产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电子器件产业和光子传感器产业等将成为未来光电子产业发展的重要组成部分。

4 结语

光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，是21世纪的尖端科学，它将对整个科学技术的发展起着巨大的推动作用。同时它本身涵盖了众多的科学技术，它的发展带动了众多科学技术的发展，并在交流与发展的过程中，形成了巨大的光电产业。

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