值，测量分辨率可以得到提高，但是概率法是一种非实时的CCD 检测方法，不适用于智能检测的工程实际中;解调法的基本原理是将电脉冲幅度表示的视频信号恢复成连续的视频信号，对此光滑信号以更高的分辨率确定两边缘点。这样空间的线阵CCD 检测就转换成时间量，利用高频高稳定的晶振时钟作时间基准，可以方便地实现时间细分。但解调法也存在着一定的局限性，即随着检测范围的扩大和检测精度要求的提高，其时钟频率将增加到数十兆赫，这时，提高计数时钟频率来获得高分辨率，在工程中是有难度的;对于插值法，其基本原理是根据用传统边缘检测方法检测到的几个边缘点的值，构造插值多项式，求出该多项式的极值点。因为在边缘点，灰度图像的一阶导数最大，所以该极值点就是边缘点;空间拟合函数法的基本原理就是用数学方法，采用拟合函数，在某种拟合准则(如最小二乘原理)下，对样本函数进行拟合，重建连续函数图像。一维的样本数据拟合等效于数学上的曲线拟合，可选择的数学模型有线性模型、非线性模型和样条函数。由于非线性模型求解困难，而样条函数的引入降低了函数的连续性，故一般多采用线性模型。直线拟合最常采用的是最小二乘法。插值法和空间拟合法一个共同的特点就是实时性不大好，很难满足在线检测的要求。
对于光电检测与纠偏控制系统，其纠偏控制对象具有复杂性和不确定性。采用常规控制 方法，难于实现具有较高精度和较好适应性的 控制效果。固态图像传感器利用光敏单元的光 电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转 换成电信号“图像”，即将光强的空间分布转换为与光强成比例的、大小不等的电荷包空间分布，然后，利用移位寄存器的移位功能将电信号“图像”转送，经输出放大器输出。其线扫描输出光电信号，有利于其后续信号处理。若CCD配置适当的光学系统，则可获得很高的空间分辨率。利用这一原理，采用高速A/D 变换器对目标信号进行采集，并用PIC 单片机实时处理采集的大量数据，同时通过单片机输出处理结果并控制纠偏驱动机的运行。CPU 直接对CCD转换存储体寻址，用双存储体结构，实时逐场转换存储CCD 信号，消除瓶颈效应，提高了CCD的数据采集速度。同时，对CCD 输出的视频
信号，经过去噪等一系列预处理后，针对检测对象不同对比度情况下产生的不同幅值信号，不是采用传统的固定增益放大电路的方法，而是采用自动增益控制电路进行有针对性地放大处理，这将不仅从各个方面大大提高了CCD 的数据处理精度，而且实现了CCD 测量系统智能化、自动化和小型化。
4. 光电检测技术发展趋势
4.1 光电传感器检测技术
4.1.1 光电传感器检测技术发展现状
光电传感器又称图像传感器或影像传感器，是利用调制光实现对物体的检测，其作用是将接收到的光信号转变为模拟电信号。光电传感器由发射器和接收器组成，通过接收器接收到的光强变化产生检测输出实现检测功能。传感器种类繁多，模式多样，主要用于切换机器动作，控制生产线运行，为零件或产品计数，检验产品，保护操作人员等等。作为生产线上的控制部件，光电传感器参与制造了成千上万种产品。光电传感器非接触地探测物体，广泛用于许多自动化领域，如管理系统、机械制造、包装工业等。光电传感器可提供高质量的探测、识别与成像以及高分辨率的静止图象等。
随着科学技术的飞速发展和工业生产自动化程度的提高，高精度、高效率、非接触在线检测已成为检测行业的发展方向。它可以大大地解放劳动力，达到提高生产效率和产品质量、降低成本的目的。自1969年美国贝尔实验室研制成功第一只光电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)以来，CCD 伴随着计算机技术的迅速发展，在国防及民用工业等部门引起人们的极大关注，尤其CCD所具有的体积小、重量轻、结构简单、功耗低、便于数字化等一系列优点，更使其在检测方面的应用越来越广泛。光电传感器技术是未来探测技术的发展方向。
所谓光电检测系统是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。光电检测为非接触检测，具有无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、灵敏度高、电路简单、价格低廉、测量精度高等优
越性，因而应用十分广泛，尤其在高速自动化生产中，在生产过程的在线检测、安全运行保护等方面起到重要作用。特别是近年来，各种新型光电探测器件的出现，以及电子技术和微电脑技术的发展，使光电检测系统的内容愈加丰富，应用越来越广，目前已渗透到几乎所有工业和科研部门，是当今检测技术发展的主要方向。
图12 光电检测系统框图
4.1.2 、光电传感器的改进方法与发展前景 在现代化的测量与控制系统中，随着计算机和网络技术的不断创新和应用，为光电传感器提供了更为准确，可靠的数据与信息，如果光电传感器的应用不能适应计算机技术的发展水平，必将影响到光电传感器的运行效率、质量。因此，在光电传感器的改造与发展中，必须注重现代电子技术与计算机技术的有机合，利用计算机技术优化光电传感器的编程，促使其对于被测量物体的感应更为灵敏，而且将测量信息精确的转化为相关的信号进行传输。另外，在光电传感器的发展中，还要加强相关装置与仪表的精度改造，特别是随着新型C CD图像传感器的诞生，为光电传感器的发展提供必要的技术条件。综上所述，在各行业、各领域中，光电传感器都得到了广泛的应用，尤其是在电力、工业、军事、农业及生活领域，光电传感器的应用不但有利于电力电子设备的升级与改造，而且客观促进了社会生产力水平的提高。随着现代科学技术的不断发展，光电传感器的应用展现了更为广阔的发展空间，我们应注重对于国内外相关技术研究成果的积累和借鉴，并且加强其与现代计算机技术、网络技术、电力电子技术的有机结合，从而不断拓展光电传感器的应用范围，更好的服务于现代社会的发展。
4.2 光电检测系统智能化发展 4.2.1 智能光电检测的基本原理
在基于光信息采集和光电转换的光纤光栅传感系统中，光电检测仪器起着关键作用，而要使光电检测仪器能够适应恶劣环境和检测出光纤光栅波长的微小位移，并将光信号转化为易于处理的电信号，就需要设计出光电检测电路。 本文设计的智能光电检测电路融合了机、光、电、计算机、人工智能等新技术，其检测系统的结构随被测对象的不同而不尽相同。一般智能电子检测系统由智能信号处理系统、光电传感系统、测控系统、输出系统和接口单元等组成。它以智能信号处理系统为核心，集成了光学采集、光学变换、光电转换、电路调理、外围接口及信息输出等技术，可以实现光信息采集、光电信号转换、信号探测、逻辑运算与推理、记忆存储及信息传输等功能，并自动完成自检自校和自我诊断与调整等功能。其系统结构与原理参见图13。
图13 智能光电检测系统结构与原理
智能信号处理系统由微处理器和智能模块组成，其中，微处理器承担数据的处理、运算、存储、管理及信息传输等任务，是智能光电检测系统的核心，并决定其性能。微处理器通常 由高性能的单片机或嵌入式微处理器组成。智能模块实际上是一个智能程序，它集光电检测领域专家知识之大成，代替专家适时解决检测中出现的各种问题，通常由专家知识库、数据模块、逻辑运算与推理程序等组成。
光电传感器系统主要由光电检测元件组成，包括光源、光学通路和光电元件等组成，其功能是实现光学变换和光电转换与传输。目前，常用的光电检测元件有光敏电阻、光电倍管、光电耦合器件、光电二极管、光电三极管、发光二极管(LED)等。
测控电路是对输入的光电传感器信号进行相应的处理，其主要功能是对信号进行放大、滤波、调制、解调、运算、控制、转换及环境检测等。
输出系统用于输出经过智能信号处理系统确认正确的传感器信息，供用户使用，包括信息存储和输出显示等。
外围接口包括人机交互接口和总线与网络接口，前者是用于外界对嵌入式智能光电检测系统进行的人机交互，如对数据的修改、添加、删除、维护等；后者指设备之间链接和网络间的通信，以方便信息传输和共享。 4.2.2 智能光电检测系统的电路设计
智能光电检测系统主要由光电转换电路、信号放大电路、滤波电路、外围环境检测电路、智能控制电路、外围接口电路等组成。其系统框架参见图14。
图14 智能光电检测系统总体框架
首先，将采集的光信息通过光电探测器转换成电信号；其次，针对信号转换过程中的信号弱和噪声大的问题进行信号放大和噪声滤除，并对外围环境信号适时检测。光电转换的信号经A／D转换器变换成数字信号，进入智能信号处理系统进行处理，随后由输出系统传送处理后的信息，完成一次信息循环。因此，良好的光电转换电路设计，应充分满足输出信噪比高、被测信号无频率失真和输出信号功率大的要求。
(1)光电转换电路
采用光电检测技术首先应设计光电转换电路解决光电转换问题。在采集光信息时，由于反射光的强弱受反射物表面的形状、颜色、阳光、灯光照射等多因素的影响，除了选择好采光点外，还应采用在光源范围内有较高灵敏度的元器件，如光敏三极管灵敏度比光电池、光敏电阻、光敏二极管高，不仅随光线变换有较好的线性，而且对光电流有放大作用。 (2)信号放大电路
在光电信号转换的过程中，由于输出电压信号微弱，需要设计放大电路予以放大。T型网络结构的放大电路由电阻比值结构决定放大器的增益，且反馈电阻扩展了(1+R )倍，减少了热噪声和对运放输入偏置电流的影响，放大器具有精度高、稳定性好的优点。其不足是当单通道输入的时候，若输入为不稳定的误差信号，就会直接影响输出端，导致电路稳定性下降。 (3)滤波电路
在光信号转换为电信号的过程中，由于混合有自然光等非检测光源，加上白噪声和器件自身的噪声，使被检测信号的频率有可能失真。为了消除光电信号转换中的这种不利影响，应设计滤波电路，滤除自然光及噪声的干扰。有源滤波器是含有半导体三极管等有源器件的滤波器，与无源滤波器相比，具有体积小、重量轻、价格低、结构牢固、便于集成的特点。 4.2.3 智能光电检测系统优点
智能光电检测系统由于环境适应能力强，测量范围广，测量精确度高，尤其是强化了人工智能系统，可以自动对噪声、温度、电压波动及光源的变化进行修正，加上良好的人机交互界面，大大简化了操作程序，提高了数值处理和分析的效率。我们相信，随着光纤材料、计算机技术和人工智能技术等的不断进步，智能光电检测技术将会不断得到完善和改进，并将引领光电检测技术未来的发展方向。
5 研究热点
近年来，光电技术的研究出现较多的热点。 5.1新型激光器的研究
Z激光器类似于电学系统里面的电源，信息系统里面的信号源，是光电技术的核心。光电子学的开始就是以激光器的问世开始的，在光电子学的发展历程中，也同时促进了激光器的发展，两者相互促进，共同发展。目前激光器的主流半导体激光器已经应用在信息通信\计算机和军事领域广泛应用，近年来一直保持较快速度增长。量子阱超晶格\新材料技术和能带理论的发展进一步推动了光电子学向更高带宽\更快速度\更大功率的方向发展，近年来全固化固体激光器以其优良的性能正取代泵浦方式的固体激光器，成为固体激光器的主流，目前原子激光器也有了较大程度的发展。 5.2硅基光子学的研究
硅是现代电子技术的基石，在硅材料上发展起来的集成电路对电力电子技术\计算机\通信和自动控制等信息技术起了很大的作用。然而随着信息技术的进一步发展，对信息的处理和传输速度有了更进一步的提高，特别是近年来移动互联网的发展，对移动设备低功耗有了更高的要求。但是硅集成电路受到电子运动速度的限制和制造尺寸的限制，很难满足信息量日益变大的需求。在硅集成电路中引入光子技术，用光作为信息的载体，可以大大提高信息处理的速度和效率。硅是间接带隙材料，有声子的参与才能发出光子且效率很低。硅基光电子正是解决这一关键问题所在，用以实现在硅片上集成电子器件和光子器件。目前通过掺铒硅\纳米硅\多孔硅\超晶格\量子阱材料和硅基外延等技术获得了突破性进展。 5.3有机光电材料的研究
有机聚合物具有加工合成和器件制造容 易，价格成本低\介电常数较低\易于和半导体器件\光纤集成\响应速度快等优点，近年来一直是研究的热点。目前在聚合物超快开关的研究
方面也已经取得了突破性进展。 5.4光互联\光计算\光存储的研究
在信息交换技术一直是光信息技术发展的瓶颈，目前光互联技术一直是全光网络实现的关键技术。光互联主要有光交换网络和 CPU 的光互联，多CPU 之间的光互联\光波导开关\光波导互联等。光计算分为专用光计算系统和通用光计算系统，数值的光学处理分为模拟量处理和数字量处理。专用光计算系统是指以光学矩阵运算为基础的代数运算。目前研究人员在路由中用全光矩阵开关取代电开关取得了重大进展。波长为 780nm 和 640nm 的激光器，已使存储容量达到数Gb，还有进一步的提升空间。
5.5生物医学应用的研究
近年来光电技术在生物医学领域的应用的研究十分活跃。他开拓了生命科学的一个新领域。主要有两个方面的应用：一是生物体内产生光子来检测生命过程，应用于生物学研究\食品品质检测\医疗诊断\环境监测等。二是医学光电应用，主要包括医学成像技术\激光诊断治疗和医学光谱分析等。
总之，光电技术目前在国民生产经济中有大规模的应用且发展十分迅猛。科学技术的进一步发展，光电技术会更有进一步服务于工业\农业\医学和国防事业中。
6 结语
光电式检测可非接触地探测物体，广泛用于自动化领域，如管理系统、机械制造、包装工业等。当然，光电式传感器也有它的缺点，它是以光为媒介进行无接触检测，光是一种频率很高的电磁波，光干扰也算一种电磁干扰，光学器件对测量的环境条件要求较高。除此以外，光学器件和电子器件价格较贵。
光电检测作为一种新型检测技术，发展迅速，应用广泛，并朝着智能化方向发展。光电传感器的应用覆盖广泛的工业领域。随着现代社会工业自动化程度的发展,可以预见,伴随着自动化技术的不断创新,光电式检测技术在工业自动化生产线上将获得越来越广泛的应用。由于光学技术的不断进步，尤其是随着激光器成本的下降，价格低廉的激光光电传感器将迅速发展起来，从而会大大提高光电传感器的能，并进一步推广普及光电传感器的工业应用。
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