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光电传感器原理及应用的探讨论文
光电传感器原理及应用的探讨论文
摘 要在科学技术高度发展的现代社会中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息来实现自动控制。光电传感器本身具有反应快、精度高、可靠性高等优点，而且其在测量速度方面较快，所以在自动测量领域中得到了广泛的应用。本文主要针对光电传感器的原理以及其应用等相关问题进行简要探讨。
关键词光电效应；外光电效应；内光电效应；光电子
在社会和经济快速发展的背景下，信息技术获得了广泛的应用，并在现代社会中发挥着重要的作用。很多人在得到资料后通过一系列科学的分析，加工，处理，才能正确认识和把握规律，促进科技工艺的发展。通过对信息的自动采集和过滤，获取有效的控制信息，可以提升企业的竞争力。
光电子和微电子技术的有效结合，形成了新的光电传感信息技术，这一技术的应用，使精度更高，响应速度更快，是具有高可靠性和高精确度的光电传感器，并且能对表格进行更灵活的测量，在自动检测技术当中得到了非常广泛的应用。光电传感器的应用可以实现对光学部件的有效检测。
1 光电效应理论基础
光电效应分为外部和内部光电效应光电效应。外部光电效应指的是表面电子的某些对象的光照射发生逃逸的现象，也称为电光效应以外光电子效应。基于在光电元件上具有光电管，光电倍增管等光学效应的外部光电效应是指光对下一个对象造成影响时，原子的内部电子被释放，但这些电子不会发生表面的逃逸现象，而是仍保持在所述主体的内部，从而使所述被摄体的变化的电阻率或产生电动势。主要包括光敏电阻器，光电二极管，光电池等光电元件。在光电材料的光，电子材料吸收能量，如果电子的表面能吸收足够的，电子将克服逃逸的`束缚到空间，这是光电效应以外的外表面。
因此，如果光电子逃逸面中，w不同的材料具有不同的功函数，入射光具有一定的频率限制，并且仅当入射光的频率大于该频率的限制，将已光电子，否则力度不大，也不会有光电子，这个频率所具有的上限我们一般把它称为“红色极限”。而光在电效应当中，价带与正常情况下的那些半导体材料之间所具有的带隙能量间隔在导带之间，价带电子不会自发如果通过转换到导带，使得导电半导体材料少得多的导电，但是，以某种方式与价带电子提供能量，它可以被激发到导带，形成一个载体，增加的方式的导电性时，光对于入射光的能量的激励。例如，价带电子将吸收这些具有很高能量的光子，并将其过渡到导带之中，从而留下一个介质孔当中的价带，这样也可以形成一对可以用来导电的电子――空穴对。虽然没有相关的逃逸电子或光电子形成，但是显然有电气效应是由于被光电效应中所产生的光。
用于价带到导带的电子跃迁，是有一定限度的入射光的能量，即ey=hv0=eg（v0是低频率）或频率小时石克事件的光比V比波长大于或更小。同时会发生与入射光的能量之间的电子跃迁是比较小的，不能使从价带的光子转变为导带，该带也可以是在子级结构跃迁内的
房间。
2 应用
光电传感器可以检测已被广泛应用于光的变化量而引起的检测技术，工业自动化和智能控制等领域。在这里，我们来说明这种传感器中的应用生产和生活。
2.1 光隔离器
所谓光隔离器一般是由一个发光的二极管或者光电晶体管在同一封套的组合物进行安装而成的。发光二极管的光敏电阻器，发光二极管光电晶体管。其中发光二极管的光电晶体管是被最广泛使用的，经常在隔离一般信号中使用；发光的光敏可控硅电源隔离的驾驶情况下使用二极管；发光二极管或在直接驱动低功率负荷的场合中使用的达林顿复合管。
2.2 文具计量电路
2.3 条码扫描笔
当扫描条形码笔尖上移动，如果遇到黑线，所述发光二极管的光就会由黑线被吸收，光电晶体管不接收反射的光，高阻抗电流干旱，在横截面中比状态由于当由发光二极管发出的光，被反射到光电晶体管的基极的颜色空间满足，光电晶体管导通，整个条码扫描之后，条形码到光电晶体管的电脉冲信号，将信号放大，脉冲列的形成后成形，然后通过计算机处理，以完成的条形码信息的识别。
2.4 光电探纬器
光电探测器在纬纱织机用检测器，以确定是否断裂时在喷射纬纱效果的进步，红外发射红外光，经纬线反射的接收到的光电池，如果没有接收到电池中的光的反射信号，则纬纱已破裂，因此光电池的输出信号，经过随后的电路放大，脉冲整形，并控制机器的正常操作是打开还是关闭报警。
因为纬纱非常薄，并向前摆动，漫射光的生成，减弱了反射光的强度，并伴有背景的杂散光，因此要求塞具有高的灵敏度和分辨率，为此，利用红外线LED高电流小电源脉冲占空比，它将确保发光管的寿命，而且在瞬间射的光，以提高检测灵敏度。
3 结论
一些广泛运用的光电传感器仍等着我们去研究，去探索，如在太阳下，还不能很好看清手机和电脑的显示，那么我们就可以用它来更改手机的感光器件和屏幕亮度，同样的，空调调节，可以红外线检测自动调整到舒适的温度的身体，当温度过高或过低时，打开空调即可调整到人的舒适范围温度，由此可见，光电传感器将会使我们的生活更方便。
参考文献
[1]张梦欣.自动检测与传感器应用[M].中国劳动社会保障出版社.
[2]李科杰.自动检测与光电传感器的应用[J].现代传感技术.
μPD3575DCCD图像传感器的原理及应用论文
摘要：μPD3575D是NEC公司生产的一种高灵敏度、低暗电流、1024像元的内置采样保持电路和放大电路的线阵CCD图像传感器。文章介绍了μPD3575D的主要特点、结构原理、引脚功能、光学/电子特性、驱动时序以及驱动电路。
关键词：μPD3575DCCD驱动脉冲图像传感器
1概述
μPD3575D是NEC公司生产的一种高灵敏度、低暗电流、1024像元的内置采样保持电路和放大电路的线阵CCD图像传感器。该传感器可用于传真、图像扫描和OCR。它内部包含一列1024像元的光敏二极管和两列525位CCD电荷转移寄存器。该器件可工作在5V驱动（脉冲）和12V电源条件下。
μPD3575D的主要特性如下：
*像敏单元数目：1024像元；
*像敏单元大小：14μm×14μm×14μm(相邻像元中心距为14μm)；
*光敏区域：采用高灵敏度和低暗电流PN结作为光敏单元；
*时钟：二相（5V）；
*内部电路：采样保持电路，输出放大电路；
*封装形式：20脚DIP封装。
2内部原理和引脚功能
μPD3575D的封装形式为20脚DIP封装，其引脚排列如图1所示，引脚功能如表1所列。图2为μPD3575D的内部结构原理图，中间一排是由多个光敏二极管构成的光敏阵列，有效单元为1024位，它们的作用是接收照射到CCD硅片的光，并将之转化成电荷信号，光敏阵列的两侧为转移栅和模拟寄存器。在传输门时钟φTG的作用下，像元的光电信号分别转移到两侧的CCD转移栅。然后CCD的MOS电容中的电荷信号在φIO的作用下串行从输出端口输出。上述驱动脉冲由专门的驱动电路产生。
表1μPD3575D的引脚功能
引脚名功能IO时钟TG转移时钟RO复位时钟SHO采样保持时钟G1测试端G2测试端ID测试端OV测试端VOUT信号输出RD复位漏极电压OD输出漏极电压VGC电源电压GND地NC未连接
3光电特性参数
μPD3575D的光学/电子特性参数如表2所列。表中的工作条件为：温度在25℃左右，工作电压VOD=VRD=VGC=12V，频率fSHO为0.5MHz,tint(积分时间)=10ms，光源为2856K的钨丝灯。
表2光/电子特性参数
特性符号最小值典型值最大值单位注释饱和输出电压VOUT1.52.3-V饱和曝光量SE-0.45-Ix·s白色荧光灯光响应非均匀性PRNU-510%VOUT=500mV白色荧光灯平均暗信号ADS-0.510mV遮光光响应不均匀性DSNU-0.510mV遮光功耗PN-100-mW输出阻抗Zo0.518Ω响应度R9.81418.2V/Ix·s钨丝灯R3.556.5V/Ix·s白色荧光灯峰值响应波长-550-nm输出偏移电压Vos-7.0-V转移栅输入电容CφIO-510pF复位端输入电容CφRO-510pF采样保护端输入电容CφSHO-510pF传输门输入电容CφTG-510pF反馈通过电压VR-100200mV输出上升延迟时间t3-50100ns输出上升时间t2-50100ns输出下降时间t1-50100ns
其中，饱和输出电压Vout为响应曲线失支直线形时的输出信号电压；饱和曝光量SE为输出饱和时的照度（lx）和积累时间的乘积。
输出电压不均匀性PRNU是取全部有效位输出电压的峰、谷之比值。平均暗电流ADS指的是遮光时的平均输出电流。暗信号不均匀性DSNU是遮光时的全部有效像元的输出电压最大或最小值与ADS的差。输出阻抗Zo为从外部看时输出端子的阻抗。响应度R是曝光量除以输出电压的值。值得注意的是：使用其它光源时，器件的响应度会有所变化。
4驱动时序
CCD的驱动需要四路脉冲，分别为转移栅时钟φIO、复位时钟φRO、采样保持时钟φSHO和传输门时钟φTG，将它们分别输入到CCD芯片的2脚、3脚、4脚和8脚，并在相应的管脚接上相应的电压就可以实现对CCD的驱动。
实现对CCD驱动的关键工作是如何产生以上的四路波形。图3是该四路时序波形图。
四路脉冲的作用描述如下：当传输门时钟φTG脉冲高电平到来时，正遇到φIO电极下形成深势阱，同时φTG的高电平使φIO电极下的深势阱与CMOS电容存储势阱（存储栅）沟通。于是CMS电容中的信号电荷包全部转移到φIO电极下的势阱中。当φTG变低时，φTG低电平形式的浅势阱将存储栅下势阱与φIO电极下的势阱离开，存储栅势阱进入光积分状态，而转移栅则在转移栅时钟φIO脉冲作用下使转移到φIO电极下势阱中的信号电荷逐位转称，并经过输出电路输出。采样保持时钟φSHO的作用是去掉输出信号中的调幅脉冲成分，使输出脉冲的幅度直接反映像敏单元的照度。
从以上描述和对波形的分析可以看出，复位脉冲φRO每触发一次，φIO脉冲翻转一次，并转移一个像元的信号电荷，因此φIO脉冲的周期为φRO的2倍。采样保持时间φSHO的周期和φRO的周期相同，但相位有一定的时间延迟。传输门时钟φTG脉冲控制线阵CCD整行的转移时间间隔，可作为行同步脉冲，其低电平持续的时间为φIO的整数倍，倍数由CCD的像元数决定。图4给出了μPD3575D的脉冲时序关系图，该图中为负极性逻辑，与前边图3的正极性逻辑正好相反，在编程过程中，我们可以先实现正极性逻辑，然后通过反向器将极性反过来。
从波形图可以看出，当转移时钟φIO变化（人“1”变到“0”或从“0”变到“1”）后，经过t1时间（最小值200ns，典型值300ns），采样保持时钟φSHO从高电平变低电平，低电平维持时间为t2(最小值100ns，典型值300ns)，当φRO翻转，使之由高电平变为低电平，触发的间隔时间为t3(最小值3ns,典型值100ns)。复位脉冲φRO翻转后维持的.时间为t4(最小值30ns，典型值100ns)，当它由低电平变回高电平时，触发转移时钟φIO翻转，其触发间隔为t5（最小值0ns,典型值50ns）。这样，一个循环结束，输出一个像元。如此不断循环，直至完全输出所有的像元。
那么，如何控制循五泊开始和结束呢？传输门时钟φTG起的就是这一作用，当φTG由低电平变为高电平并经过一定的时延（最小值50ns）后，转移时钟φIO开始按周期翻转，每翻转一次，输出一个像元。所有像元输出完毕，φTG再由高电平变为低电平。图4中φTG只给出了开始部分的波形，后面表示积分时间的波形没有给出，因此后面的积分时间长短可以根据对积分时间的需要自行设定。但积分时间内的φIO数目也是有要求的。因为该CCD芯片的有效单元为1024，加上虚设单元、暗信号和空驱动等共有12613个光电二极管，由于该器件是两列并行分奇偶传输的，所以一个φTG周期至少要有630个φIO脉冲，即φTG>630φIO。
如将其准时钟频率确定为8.000MHz,即周期为125ns，那么，根据给出的最小值就可算出四路波形的周期和占空经，具体列于表3。
表3四路驱动波形的周期的占空比
φIOφTGφROφSHO周期（ns）17501313000875875占空比1/21/7516/75/7
根据各路波形的周期、占空经和它们之间存在的关系所给出的典型驱动电路如图5所示。
5CCD数据采集
CCD可用于位置、尺寸和图像的检测，根据CDD传感器视频信号应用的差异，CCD视频信号的处理有两种方法：一是对CCD视频信号进行二值化处理后，再进行数据采集；二是对CCD视频信号采样、量化编码后再采集到计算机系统。
在检测钢轨不平顺的设计中要检测运动光源的瞬时位置，只需要测定光源在CCD上的成像位置，即光源成像在第几个像元上。图6为CCD数据采集原理图，采用二值化方法。
由于线阵CCD既具有高灵敏度的光电转换功能，又具有光电信号的存储和快速读出功能，所以通过一组时序脉冲的驱动控制（驱动器），可以实现对目标光源的实时光电转换与信号读出。当入射在CCD像元上成像时，入射光子被CCD像元吸收并产生相应数量的光生电荷。在光积分期间，光生电荷被积累并存储在彼此隔离的相应像元的势阱中，在每个像元势阱中所积累的信号电荷数与照射在该像元面上的平均照度和光积分时间的乘积成正比。在电荷转移期间，光生电荷依次转移称至输出区，通过复位脉冲的控制，在输出极形成视频信号，每次积分的输出波形代表目标光图像在CCD采样方向的瞬态强度的空间分布，输出视频信号经过低噪声宽带放大器放大处理后，每个光斑的输出波形如图7（a）所示。然后，对CCD的视频信号进行二值化处理，原理如图7（b）所示，二值化的前沿和后沿分别对应CCD像元的信号，计算出这两个像元位置的平均值，即为光线的中心位置，这即是一个检测数据。在CCD连续工作下，所有的检测数据经数据处理后，通过串行通讯电路将结果传送给单片机。
在进行CCD在线检测时，干扰光线较难克服，而且光源使用一段时间，光强也会变弱，这样会引起CCD输出信号幅度变化，从而导致测量误差，因此对上边的电路作了一定改进，即让阈值电压随CCD视频信号的幅值变化，改进后的浮动阈值电路如图8所示。当光源强度变化引起CCD视频信号变化时，可以通过电路CCD视频信号的起伏反馈到阈值上，使阈值电压随之改变，从而保证在光较弱时，二值化电路仍能输出合适的二值化信号。
二值化处理后输出的信号称为二值化信号。二值化信号为一个方波，该波形的前沿和后沿分别对应CCD像元的序号，计算出两个像元位置的平均值，即为线光源在CCD上成像的中心位置，从而获得一个检测数据。在CCD连续工作下，所有的检测数据经处理后，再经过串行通讯电路将结果传给单片机做进一步的处理。
一、填空题(每空1分，共15分)
1. ON-OFF型微动开关 2.电子扫描 3.材料压阻系数
4.金属5.磁头所处的位置
6.动态性能 7.标准测试系统 8.不失真测量 9.温度差
10.低
11..RC网络 12.交流 13.地址译码器 14.细分 15.0
二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个
正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。
每小题1分，共15分)
1.(C) 2.(C) 3.(C) 4.(D) 5.(B) 6.(B) 7.(A) 8.(A) 9.(A) 10.(D)
11.(A) 12.(C) 13.(B) 14.(C) 15.(D)
三、问答题(每小题5分，共30分)
1.在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘
制的定度曲线可以确定那些静态特性? 在静态测量中，
根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特
性：灵敏度，非线性度，回程误差。
2.设载波的中心频率为f0试根据图a、图b所示调制信号
定性画出相应调频波波形。
调频波波形频率f与中心频率f0和调制波幅值的关系f=f0±Δf,Δf为频率偏移，与X(t)幅值成正比。
3.回答下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数：
xω
1(t)=sin3ωt，x2(t)=e-t，x3(t)=esint，x4(t)=δ(t)，
x5(t)=sin??1?
?2t??
x1(t) x3(t) x5(t)周期函数，x2(t) x4(t)非周期函数
4.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感
器。
1)轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。
2)弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。
5.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。 (1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳； (2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用； 单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。 6.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感器能否测量大位移量?为什么? 优点： 能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。
涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。 四、计算题(每小题8分，共24分) 1.已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时，转速测量误差是多少?
(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f等于齿轮的齿数Z与转速n的乘积。
f=nZ/60
n=
60fZ=60?24
18
=80(r/min) (2)读数误差为±1齿，所以应为1
18
转，即：
n=80±1
18
(r/min)
2.由RC组成无源低通滤波器，已知R=500(Ω)，C=10(μF)，试求：
(1)截止频率f0，并画出该滤波器的幅频示意图。
(2)设输入信号x(t)=0.2cos?
????125.6t?4??
,判断其是否在该
滤波器的通频带内。
(1)f11
0=2?RC?2??500?10?10?6?318.(HZ)
幅频示意图：
(2)周期信号x(t)的角频率ω=125.6
f?1256.1=2??2?
?20(HZ)?f0 信号x(t)的频率在该滤波器的通频带内。
3.试绘出x(t)=2cos(2πf0t)+3的时域图和频域图。
由于1?δ(f) 3?3δ(f) 又 2cos(2πf0t)?δ(f-f0)+δ(f+f0)
根据傅里叶变换的线性叠加原理：
2cos(2πf0t)+3?δ(f-f0)+3δ(f)+δ(f+f0)时域图见图a，频域图见图b
五、应用题(每小题8分，共16分)
1.试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。
(1)用简图说明该传感器的结构，并简要说明其作用原理；
(2)用图说明两个线圈在电桥电路中的接法。
(1)传感器的结构如图a所示，它由传力块、弹性圆桶、双螺管线圈、衔铁、传感器座等几部分组成。 原理：被测力F通过传力块作用在弹性圆桶上，弹性圆桶的变形带动衔铁移动，使双螺管线圈的'电感量发生变化，从而实现力的测量。
(2)电桥的接法如图b所示：
2.如图所示，轴工件用前后顶尖支承纵向磨削外园表面，在加工过程中，径向力Py和切向力Pz大小基本不变，但着力点位置沿轴向移动，现在前后顶尖上粘贴电阻应变片测量工件所受的Pz。
(1)在图中标明应变片的位置及Pz的测量电桥。 (2)着力点移动对测量结果有无影响?为什么?
(1)应变片(R1、R2、R3、R4)粘贴位置如图a所示；测量电桥如图b所示。
(2)根据以上位置布片和电桥接法，着力点位置的变化不会影响Pz的大小，因为在顶尖上的分力Pz1、Pz2，Pz=Pz1+Pz2，由Pz1、Pz2引起的电阻R1、R3的变化值之和
保持不变，故Pz的测量不受着力点的移动而改变。
摘 要：简要介绍了在日本考察访问期间了解到的日本光伏发电技术及其他新能源发电技术的实用化试验研究工作，以及日本有关机构和企业在光电技术应用方面的实证研究活动及发展趋势。光电技术是21世纪的朝阳产业，也是新兴产业。光电技术的发展，不仅在多个学科发展领域广泛应用，还推动了经济的发展。光电技术的大量发展必将推动世界经济快速发展。光电技术的快速发展引起了多个国家的注意。其中美国、日本、英国、德国等发达的资本主义国家首先把目光盯向了光电信息技术产业，不小的新兴的发展中国家，也向电子技术产业投入大量的资本。我国的光电信息技术产业要想在世界占有一席之地，争取新的经济增长中站稳脚跟，还有一段比较长的路要走。
1 光电技术产业的发展现状及应用
1.1 光电技术是一门综合性的学科
光电技术采集了光学技术、机械技术、电子技术、信息技术等多种学科优势为一体的综合技术门类。在我国的光电技术大多应用于国防科技、武器制造、应用医学、航天技术等领域。
1.2 医学领域的应用
我国的光电技术发展门槛较高，很少进行光电技术推广，普通民众对光电技术的认知度不高，光电技术的发展也难以让社会大众熟悉。光子技术在生物与医学中的应用即定义为生物医学光子学，其相应产业涉及人类疾病的诊断、预防、监护、治疗以及保健、康复等。
1.3 武器领域的应用
近几年，随着发达国家对光电技术的挖掘不断深入，光电市场迎来了前所未有的空前盛况，光电技术的发展极其迅猛。我国奋起直追，目前光电技术已经扩展到了通讯技术、信息、医疗、军事、生物工程等多个新兴科技领域，光电技术的应用得到了极其广泛的传播和发展。光电技术是信息技术，它促进了轻武器领域的发展。传统轻武器通过配备光学和光电瞄准具等来提高射击精度及杀伤能力。
1.4 经济领域的成效
近几年来，我国的光电技术也得到了突飞猛进的发展，取得了良好的经济效应和社会效应，近三年来我国的光电技术给经济带来的增长在20%以上，光电技术的产值达到了1000亿人民币。
1.5 光伏产业的发展
在光电技术中应用最为广泛、且被社会大众所熟知的是太阳能光伏产业，“光明工程”就是在光伏产业中发展起来的，目前光明工程的制造能力得到了迅猛的提升，无论是电池生产还是制造方面都取得了可观的经济效应，实现了100%的利润增长率。“太阳能光电建筑应用示范项目”和“金太阳示范工程”再次推动了太阳能光伏产业的发展。我国目前的光伏发电机装机量已经达到了4318万千瓦，成为了世界上光伏发电机容量最大的国家。
2 光电技术的发展
2.1 要重视人才的培养
企业之间的竞争，是人才的竞争;国家之间的竞争，也是人才的竞争;光电技术产业的竞争也是人才的竞争。目前，我国的光电技术发展迅猛，但是由于我国光电技术的起步较晚，产业人才不足，必须要尽快发展大量的光电技术人才，适应光电技术的快速发展。
2.1.1 高校人才分析
目前，我国的光电技术的人才，主要来源于高校大学毕业生，但高校毕业生的素质较高，动手能力较差，理论基础知识不深厚，对所学的光电技术知识不能广泛的进行应用。
2.1.2 普通技校人才分析
光电技术的发展需要大量的人才，在人才的招聘中，也会选择普通的`技术学校学生，这些学生的动手能力较强，但是理论知识不足，理论素养的缺失严重妨碍了人才的快速成长;如何发展创新，如何进行技术研发，如何在短期内快速发展光电技术人才是目前光电技术发展的首要任务。
2.1.3 人才发展培养方向
要大力发展光电技术产业，就要保障光电技术产业的可持续发展，就需要培育大量人才，因此，你须建立一套更为专业的人才培养体系，在全国范围内建立更具有稳定性的人才培养基地。要提高光电技术产业工人的薪资待遇，保障职工的福利水平，吸引大量的人才加入光电技术产业。
2.2 要高瞻远瞩，把握好光电技术产业的方向
光电技术产业的发展，促进了各个科技行业的发展，在不同的技术领域光电技术应用的范围不同，光电技术既可运用于航天科技事业，也可运用于民间照明用品，电子产品。光电技术产业是一个庞大的产业体系，包含的产业类型也是极其复杂。在光电技术的发展过程中要立足于企业的发展状况，选择正确的发展方向，制定好合适的发展战略，充分考虑考各方面的问题。其中对于资金、科技实力、人才利用率及政府决策对光电技术产业的发展最为重要，要仔细思考。
在企业向光电技术发展的过程中，要高瞻远瞩，立足高远，站在世界的眼光来看待光电技术产业的发展。我国的光电技术发展起步较晚，还没有成型的理论指导，在发展的路上还有很长一段路要走。我国企业在光电技术的发展过程中，要吸取经验教训，“洋为中用”，“古为今用”不断借鉴国外发展的先进经验，尽量少走些弯路。同时要加强自身创新能力和创新意识的培养，不拘泥于一格，大胆启用有能力的人进行企业管理，不断引进国外先进的技术。
除了企业的自身发展之外，要想使我国的光电技术产业快速发展，政府还必须根据地域特色，加强产业扶持力度，适当加大政府专项资金投入力度，减少企业的负担，实行减税政策，减少企业的本地发展压力。
2.3 要规范企业发展，不断完善产业规范体系
俗话说“无规矩不成方圆”，我国的光电技术产业发展起步较晚，发展中还存在很多的问题和不足，在重视光电企业发展的同时，也要注意尽快建立一套完善的体系规范，减少企业在发展过程中的遇到的障碍，要加快建立光电产品的质量监管体系和质量保证体系，要形成一套从产品原材料到成品成熟的监管体系，并且完善相关的法律体系，保证消费者的合法权益。努力发展我国的光电技术产业，为我国企业与世界先进水平接轨奠定基础。
3 结束语
虽然光电技术产业的发展前景很好，但是也要预防企业在发展过程中遇到的风险和障碍，要进行合理规避，光电技术是我国的一个新兴技术产业，具有巨大的发展潜力，在短短几十年的时间里就创造了巨大的经济财富。光电技术的发展，具有能耗低、效益高的优点。我国的光电技术迅猛发展。
参考文献
[1]骆清铭.光电技术在生物医学中的应用DD现状与发展[J].光学与光电技术，(01)：7-14.
[2]刘宇.光电技术在轻武器中的新应用[J].应用光学，(04)：289-292.
二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用
摘要：TGS4160是FIGARO（弗加逻）公司生产的一种固态电化学型二氧化碳（CO2）传感器，该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外，同时还具有耐高湿和耐低温等特点。因而可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体的长期监测等应用场合。文中叙述了该传感器的内部结构和工作原理，给出了一个用TGS4160设计的专用模块的基本应用电路原理图。关键词：TGS4160；单片机；传感器；二氧化碳
1 概述
TGS4160二氧化碳传感器是FIGARO（弗加罗）公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性?可广泛用于自动通风换气系统或是CO2气体的长期监测等应用场合。但是，由于TGS4160的预热时间较长（一般为2小时），所以，该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。此外，为了方便客户使用，FI-GARO公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块AM－4。该模块采用微处理器进行控制，CO2气体浓度的输出信号电平为0．0～3．0V，相当于0～3000ppm的浓度，并有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器的主要技术参数如下：(本网网收集整理)
●测量范围：0～5000ppm；
●使用寿命：2000天；
●加热器电压：5．0±0．2VDC；
●加热器电流：250mA；
●加热器功耗：1．25W；
●内部热敏电阻（补偿用）：100kΩ±5％；
●使用温度：－10～＋50℃?
●使用湿度?5～95％RH；
●产品尺寸：最大外径Φ24mm，高24mm，引脚长5．8mm。
2 内部结构
TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式CO2敏感元件。该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质。它的阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成，而阳极只是镀金材料。该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固，然后采用不锈钢网做圆柱型封装。元件的内层采用100目双层不锈钢网套在镀镍铜环上，并用高强度树脂粘合剂与基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层60目的不锈钢网。为了达到降低干扰气体影响的目的`，TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料（沸石）。传感器的6个引脚通过0．1mm的箔导线与内部相连。其等效的内部结构见图1所示。图中，阳极与传感器的第3脚S（＋）相连，阴极与传感器的第4脚S（－）相连，Pt加热器与传感器的第1，6脚相连，内部热敏电阻与传感器的第2，5脚相连。内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度，以便对该传感器进行温度补偿，从而使校正后的测量值更加准确。
3 工作原理
TGS4160型CO2传感器是一种电化学型气体的敏感元件，当该元件暴露在CO2气体环境中时，就会产生电化学反应。其反应式如下：
阴极反应方程：
4Li＋＋2 CO2＋O2＋4e－＝2Li2CO3
阳极反应方程：
4Na＋＋O2 ＋4e－＝2Na2O
总的化学反应方程：
Li2CO3＋2Na＋＝Na2O＋2Li＋＋CO2
作为电化学反应的结果，根据耐斯特方程（Nernst），该过程将产生如下电势（EMF）：
EMF＝Ec－（RF）／（2F）ln（PCO2 ）
式中：PCO2 为CO2的分压；Ec为常数；R是气体常数； T为温度值（K）；F是法拉第常数。
从上式看出，通过监测S（＋）、S（－）两个电极之间所产生的电势值EMF，就可以测量CO2的浓度值。为了使该传感器保持在最敏感的温度上，一般需要给加热器提供加热电压进行加热，但加热电压的变化将直接影响传感器的稳定性，因此加热电压必须稳定，其范围应在5．0±0．2VDC之内。为了保证CO2的准确测量，除了保证加热电压稳定及对环境温度的变化进行温度补偿外，更主要的是要测量两电极之间变化的电势值ΔEMF，而不是绝对电势值EMF，因为ΔEMF与CO2浓度变化之间有一个较好的线性关系。虽然EMF绝对值随环境温度的上升而上升，ΔEMF却保持常量，而且它在－10℃～＋50℃温度范围内，基本不受温度的影响。
图2
ΔEMF值可由下式求得：
ΔEMF＝EMF1－EMF2
其中，EMF1为350ppm的CO2中的EMF值；EMF2为所测量的CO2的EMF值。
在温度为20℃±2℃、湿度为65±5％RH、加热电压为5．0±0．05VDC、预热时间为7天或大于7天的条件下，测得传感器在浓度为350ppm中的EMF值是220～490mV，而ΔEMF在350～3500ppm的CO2浓度中的值是44～72mV，因此?在实际测量应用电路中，要根据传感器的特点要求，除使用高输入阻抗（≥100GΩ）、低偏置电流（≤1pA）的运算放大器外，还要对测得的信号进行处理。处理该信号通常有两种方案可供选择：一是使用费加罗（FIGARO）公司的FIC98646专用处理器模块，二是选用其它型号的单片机并通过自己编程进行信号处理。
4 基本应用
利用TGS4160传感器并通过高输入阻抗、低偏置电流的运放进行放大，再作一些简单的运算处理，就可以在CO2浓度为300～5000ppm的范围内测得信号，该信号为0～几百毫伏的电压信号，可以供高精度A／D采样使用。如果使用费加罗（FIGARO）公司提供的AM－4 CO2传感器模块，则可直接应用于自动通风换气系统或是CO2气体监测。该模块内部带有A／D转换器，并已对数据进行了采样并作了处理。它输出的电压信号与CO2浓度值呈线性关系，输出的电压信号为0～3．0V，相当于0～3000ppm的CO2浓度。另外，该模块还提供有中继转接控制信号。当CO2浓度高于设定值时，输出的转接控制信号为高电平5V，该信号可以使得红LED点亮；反之，它将转接控制信号为低电平0V以使绿LED点亮。但是，该模块的设定值是分档的，而不是连续可调的。共分为四档（可通过线路板上的跳线来实现），表1和表2分别给出了门限开关信号的浓度值及跳线连接方法。AM－4模块的实用电路原理图见图2所示。
表1 门限信号浓度
控制信号门限档次开关Ⅰ800ppm720ppmⅡ1000ppm900ppmⅢ1500ppm1350ppmⅣppm1800ppm表2 跳线连接
连 接 方 式档次JP5JP6JP7JP8Ⅰ连连连断Ⅱ连连断连Ⅲ连断连连Ⅳ断连连连如果认为使用AM－4模块不方便或是认为价格太高，也可以自行设计电路，并自行编写程序进行处理。
5 结束语
TGS4160型CO2传感器特别适合于连续监测CO2的场所，它不需断电，其稳定性好。但TGS4160传感器不适于做便携式或手持式CO2测量仪器。因为预热时间太长，不能即时测量，同时传感器的功率也较大。此外，传感器暴露在某些气体中（如氯气）会降低灵敏度，由于沸石可以对某些干扰气体（如乙醇）加以滤除。因此，不用时可置于干燥剂中，并用专用袋进行密封。
高分辨率颜色传感器原理与应用
高分辨率颜色传感器是一种可编程彩色光频率的转换器.该传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点;输出为数字量,可直接与微处理器连接.本文以高分辨率颜色传感器TCS230为例,介绍了色光理论和颜色识别方法及白平衡的'原理和进行调整的方法.同时,给出了相应的硬件设计电路和软件流程图,以供相关人员参考.
作 者：颉晓明 作者单位：西安航空职业技术学院,陕西,西安,710089 刊 名：北京电力高等专科学校学报 英文刊名：BEIJING DIANLI GAODENG ZHUANKE XUEXIAO XUEBAO 年，卷(期)： “”(5) 分类号：V4 关键词：高分辨率 颜色传感器 颜色识别 白平衡调整二氧化碳传感器TGS4160的原理及应用
摘要：TGS4160是FIGARO（弗加逻）公司生产的一种固态电化学型二氧化碳（CO2）传感器，该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外，同时还具有耐高湿和耐低温等特点。因而可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体的长期监测等应用场合。文中叙述了该传感器的内部结构和工作原理，给出了一个用TGS4160设计的专用模块的基本应用电路原理图。关键词：TGS4160；单片机；传感器；二氧化碳
1 概述
TGS4160二氧化碳传感器是FIGARO（弗加罗）公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性?可广泛用于自动通风换气系统或是CO2气体的长期监测等应用场合。但是，由于TGS4160的预热时间较长（一般为2小时），所以，该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。此外，为了方便客户使用，FI-GARO公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块AM－4。该模块采用微处理器进行控制，CO2气体浓度的输出信号电平为0．0～3．0V，相当于0～3000ppm的.浓度，并有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器的主要技术参数如下：
●测量范围：0～5000ppm；
●使用寿命：2000天；
●加热器电压：5．0±0．2VDC；
●加热器电流：250mA；
●加热器功耗：1．25W；
●内部热敏电阻（补偿用）：100kΩ±5％；
●使用温度：－10～＋50℃?
●使用湿度?5～95％RH；
●产品尺寸：最大外径Φ24mm，高24mm，引脚长5．8mm。
2 内部结构
TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式CO2敏感元件。该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质。它的阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成，而阳极只是镀金材料。该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固，然后采用不锈钢网做圆柱型封装。元件的内层采用100目双层不锈钢网套在镀镍铜环上，并用高强度树脂粘合剂与基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层60目的不锈钢网。为了达到降低干扰气体影响的目的，TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料（沸石）。传感器的6个引脚通过0．1mm的箔导线与内部相连。其等效的内部结构见图1所示。图中，阳极与传感器的第3脚S（＋）相连，阴极与传感器的第4脚S（－）相连，Pt加热器与传感器的第1，6脚相连，内部热敏电阻与传感器的第2，5脚相连。内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度，以便对该传感器进行温度补偿，从而使校正后的测量值更加准确。
3 工作原理
[1] [2] [3]
温度传感器原理
一、温度传感器热电阻的应用原理
温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
1．温度传感器热电阻测温原理及材料
温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。
2．温度传感器热电阻的结构
（1）精通型温度传感器热电阻 工业常用温度传感器热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点见表2-1-11。从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节.
（2）铠装温度传感器热电阻 铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。
与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
（3）端面温度传感器热电阻 端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
（4）隔爆型温度传感器热电阻 隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
3．温度传感器热电阻测温系统的组成
温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： ①温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致
②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。具体内容参见本篇第三章。
（2）铠装温度传感器热电阻 铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击，③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
（3）端面温度传感器热电阻 端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
（4）隔爆型温度传感器热电阻 隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到
火花或电弧等影电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用
随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越业越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。如何使用好湿度传感器，如何判断湿度传感器的性能，这对一般用户来讲，仍是一件较为复杂的技术问题。
下列此文供大家参考。
一、湿度传感器的分类及感湿特点
湿度传感器，分为 电阻式 和 电容式 两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。
国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点：
1、精度和长期稳定性
湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。
2、湿度传感器的温度系数
湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度
补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。
3、湿度传感器的供电
金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。
4、互换性
目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。
5、湿度校正
校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。
二、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法
在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。
1、一致性判定，同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低3种湿度和温度情况，可以较全面地观察产品的一致性和稳定性，包括温度补偿特性。
2、用嘴呵气或利用其它加湿手段对传感器加湿，观察其灵敏度、重复性、升湿脱湿性能，以及分辨率，产品的最高量程等。
3、对产品作开盒和关盒两种情况的测试。比较是否一致，观察其热效应情况。
4、对产品在高温状态和低温状态（根据说明书标准）进行测试，并恢复到正常状态下检测和实验前的'记录作比较，考查产品的温度适应性，并观察产品的一致性情况。
产品的性能最终要依据质检部门正规完备的检测手段。利用饱和盐溶液作标定，也可使用名牌产品作比对检测，产品还应进行长期使用过程中的长期标定才能较全面地判断湿度传感器的质量。
三、对市场上湿度传感器产品的几点分析
国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见，感湿材料种类主要为高分子聚合物，氯化锂和金属氧化物。 电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到上述水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想，
30%RH以下，80%RH以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机补偿修正，使湿度出现“阶跃”性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级，1%RH的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH%的误差，大多数电容式湿敏元件不具备40℃以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。 电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高，有的产品还存在光照失效、静电失效等现象，金属氧化物为陶瓷湿敏电阻，具有湿敏电容相同的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵元件就会失效，往往采用通电除尘的方法来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境下不能使用，氧化铝感湿材料无法克服其表面结构“天然老化”的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。 氯化锂湿敏电阻，具有最突出的优点是长期稳定性极强，因此通过严格的工艺制作，制成的仪表和传感器产品可以达到较高的精度，稳定性强是产品具备良好的线性度、精密度及一致性，是长期使用寿命的可靠保证。氯化锂湿敏元件的长期稳定性其它感湿材料尚无法取代。
1三端式磁通门传感器工作原理
三端式磁通门传感器采用双探头结构，即将两个绕有相同匝数线圈的磁通门传感器平行对称放置，将其并联后一端作为激励信号的输入端，另一端相互连接后中间引出抽头作为信号的输出端.
主要是为了抵消由于变压器效应产生的感应电动势.
这种结构相对普通磁通门传感器具有噪声低、基波分量小、灵敏度高和性能好等优点[9-10].
先对三端式磁通门上半轴进行分析，上半轴上磁场强度总和为外界磁场强度H0和两个激励线圈在磁芯轴向上产生的磁场强度He之和.
其中：He=He1+He2，He1=H1sinωt，He2=H2sinωt.
根据法拉第电磁感应定律，当磁芯远未饱和状态时，这时磁导率μ视为常数，产生的感应电动势为U1=-10-8NμSωcosωt(H1+H2)，(1)式中：μ为铁芯磁导率;S为横截面积;N为感应线圈匝数.
当在交流激励的作用下，磁芯充磁达到饱和状态，磁导率μ成为随时间变化的一个变量，这时线圈产生的感应电动势U1=-10-8Nμ(t)Sωcosωt(H1+H2)-10-8NS[sinωt(H1+H2)+H0]dμ(t)dt.
(2)同理，对于下半轴铁心，由于下半轴激励方向和上半轴相反，其线圈产生的感应电动势U2=-10-8Nμ(t)Sωcosωt(H1+H2)+10-8NS[sinωt(H1+H2)-H0]dμ(t)dt.
(3)由于三端式磁通门传感器结构为差分输出，总感应电动势为上下半轴磁芯感应电动势之和，如式(4)U=U1+U2=-2×10-8NS×H0×dμ(t)dt，(4)式中：μ(t)为时变函数，将μ(t)傅立叶展开，代入式(4)可以得出U=-2×10-8NS×H0×(2ωμ2msin2ωt+4ωμ4msin4ωt+…).
(5)通过式(5)得出，三端式磁通门传感器的输出信号为与外界磁场变化成正比的偶次谐波，奇次谐波分量得到有效抑制.
2磁通门探头结构
本设计中磁通门传感器探头采用三端式结构，即将一对高磁导率、低矫顽力的铁芯(选取型号为1J86的坡莫合金)平行放置，其磁芯的饱和磁通为Bs=0.
6T，最大磁导率为100000.
磁芯截面积约为6mm2，假设探头激励电压幅值为24V，频率为4kHz，根据文献[2]中公式，利用磁芯磁通达到饱和确定线圈匝数，经计算线圈匝数为149.
实验中在磁芯上各绕一组匝数为150的线圈，这种结构主要是为了相互抑制由于变压器效应而引起的感应电动势.
为了使传感器探头具有较高的灵敏度，设计中适当加大了磁芯探头与横截面直径的比值，设计的磁芯探头长度为20mm，横截面直径为7.
5mm.
3系统设计
铁磁体探测系统主要包括激励电路、磁通门探头、信号调理电路、数据采集模块、上位机几部分，如图2所示.
通过这个模块得到的'信号就是与外界磁场强度成正比的电信号.
3.
1激励电路磁通门探头激励电路对系统的性能和测量结果有较大影响，为了提高测量系统的稳定性，需要激励信号在频率、幅值、相位等方面具有较高的稳定度.
设计中采用8M晶振经分频器SN74HC4060分别输出4kHz，8kHz的方波信号，使其分别作为激励信号源和相敏检波的基准信号.
将激励信号源通过功率放大器和二阶带通滤波器，目的是为了得到波形稳定的输出信号，并且可以使磁芯处于周期性饱和状态.
为了减小激励信号对探头的干扰，在探头前端加装隔离变压器.
3.
2信号调理电路磁通门信号的调理电路一般采用二次谐波法，由LC并联谐振电路、低噪声放大电路、带通滤波器、积分器和反馈电路几个环节构成.
由于磁通门探头阻抗特性以电感为主，通过并联电容使二次谐波频率达到谐振状态.
探头二次谐波信号比较微弱，在对其进行滤波前设置前置放大电路，滤波采用二阶有源带通滤波器，中心频率为31.
25kHz，品质因素Q为9.
8，增益为15.
把滤波后的信号与相敏检波的基准信号经过相敏检波电路进行全波整流，消除基波信号和奇次谐波信号的影响，得到信号的幅度大小.
3.
3信号采集电路探测系统采用可编程逻辑器件EP3C10E144型FPGA作为控制芯片来控制AD，实现3路信号采集，将采集后的数据先存入FPGA的RAM中，对数据进行中值滤波和频谱分析.
为了减少脉动的干扰，采集的信号进行中值滤波，其方法为信号采样N次后，对其进行排序取中间值.
本系统采样5次后排序，选取中间值作为有效值.
在FPGA内部对信号进行FFT运算，应用于对不同频率的目标进行识别.
4实验
当有铁磁性目标在一定范围内经过磁通门传感器时，系统就会获取目标的磁场信号.
当目标移动方向和传感器敏感轴方向一致靠近传感器时，首先测到的磁场强度是减小，而后逐渐增大;当目标与传感器在一条线时，寄传感器与目标距离最小时，系统测到的磁场强度为0;当目标继续移动远离传感器时，传感器输出值会先增大后减小为初值，如图3(1)所示.
当目标移动方向和传感器敏感轴方向刚好相反时，信号变化方向也会变反，如图3(2)所示.
实验中选体积约为1cm3的磁铁作为待测磁异目标，将三轴磁通门传感安装于试验台上，磁铁先沿传感器X轴敏感方向反向匀速移动，移动一段距离后改变运动方向，而后读取传感器输出信号值，结果如图4所示.
实验结果显示正向运动与反向运动波形对称，与预期的变化一致.
5结论
本文设计了基于三端式磁通门传感器的铁磁性目标探测系统，系统能感测到铁磁性目标的运动情况，实现了磁性目标的三分量测量.
系统具有功耗低、灵敏度高、稳定性好等优点.
作者：李沅 胡冠华 李凯 吴晓华 单位：中北大学 电子测试技术国家重点实验室 北方自动控制技术研究所 北京交通运输职业学院
1系统通信
1.
1ZigBee树簇拓扑网络ZigBee网络的自动动态组网功能及数据传输自动路由功能对实现了系统的灵活机动通信。
图2为ZigBee树簇拓扑网络，其中协调器是首个FFD(全功能设备)，路由器为FFD，终端设备为RFD(精简功能设备)。
除了RFD互相之间不能通信外,其他组合均能相互通信。
1.
2ZigBee收发器图3为典型ZigBee收发器框图，不同ZigBee收发器的设计都必须包含匹配滤波在内的16个功能模块。
采用的匹配滤波(matchedfiltering)是最佳滤波的一种，对信号的匹配滤波相当于对信号进行自相关运算。
采用匹配滤波器处理，可以对传感器采集的信号中存在的工频信号进行突显，对其他信号或噪声进行抑制[3]。
系统中ZigBee收发器采用的是新一代CC2530片上系统解决方案。
CC2530的内核为单周期8051兼容内核，图4为CC2530最小系统设计电路原理图，也是实际收发器模块电路的核心电路部分。
图中电阻R1、R2、R3和电容C6、C7、C8、C9、C10、C11构成匹配滤波。
2驱鸟终端设计
驱鸟终端的组成框图如图5所示。
供电模块给终端供电，检测模块由多个传感器电路组成，负责将外部环境的模拟量转换为数值量输入，核心控制器MSP430F169按设定要求对采集的信息做出对应处理动作，终端上的是ZigBee收发模块实现近距离通信，语音模块及超声波模块为系统输出。
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1MSP430最小系统驱鸟终端的核心控制器采用德州仪器的MSP430F169芯片。
MSP430F169从结构上看，包含一个16位的精简指令计算机CPU，多个外围电路和一个用常见的冯诺依曼内存地址总线和内存数据总线连接的灵活时钟系统。
低频辅助时钟直接由32Hz的晶振驱动，能作为后台实时时钟自我唤醒。
MSP430F169的最小系统电路原理图如图6所示。
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2电源模块驱鸟终端装置安装在电力塔杆的横担上，可以充分接受阳光，因此采用太阳能供电方式比较适合。
本模块采用太阳能光伏发电，再由12V蓄电池存储电能并为整个系统提供电能。
电源模块由稳压、滤波电路组成，给驱鸟终端的检测模块和ZigBee收发模块提供3.
3V输入电压，给语音模块、LED模块及超声波模块提供5V输入电压。
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3检测电路设计多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低[4]。
观察者(Observe)r和发射源(Source)的频率的表达式为：其中，f'为观察到的频率;f为发射源于该介质中的原始发射频率;ν为波在该介质中的行进速度;νo为观察者移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+号,反之则为-号;νs为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为-号，反之则为+号。
文中采用的是微波移动物体探测器正是基于多普勒效应设计的GH-719模块。
GH-719微波感应位移模块属于非接触探测型模块，抗射频干扰能力强，不受温度，湿度，光线，气流，尘埃影响[5]。
驱鸟终端的设计除了微波感应位移模块外，辅助有时钟模块与温度模块，可以准确地检测到是否为白天有光情况。
图7为检测电路部分原理图,补充加上模数转换电路即可实现GH-719微波感应位移模块的数字信号输出功能。
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4ISD1820P语音录放模块语音模块在动作时筛选出对应鸟类的天敌的声音进行驱鸟。
语音芯片采用ISD1820P，内含振荡器、语音话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、扬声器驱动及Flash阵列。
外接电阻能调整录放音时间，还可以借助专用设备批量拷贝语音信息，不耗电，信息可以保存很长时间(大约1)。
考虑到可靠性和市场的普及性，通过对各种无线传输模块的比较后选择ISD1820P芯片，它能方便的实现语音的录音，用户可以方便地对驱鸟有明显效果的语音进行录音，并能通过微控制模块控制语音芯片播放录音。
其电路如图8所示。
3系统软件设计
驱鸟终端通过微波位移感应传感器采集鸟飞临电力杆塔横担附近的位移信号，经过放大滤波电路处理系统启动后，先初始化系统的各个硬件模块，由软件实现驱鸟方式的选择，判断测量值是否满足预设值，若满足按流程驱鸟，不满足则代表没有鸟飞临杆塔的横担附近则进入休眠的低耗能状态。
检测是否有鸟到来便开启天敌声驱鸟，若同时检测到无太阳光或星辰光，根据鸟类视觉定向的特点，开启LED阵列驱鸟。
过一段时间后，是否还能检测到鸟，若不能则系统进入休眠状态;若能则改为超声波驱鸟，同时采集鸟类鸣叫声音，利用ZigBee无线近距离传输、无线远程传输发送有故障杆塔位置、具体时间、光照强度等信息，以便监控中心观察记录。
图9为系统的软件设计流程图。
4结语
本文所设计的系统着眼于电力系统输电线路管理的结构优化及安全性的重要性，通过ZigBee无线近距离传输和GPRS无线远程传输对采集信息及时有效地传输，对飞临电力杆塔横担附近的鸟类录制其声音并对应发出其天敌的声音进行驱赶，
而当该系统对天敌声音失效下情况下，发出超声波达到相同效果，监控中心收集实时运行状态，可以更及时，更高效维护驱鸟装置，省时省力，大大的降低了定期排查的人力成本，预留的I/O口可以满足后期扩展和开发的需要。
作者：彭龑 戴毓虎 单位：四川理工学院 自动化与电子信息学院
传感器原理课改革初探
介绍了本系在传感器原理课教学改革方面的一些探索和尝试.
作 者：刘永顺 Liu Yongshun 作者单位：安阳师范学院电气电子信息工程系,河南,安阳,455000 刊 名：物理与工程 英文刊名：PHYSICS AND ENGINEERING 年，卷(期)：2009 19(4) 分类号：G71 关键词：传感器原理 改革 探索★ 传感器论文
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