光电检测技术的现状与发展趋势

光电检测技术的现状及发展趋势

光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展

和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展现状及发展趋势。

一、光电检测技术的概述

光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲

可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变

换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过

电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等

方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微

弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提

取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。

光电检测的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在

的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是

自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好

发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系

统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性

的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。

光电检测技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。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，它具有高

精度、高速度、远距离、大量程、非接触测量等特点。

二、光电检测技术的发展现状

随着科技发展的日新月异，光电检测技术已经发展出纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术；小型、快速的微型光、机、电检测系统在各个领域应用越来越广泛。非接触、快速在

线测量已经取代原始的接触式，较缓慢的检测技术，并向微空间三维测量技术和大空间三维

测量技术方向发展；闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。向人们无

法触及的领域发展。光电跟踪与光电扫描测量技术等先进的光电检测技术的进步和广泛应用

将对人们生活，工业生产甚至国防科技产生巨大影响和改革。随着光纤传感技术的飞速发展，光纤气体传感器也得到了广泛的研究和应用。它具有灵敏度高、响应速度快、防燃防爆、不

受电磁干扰、可以实现光信号的长距离传输和现场实时遥测等优点，所以对光电检测方法研

究的关注也一直在增加。

随着光纤光栅传感器的广泛应用，光纤光栅传感信号的检测系统也有了很大的发展。相比于传统采用单色仪、光谱仪扫描等方式来检测光纤光栅传感信号的方式，采用光电转换方

式，即把对光强信号的测量转变为对电压信号的测量方式有它的优越性，它具有检测设备制造成本低、方便携带、可以实现对实时变化信号高速检测和拥有更广的工程应用等优点。

光电检测技术在人类基因工程方面也有着广泛的发展，如利用可见光信号强弱的变化检测DNA杂交信号。这种新型的DNA光电检测系统同样是由兼容探针DNA自组装的硅集成

电路构成。而在该系统中目标DNA序列与磁珠连接，目标DNA序列与探针DNA分子杂交后，磁珠就会覆盖在载体表面形成暗区。而载体下方的光电二极管阵列此时便可以检测出DNA杂交反应前后的光信号变化，输出DNA杂交信号。

新型抗干扰式光电检测头通过优化红外发射管工作参数和采用脉冲选通门控检波电路，有效地抑制了电气干扰噪声，提高了检测头的抗干扰性能和工作可靠性。实验数据表明了其有效性。同时，该种光电检测头已经在多个大型机电设备制造厂家应用，工厂实际应用结果表明：新型的光电检测头误动作率不到老产品的千分之一，抗电气干扰能力显著提高，具备了工业级的高可靠性能。

无损检测技术是随着高科技发展应运而生的一门新技术，该技术不同于传统的物理化学分析方法，它主要运用物理学方法如光学、电学和声学等手段对产品进行分析，且不破坏样品，在获取了样品信息时保证了样品的完整性，无损检测技术检测速度较传统的物理化学方法迅速，又能有效地判断出从外观无法得出的样品内部品质信息。随着计算机技术的迅速发展，带动了化学计量学的发展，极大地促进了无损检测技术在工农业生产中的广泛应用。无损光电检测技术根据其分析对象的某些特征对热、声、光、电以及磁等的反应变化情况，大致可分为红外光谱检测技术、拉曼光谱检测技术、机器视觉检测技术、超声波检测技术、X 射线检测技术以及电子鼻和电子舌检测技术等。根据不同的应用对象和用户场合可采用不同的无损光电检测技术和相应的检测装置来实现。

随着科学技术的不断发展，新的探测方法还会不断的出现。

三、光电检测技术的发展趋势

随着世界各国的激烈竞争正以日新月异的速度突飞猛进及科研技术的提高，检测技术在国民经济的各个行业中，起着举足轻重的作用，无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测，利用现代光电子技术作为检测手段，具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性，是当今检测技术发展的主要方向。光电检测技术将向着高精度、智能化、数字化、多元化、微型化、自动化方向发展。所谓高精度是指检测精度向高精度方向发展，纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术是今后的发展热点；智能化是指检测系统向智能化方向发展，如光电跟踪与光电扫描测量技术；数字化是指检

测结果向数字化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展；多元化是指光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三维测量技术和大空间三维测量技术；微型化是指光电检测仪器所用电子元件及电路向集成化方向发展；微型化是指光电检测系统朝着小型、快速的微型光、机、电检测系统发展；自动化是指检测技术向自动化，非接触、快速在线测量方向发展，检测状态向动态测量方向发展。

以激光器为基础的光电检测系统已经成为最主要的发展方向。随着精密度和功能特性的提高,它将不断取代那些昂贵且复杂的检测方案。由于激光技术的不断提高和成本的稳定下降,可以肯定,激光光电检测技术将日益成为光电用户的首选方案。激光超声检测技术是光电检测技术的另一重要的发展方向。这一技术利用高能量的激光脉冲与物质表面的瞬时热作用，在固体表面产生热特性区，然后利用这种小热层在材料内部向四周热膨胀扩散产生热应力，从而通过这种热应力产生超声波。与常规超声检测方法比较，激光超声技术具有下列优点：激光超声不需要耦合剂，避免了耦合剂对测量范围和精度的影响；激光超声可实现远距

离操作，可用于高温环境及腐蚀性强、有放射性等恶劣条件，并可以实现快速扫描，对生产现场快速运动的工件的在线检测；激光超声的盲区小于100微米，可用于测量薄工件。激光超声的频率带宽较常规的换能器宽，具有测量微小缺陷裂纹的能力；激光超声可用于表面几何形状复杂及受限制的空间，如焊缝根部小直径管道等；空间分辨率高，有利于缺陷的精确定位及尺寸量度，并可作为声源应用于理论研究。

智能光电检测系统成为了另一个很重要的发展方向。智能光电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。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。

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