图像、激光与光纤传感器在物联网与传感器技术中的应用

这类传感器中的光电器件主要有光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光电池、半导体色敏元件、光电位置敏感元件、光电管和光电倍增管等。常见的光学量传感器有红外传感器、激光传感器和图像传感器。红外光传感器根据波长可分为近红外光、中红外光和远红外光探测器；按用途可分为单元型、多元阵列和成像探测器，根据探测机理可分为热探测器和光子探测器。激光检测技术主要用于测量长度、位移、速度、转动、振动等各种参数。光敏器件是指利用半导体的各种光电效应制成的敏感元件。

1.CCD图像传感器

在电荷耦合器件（CCD）或自扫描等离子体显示器（SSPD）图像传感器测物体外轮廓时，应将被测物置于传感器视野范围内（系统见图6-2）。当系统对每个光敏元件顺次询问时，视频输出馈送到脉冲计数器上，并把时钟选通信号送入脉冲计数器，以此得到被测物体的形状。在必要时，还可启动阵列扫描的扫描脉冲，用来把计数器复位到零，复位之后，计数器计算和显示有视频脉冲选通的总时钟脉冲数。显示数N就是零件成像覆盖的光敏元件数目，根据该数目来计算零件尺寸。图6-1所示为外形尺寸测量系统构成的基本原理。

图6-1 外形尺寸测量系统的构成

2.激光传感器(www.xing528.com)

激光传感器是机械制造工业和光学加工中精密测量长度的一项十分重要的元件。其原理大多都是利用光波的干涉现象来实现对长度的检测，计量准确度主要取决于光的单色性。因激光作为光源具有亮度好、方向性好等优点，是长度测量的理想方法。在理论上，由光学原理可知，某单色光的最大可测长度L与该单色光源波长λ及其谱线宽度δ间的关系为

氦氖气体激光器所产生的激光的谱线宽度小于10^-7Å（1Å=0.1nm），因此它的最大可测长度可有几十千米。在对数米以内的测量，其准确度可在0.1μm之内。

3.光纤传感器

光纤传感器是利用光波调制技术，即利用光波参量调制的方式，来实现待测信息的提取，因此它与其他传感器相比，具有如下突出的优点：①在转换功能上工作范围宽、线性度好、信噪比高、重复性好、长时间变化小等；②检测信号易于处理、易于传输，而且抗干扰性能极好，可不受电磁干扰及核干扰的影响；③与被测对象所处环境相容，对待测量扰动小；④体积小、重量轻、价廉、可靠性高等。在航天（飞机及航天器各部位压力测量、温度测量、陀螺等）、航海（声呐等）、石油开采（液面高度、流量测量、二相流中空隙度的测量）、电力传输（高压输电网的电流测量、电压测量）、核工业（放射剂量测量、核能发电站泄漏剂量监测）、医疗（血液流速测量、血压及心音测量）、科学研究（地球自转、敏感蒙皮）等众多领域中都得到了广泛的应用。光纤传感器的传感灵敏度要比传统传感器高许多倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性等很多特殊环境下正常工作，还可以与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统。由于光纤传感器具有高灵敏度、耐腐蚀、抗干扰、体积小等优点，使用范围广泛，可以检测温度、压力、角位移、电压、电流、声音和磁场等多种物理量，因而深受各方面欢迎，军民兼用，效果很好，发展速度快。