光电传感器在战场侦察车上的应用与发展
文章编号:1002-2082(2004)06-0043-04
光电传感器在战场侦察车上的应用与发展
杨海成,林国村
(西安应用光学研究所,陕西西安 710065)
摘 要: 通过对国内外战场侦察车光电传感器资料及实物的查阅和调研,并通过总结几十年的工作和设计经验,论述了战场侦察车上光电传感器在未来数字化战争中的作用和地位。对国外传感器系统在侦察车上的应用状况进行了分析,着重对各种传感器进行分析与比较,并对多光谱技术、多传感器的图像融合技术以及桅杆的应用和要求提出看法。最后对我国光电传感器在战场侦察车上的应用与发展提出了建议。
关键词: 侦察车;传感器;多光谱;图像融合;桅杆
中图分类号:T P212.9-39 文献标识码:A
Appl ica tion and D evelopm en t of Optoelectron ic Sen sors
M oun ted i n Ba ttlef ield Reconna issance Veh icles
YAN G H ai2cheng,L I N Guo2cun
(X i’an In stitu te of A pp lied Op tics,X i’an710065,Ch ina)
Abstract:T he paper discu sses the app licati on and developm en t of op toelectron ic sen so rs fo r battlefield recce veh icles.A ll k inds of sen so rs are analylized and compared.O u r view po in t abou t the app licati on of m u ltispectral techno logy,i m age fu si on techno logy of m u ltisen so rs and m asts is given.
Keywords:recce veh icle;sen so rs;m u lti2spectrum;i m age fu si on;m ast
引言
目前,世界各国均已认识到,未来战争将是在核威慑条件下常规武器战争向数字化战争发展,作战方式和作战手段将发生重大变化,精确制导武器将被大量应用,武器的射程、命中率和杀伤率都将达到极高水平的作战模式。在战场瞬息万变的情况下,为了充分发挥部队和武器的最大作战效能,实时、准确地了解战场动态、敌方战区和全纵深内的战略及重要战术目标的有关图像信息显得越来越重要。因此,各国都在发展先进的侦察车以争取赢得战争的胜利。
若按操控分类,目前的战场侦察车可以分为有人侦察车和无人侦察车2大类,其主要用途都是利用侦察车上的侦察设备对战场目标进行监视和侦察,在昼夜任何时间和复杂条件(包括雨、雪、雾、烟幕、屏障和强烈光源干扰等情况)下,对目标进行搜索、探测、识别和监视。无人侦察车的发展与应用可使部队面临的风险降到最小,还可使作战手段多样化,增强指挥官的应变能力,把人从武器系统中解放出来,降低了防护要求,缩小了车辆的体积,提高了作战平台的生存能力和作战效能。因此,从战略意义上来说,无人侦察车必将产生极其深远的影响。无论是有人还是无人侦察车,其受到青睐和赏识的最主要的原因都是侦察平台传感器。通过传感器的侦察系统,实施昼夜全天候侦察,可以提高武器系统性能15%～150%,并提高武器的单独作战能力和战术性能。
1 国外传感器系统在侦察车上的应用状况
过去,在自动化技术成熟之前,各国对所需要的侦察传感器从来没有很好地解决,仍然依靠人控
收稿日期:2004-01-12; 修回日期:2004-03-24
作者简介:杨海成(1962-),男,陕西岐山人,研究员级高工,主要从事光电技术方面的研究工作。
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yygx205901@https://www.wendangku.net/doc/8d6451943.html, 应用光学 J.A pp lied Op tics N ov.2004,25(6):43-46
制的平台实施侦察。据称,美国陆军在国家训练中心进行的演习中,其侦察兵遇到真正对抗时,信息丢失率竟高达50%,究其原因是侦察平台性能远远不能满足数字化战场的需要。因此,这给各先行部队侦察车带来了重要的课题,必须对侦察车进行重大的革命性改进。以美国为首的许多国家已投入了大量的高技术力量,对各种传感器作了重点开发和研制,使其除了具有在空间和时间上进行不间断的警戒监视、实时目标识别、位置标定和目标状态确定等功能之外,还提高了各种传感器的数据收集、自动目标识别及处理功能,以及与其他数据进行融合的人工智能传感器的功能。因此,多样化、多功能、高效的传感器正在越来越多地出现。例如,欧洲和拉美国家已把新的集成传感器用于奥地利和德国的“芬耐克”,英、美的“垂宽”及捷克的“斯奈卡”等侦察车;美国研制的远距监视侦察系统(L RA S3)是一种美国陆军侦察用的多传感器系统,具有昼夜目标探测、分辨、识别和测距等能力,可在威慑区外执行侦察任务。类似的还有俄罗斯研制C redo21s多传感器系统,波兰98型BRDM22侦察车上的多传感器系统,德国研制的BAA传感器R GV,捷克Snezka侦察车装备的一种新型多传感器,加拿大RV SS侦察车上的监视系统,南非A S2000增强型炮兵观察系统,瑞典的球型光电传感器地面侦察系统,荷兰和德国联合研制的“郭狐”侦察车,美、英联合研制的“追踪者”战场侦察车多传感器系统。
传感器有如侦察车的眼睛和耳朵,因此合理选择传感器就显得格外重要。目前各国根据经济状况和使用条件等要求,在侦察车上配置了档次高低不同、数量不一的传感器,但大致不外乎选用可见光观瞄镜、夜视镜、激光测距机等一般光电传感器。随着高科技的迅速发展,高性能的传感器将不断开发和应用,如英、美“垂宽”(TRA CER) FSCS将装备一套先进的C4I系统和一个先进的可升降的全天候多光谱传感器系统(包括长距离的第三代传感器),可自动进行目标探测和识别;另外还有一组先进的数据融合、显示器件,采用激光指示目标定位,并自动传输目标信息。美国远距离监视侦察系统(L RA S3)传感器包括二代前视红外热像仪、微光电视、人眼安全激光测距机、全球定位系统(GPS)、数字指南针等多传感器,其中采用地平线技术集成的H T I SGF热传感器可在任何战场条件和恶劣天气条件下全天24小时进行侦察。捷克是最早将升降式多传感器用于战场的国家之一,其“斯奈卡”(Snezka)侦察车的13m升降桅杆上装有一部“太斯拉”BR2140I J波段战场监视雷达,在其下边有一个光电传感器,包括一个激光测距机,一个探测距离为7km(窄视场情况下为9km)的热像仪和3台768×576像素的CCD昼夜电视摄像机(一台二代m cp像增强器,对坦克的探测距离为1. 6km;另外两台为近红外昼间摄像机,对坦克的探测距离分别为10km和5km)。“罗太尔”车上的一个11.5m可升降液压桅杆顶端装有一个长距离变焦昼间电视摄像机和一个带变焦功能的三代像增强器。瑞典“萨伯”(Saab)推出了由机载SEO S 球形光电传感器衍生的一种陆用型产品,它的头部包括一个4框架万向架稳定平台,装有“皮尔金盾”(P ilk ington)Synergi8～12Λm热像仪、两台近红外CCD摄像机、一台昼光彩色电视和一台激光测距机。SEO S被称为“真正的多传感器系统”,不同的传感器同时运行,利用传感器融合技术协调它们在一个屏幕上的输出,内置操作手装置可以在屏幕上给出目标指示,以提示操作手切换入热像仪或建立平行图像的分屏显示。俄罗斯“科莱多”(C redo)在BR T2808×8车上装有一部J波段雷达,能探测到15km外的士兵或炮弹爆炸及40km外的装甲车轮;在雷达下面有一台激光测距机,一台昼光电视摄像机,对士兵和车辆的观察范围分别为6km 和10km,识别范围分别为3km和6km;另外还有一台热像仪,对士兵和车辆的观察距离分别为3km和6km。整套装置装在一个可折叠的12m 桅杆上,光学系统采用稳定系统。针对现有侦察车存在的问题,美、英开始联合研制FSCS侦察车,它装有一套先进的C4I系统、一个先进的升降式一体化全天候多频谱传感器系统、一个自动目标识别系统以及能够融合显示数据的装置,大大提高了远距离探测、定位、激光指示、自动目标转换及精确的目标交战能力。美国国防部正在研制的D em o 地面无人侦察车,配有一台单色小视场CCD摄像机、一台768×484像素的中视CCD摄像机、一台256×256像素的红外热像仪(用f 2.3光学系统提供1毫秒的积分时间和外部锁定能力)、激光测距机及激光雷达(可提供60次 s、128×64像素扫描的三
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维图像,可测距离为1～50m)和一台频率为77GH z的调制连续波雷达。美国陆军还在研制装在可折叠升降45m桅杆上的超宽波段合成孔径成像雷达。
2 传感器的选择和发展
选择合理的传感器是比较困难的工作,对不同的使命、用途、条件而有不同的选择,不可一概而论、千篇一律。从上述材料可以看出,不同的国家所采用的传感器组合也不尽相同。
未来作战系统具有机动网络指挥、控制、通信和计算机处理等功能。本文对传感器的选择提出一些看法,仅供参考。
2.1 昼光摄像机
严格地讲,红外摄像仪能够在白天使用,可提供基本的可见光标准图像。一般情况下,图像的分辨率和边缘的清晰度相对于标准图像有一定的衰减。此外,为了获得所需要的距离,要安装一个适当尺寸的红外望远镜,且成本高昂。而昼光CCD摄像机采用了电荷耦合的成熟技术,分辨率很高,价格较低,在气候和能见度等条件较好的情况下,可用于白天监视和侦察。
有的侦察车上采用单色摄像机,有的采用彩色摄像机。一般情况下,单色摄像机的分辨率和灰度等级比彩色的高(个别情况除外,如南非D EN EL 集团L EO2 2A39产品中,彩色摄像机的分辨率为750TV线,有源像素为750H×582V),自动跟踪性能优于彩色摄像机,用于对空目标时较为理想;但人眼对彩色较敏感,真实感较强,因此彩色摄像机用于观察地面目标时优于单色摄像机。另外,系统传感器组合时常用彩色大视场或中视场,在高速行驶中观察远距离目标时用单色小视场。
为了实现多传感器的图像融合,有时也在车上同时使用多台单色和彩色摄像机,以便获得更多的目标信息。
选取摄像机时,应充分考虑到成本、分辨率、尺寸、重量、所需功率、传感器敏感度、传感器积分时间、与多个摄像机同步的能力、控制增益、孔径大小以及是否能配上达到视场要求的透镜等因素。2.2 微光夜视仪和微光电视
随着时间的推移,红外热成像技术的发展将使像增强器技术迟早被淘汰,但近几年来,由于夜视技术的迅速发展,像增强器的成本降低,性能和质量不断提高(如现有的三代管比早期的三代管性能提高了约2倍,成本降低了1倍,四代管在美国军队也已应用),微光夜视仪器的价格较热像仪便宜,而且体积小、重量轻、后勤保障和维修也较容易,因此在一定时期内,微光夜视仪仍将作为各国军队侦察车上的装备之一。
国外许多国家把CCD摄像机与像增强器耦合,用于车载微光电视系统。它可在夜间使用,进行开路传输和实时处理远距离视频图像、滤除噪声、提高反差、改善信噪比,以增加观察和瞄准距离,进行夜间自动目标识别和微光图像自动跟踪。例如,美国的“夜视窗”、法国的汤姆逊CSF、CAND STA、D I V T13B、德国的PZ B200、瑞士的2704等微光电视系统,已装备在豹1主战坦克、M248主战坦克、大山猫装甲侦察车等坦克和侦察车上。
随着新技术的开发,夜视技术取得了巨大的突破,微光夜视系统的I2技术与红外和激光器等技术的融合增加了仪器的作用距离,如美国利用红外系统与微光直视I2技术相融合,使目标识别性能和作用距离可以提高2～3倍。
2.3 热像仪
热像仪的工作原理是利用目标与背景之间的温差形成的热点或图像来探测、识别、瞄准和跟踪目标,能够在昼夜工况条件下工作。它具有穿透烟雾和人工障碍以及抗光学干扰的能力,具有分辨率高、探测和识别距离远等特点。
随着热成像技术的发展,热像仪从一代、二代发展到三代,性能不断提高,如南非D EN EL集团的L EO2 2A39三代3～5Λm焦平面热像仪(768H×576V)就是各项性能指标均很高的热像仪。由于三代在规定的性能范围内尺寸可以比二代减小一半,成本也因没有扫描器而降低,因此将广泛应用于监视和侦察系统。
目前在侦察车上究竟采用何种波段的热像仪,国外已在20世纪80～90年代对选择红外波长问题作了大量的研究。研究结果表明,远程红外传感器的最佳波段主要取决于目标特性、技术和环境条件。就目前的探测技术而言,除了高温、高湿目标外,8～12Λm波段的热像仪对各种目标的探测性能都较高。
3～5Λm波段技术具有很大的改进潜力,该波段除了在较干燥或烟雾较多的大气中优势不明显
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外,在热带海洋环境中,只要目标足够大(≥像素尺寸),对于水平光路上接近背景温度的远距离探测极限目标(?T=5K)表现出其较明显的优越性。对于较热的目标,3～5Λm系统在较短距离或对小目标表现出优越性。对于斜光路来说,8～12Λm波段系统对除了高温目标以外的所有目标都表现出较好的性能。因此,在选择热像仪波段时,必须根据实际情况进行选择。
2.4 激光测距机和激光雷达
关于激光测距机的现状,许多国家使用的是人眼安全激光测距机,常见的有波长为1.54Λm的喇曼激光器。
随着近年来激光雷达技术的发展,有关人员正在不断开辟其新的应用领域。激光雷达的工作原理是使用一个超稳定的激光发射机,像雷达系统一样来询问目标,然后接收目标反射回的能量并进行处理,收集距离和速度数据,最后生成一个高分辨率的距离图像。它可用于大气监测、障碍回避、化学战剂、干扰、侦察和监视等领域。
作为光学传感器的激光雷达,由于它可以获取包括距离信息、目标物和地形等的三维精密图像,在自动目标识别中具有较高的识别几率,并将在C4ISR中起到重要的作用。
激光雷达距离信息与FL I R的传感器图像叠加,可以准确地获得出现在FL I R上的目标大小。
因此,从传感器的发展来看,今后必须加强我国侦察车上激光雷达的研究和开发工作。
2.4.1 多光谱技术
为了提高侦察系统反伪装、反隐蔽、反欺骗的能力以帮助侦察系统在不同波段上辨识伪装或隐蔽的各种目标,可采用多光谱技术。多光谱技术是通过处理在同时、同地获得的紫外到红外波长的光学图像,来实现从自然景物提取人为景物的技术。它对光、雾、烟雾等具有较好的抗干扰性,通过利用可同时探测红外、可见光等波长的多重传感器及传感器数据的融合,可避免噪声和干扰,提高对目标的探测能力。目前,美国和日本等国已对多光谱技术进行了大量的研究,美国“赛尔斯”光电侦察系统采用固体焦平面阵列,能在7个频带上搜集信息和拍摄多光谱图像。
2.4.2 多传感器图像融合技术
成像传感器的输出增加或数据合并,为使用者提供了大量的信息,这一过程通常被称为传感器图像融合。目前常采用图像预处理技术关联处理和配准算法、象素级融合处理的数学模型和算法、空间滤光处理、图像增强、人工神经网络与显示等技术,把多传感器的图像信息融合在一起,以便获得高清晰度图像。
图像处理使用全数字视频标准或利用光学系统数字化的许多特征,可以大大减轻操作员的侦察 监视负担。
2.4.3 桅杆的应用和分析
光电传感器可直接安装在固定或可升降平台或三脚架上,但为了便于在崎岖地形、林地或有障碍物处工作,增大传感器作用距离,扩大侦察覆盖地域,实现以少量光电传感器共同监视较大的作战区域,侦察车上的光电传感器常装在可升降的长、中、短桅杆上。由于各国使用情况不同,有1.5、2、4、7、10、11.5、12、13、14m等不同长度的桅杆。德国采用的双桅杆较之单桅杆具有更好的稳定性,它可直接安装在固定或可升降平台或三脚架上,其形式有固定式和升降式(也有可同时进行折叠和升降的)两种。升降式桅杆可分为机械、液压、电动等工作方式,根据使用要求和条件的不同,可分别采用升降式长、中、短桅杆。
桅杆随着侦察车发动机的运动会产生较大的振动或线性运动,使传感器的图像质量变差。由像质下降的情况和调制传递函数可看出,像质下降的程度取决于曝光时间t e与正弦运动T0周期间的比率。若t e>T0,则图像模糊半径是振动位移幅值的2倍。若给定某一振动能量,高频振动的模糊半径将因为周期较短而比低频振动的模糊半径小得多,而且低频振动常常会引起更严重的图像模糊。
从振动分析看,振动影响图像质量的情况表现为:如果间歇时间超过振动时间,图像质量就会变差,这是因为在间歇期目标实际上还在运动。这种情况类似于在对高速运动物体进行摄影时遇到的问题,如果快门速度不够,无法捕获运动目标,相关的目标和背景就是模糊的。
通过国外对振动的大量统计概率分析,认为由于机械振动对分辨率的影响,而使用高分辨率传感器会造成很大的浪费。用一个统计的预期的分辨率就可以按实际用途选择传感器。
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3 实验结果
利用光栅投影法测量物体轮廓,采用重心法提取条纹中心位置,可以处理到亚像素级,而且精度高,容易编程。通过对预处理条纹的处理和跟踪,可以精确求出条纹中心线的相对偏移量,再通过系统的精确标定则可以还原实物的轮廓。图3、图4和图5为实验结果,其中图5的系统结构参数为:W =550mm;L=550mm;Β=5。参考文献:
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(上接第46页)
在设计或选择桅杆时应充分考虑到振动、风速及雷达、光电系统的转动扭矩以及空气动力的影响,通过计算来确定桅杆的动力学特性。
3 结束语
如上所述,世界各国都在不同程度上装备和开发了先进的监视侦察系统。因此,根据我国国情,急需研制出先进的远距离监视与侦察系统,以满足多光电探测点、战区前沿、边防昼夜远程监控与侦察的需要和战术指挥中心对数据图像及时处理、目标信息实时传输的实战要求。参考文献:
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光电传感器的应用与新技术doc
光电传感器的应用与新技术 --浅谈光电池与CCD 摘要：光电传感器是利用光电效应制成的一类传感器的总称，它能将光学量转变为电学量，广泛应用于检测和自动化系统。光电传感器包括光电池和光电阻传感器。本文将以下几个方面：1. 什么是光电池和光电阻传感器；2.光电池和光电阻传感器的比较；3.光电传感器的实际应用；4.光电传感器在未来的发展方向，详细地介绍光电传感器，并提出本人对光电传感器在未来的预测。 一光电池和光电阻 在介绍光电传感器之前，我们有必要先了解一下光电效应。光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应三种。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应[1]。它是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。光电导效应是指当入射光射到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应是指当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压的效应[2]。光电传感器都是利用光电效应制成的。 1.光电池 光电池是一种能在光的照射下，不加偏置，产生电动势半导体器件，也属于电能量型传感器。光电池的种类很多，有硒，氧化亚铜，硫化铊，硫化镉，锗，硅，砷化镓光电池等。其中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列优点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，传递效率高（接近理论极限17%），能耐高温辐射等[3]。 1.1光电池的工作原理 光电池的工作原理是光生伏特效应。当光子的能量hγ大于半导体材料的禁带宽度时，半导体材料吸收光而产生电子空穴对，这样在半导体材料内部形成载流子的浓度梯度，进而在受照表面和暗面产生一个开路的光电压。 1.2光电池的特性 光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。
光电传感器在生活中的应用-
光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器 摘要： 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 关键字：光电传感器；CCD图像传感器 正文 一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼 的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices，CCD)由大量独立光敏元件组成，每个光敏元 件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号，数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
我军师侦察营仪器侦察连的战场侦测雷达
我军师侦察营仪器侦察连的战场侦测雷达 陆军所使用的轻型战场侦察雷达，顾名思义就是探测野战环境中活动目标的雷达。它主要装备于陆军部队，用于警戒、侦察敌方运动中的人员、车辆和坦克等目标，测定其方位、距离和活动路线，提供敌军地面活动的情报。 轻型战场侦察雷达的起源和红外热成象仪一样，都是为了满足美国在越南战争的需要而发展起来的。此类雷达使用多普勒原理对野战环境中的活动目标进行侦察和定位，如人员、坦克装甲车辆、低空飞行物等目标进行全天候的侦察和定位。 操作手一般利用耳机里的多普勒音调特征来区分活动目标的种类和速度，再使用监视器上的显示的字符来确定目标的距离和方位（这点和海军的声纳操作员比较类似）。这类雷达除了可以对敌人纵深进行侦察和目标捕获外，也可以用来作为火炮校射使用。 根据雷达作用距离和规模的不同，此类雷达可以安装在三脚架、地面车辆和直升机上等平台上。而里面可供步兵分队使用的是指使用超轻型设计、供步兵分队携带使用的雷达。主要用于前沿侦察，及时为指挥官提供近实时，准确的战场情报。当然在非战场环境下，此雷达也可以用于边境监视、缉毒、反走私以及其他一些行动。 此类雷达根据雷达发射波形的不同，又有连续波和脉冲波2种体制。这种雷达波长一般都在3厘米或更短，这样做可以提高雷达侦测精度和减少雷达体积、重量。由于目标周围环境中常伴有很多地物，这种雷达常采用MTI 技术，以便将活动目标信号从强烈的地物杂波中检测出来。此类雷达根据发射功率和其它一些技术条件的不同，探测距离从2公里-30到40公里不等。 虽然与红外热成像仪相比，红外热成像仪是以被动方式工作，具有隐蔽性好的优点，但是在尘土、烟雾、阴雨等复杂气象和恶劣环境下红外热成像仪却有比较大的使用局限性。所以战场侦察雷达也被各国军方所重视。 在第一次海湾战争中，轻型战场侦察雷达为联军师以下级别的指挥官提供了实时、准确的战场情报。在战争结束后，各国军方非常关注用于陆军步兵分队的轻型战场侦察雷达的发展。以适应今后战争中支持步兵、侦察兵行动与和平环境中军警行动的需要。随着雷达电子技术的发展和各国军队对轻型战场侦察雷达的重视，这种雷达将会在步兵装备中得到越来越大的普及。从而影响步兵的传统作战模式。 探测地面活动目标雷达。主要装备于陆军部队，用于警戒、侦察敌方运动中的人员、车辆和坦克等目标，测定方位、距离和活动路线，提供敌军地面活动情报。根据雷达作用距离的不同，战场侦查雷达分为近距离（对车辆10千米左右）便携式和中远距离（对车辆20～40千米左右）车载式两种类型。根据雷达发射波形的不同，又有连续波和脉冲波2种体制。这种雷达一般采用3厘米或更短的波长，以提高精度和减少体积、重量。由于目标周围环境中常伴有很多地物，这种雷达常采用动目标检测技术，以便将活动目标信号从强烈的地物杂波中检测出来。 目前在多模传感器系统中最具代表性的是法国汤姆逊无线电公司与澳大利亚的阿贝尔视觉系统公司合作研制的“猛禽”系统。该系统有固定状态和机动状态两种形式，可供中程和近程全天候地面监视使用，还可供步兵侦察和炮兵观察使用。
最新光电传感器的应用与新技术49303
光电传感器的应用与新技术49303
光电传感器的应用与新技术 --浅谈光电池与CCD 摘要：光电传感器是利用光电效应制成的一类传感器的总称，它能将光学量转变为电学量，广泛应用于检测和自动化系统。光电传感器包括光电池和光电阻传感器。本文将以下几个方面：1. 什么是光电池和光电阻传感器；2.光电池和光电阻传感器的比较；3.光电传感器的实际应用；4.光电传感器在未来的发展方向，详细地介绍光电传感器，并提出本人对光电传感器在未来的预测。 一光电池和光电阻 在介绍光电传感器之前，我们有必要先了解一下光电效应。光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应三种。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应[1]。它是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。光电导效应是指当入射光射到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应是指当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压的效应[2]。光电传感器都是利用光电效应制成的。 1.光电池 光电池是一种能在光的照射下，不加偏置，产生电动势半导体器件，也属于电能量型传感器。光电池的种类很多，有硒，氧化亚铜，硫化铊，硫化镉，锗，硅，砷化镓光电池等。其中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列优
点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，传递效率高（接近理论极限17%），能耐高温辐射等[3]。 1.1光电池的工作原理 光电池的工作原理是光生伏特效应。当光子的能量hγ大于半导体材料的禁带宽度时，半导体材料吸收光而产生电子空穴对，这样在半导体材料内部形成载流子的浓度梯度，进而在受照表面和暗面产生一个开路的光电压。 1.2光电池的特性 光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。 如 图为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲 线，即相对灵敏度与入射光的波长的关系曲 线。从图上可知，不同材料的光谱峰值位置 是不同的[4]。硅光电池的峰值在800微米左 右，而锗光电池的峰值在450微米左右。实际使用时，应根据光源性质来选择光电池，而且要注意的是，光电池的光谱特性还与温度有关。 如图为硅光电池的光照特性。光生 电动势与光照间的特性曲线称为开路电 压曲线，光电流密度与光照强度的特性 曲线称为短路电流曲线。由图可知，当 光照足够大时，开路电压趋于饱和，因此，可以将光电池当做电流源使用，这是光电池的主要优点之一[5]。 光电池的特性还有频率特性，温度特性，在这儿就不详细叙述了。
(完整版)战场传感器简介
战场传感器简介 战场的侦察和监视技术是随着战争形式的发展而发展起来的。最早的侦察是指挥员或侦察人员的耳目侦察，侦察距离相当有限。欧洲工业革命后照相机、望远镜的发明和应用，人们获得了对较远的目标进行侦察的技术手段。19世纪末20世纪初，随着电子、航空等近代科学技术的发展，先后出现了无线电侦察技术、雷达侦察技术、航空侦察和潜艇侦察等间接侦察手段，使侦察的范围大大扩展。第二次世界大战后，出现了航天侦察和各种遥感侦察技术，使军事侦察技术发展到了一个新的水平，可以从陆、海、空、天四维空间实施侦察和监视战局。 之后,随着传感器的发展和信息革命的到来，侦察信息的获取和处理又进入了一个全新的时期。海湾战争和科索沃战争充分表明，现代战争是高技术条件下的局部战争，战场态势瞬息万变，精确制导武器大量使用，武器的射程、命中精度和杀伤能力都大大提高，同时伪装、欺骗手段不断变化。因而现代战争对侦察情报的时效性、准确性和连续性提出更高的要求。谁在信息获取技术方面占有优势，谁就将赢得军事行动的主动权。因此，世界各国都在尽最大努力，利用最新的科学技术成果发展先进的军事侦察装备。
在陆海空天四维空间侦察中，地面侦察是不可或缺的一维。这是因为地面侦察在复杂的地形地物条件下甚至是严密伪装的情况下仍能充分发挥其作用，可以弥补光学侦察、无线电侦察和雷达侦察等现代侦察技术存在的盲区。 技术特点 地面战场传感侦察系统被美军称为无人值守地面传感器U G S(Unattended Ground Sensor)，是一种无源被动探测的侦察与监视装备，一直伴随着军事需求而发展。地面战场传感侦察系统最早由美国军方在越战时期推出，成功监测了胡志明小道的动向，并引导空军对其实施了封锁。受此鼓舞，美国国防部国防高级研究计划局(DARPA：D e f e n s e A d v a n c e d R e s e a r c h Projects Agency)和美国国家科学基金委员会(NSF：National ScienceFoundation)联合资助了一系列研究计划，推动了以网络中心战为核心的新军事革命。 2 0 0 3年，美国陆军首席科学家安德鲁斯博士指出，未来作战系统将是一个网络化的、诸兵种合成的战斗系统，由无人值守地面传感器、智能武器系统及无人飞行器等组成，是多个系统组成的集成系统，各系统之间密切协同作战，从而明确了地面战场传感侦察系统在全球信息栅格网(GIG：
侦察雷达数字中频接收机的设计与实现
文章编号：1001-893X（2009）02-0038-05 侦察雷达数字中频接收机的设计与实现? 杨春 （中国西南电子技术研究所，成都610036） 摘 要：针对传统模拟接收机在实现方式上的不足，提出了侦察雷达数字化接收机的性能改进方案。并对数字中频中多项关键技术进行原理分析，给出了雷达中频数字化具体实现方案，同时给出了一个比较全面的数字中频测试方法。 关键词：侦察雷达；数字化接收机；中频采样；数字本振；镜频抑制度 中图分类号：TN959.1 文献标识码：A Design and Implementation of the Digital Intermediate Frequency Receiver for a Reconnaissance Radar YANG Chun （Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China） Abstract：In allusion to the defect of analog receiver，performace improvement scheme of digital intermediate frequency（IF）receiver for a surveillance radar is proposed，and theory of several key technologies is analysed.The implementation scheme of IF digitization for reconnaissance radar is given. A comprehensive digital IF test method is provided. Key words：reconnaissance radar；digital receiver；intermediate frequency sample；digital local oscillator；image suppression 1 引言 传统雷达接收机正交解调在模拟域进行，I/Q 通道混频器要求同频率相位相差90°，两个通道通过滤波器后，信号增益也要求完全一致。如果在信号带宽上所有频点不能满足这个要求，则后端信号处理会因为I/Q通道的幅度不一致在脉压后产生距离旁瓣和相位正交性不好引入虚假目标，同时传统模拟接收机每个通道都需要一个A/D，两个A/D的差异会进一步降低系统性能。 随着集成电路的高速发展，尤其是高速A/D变换器的发展，使得直接中频采样成为可能，即直接将模拟中频信号通过A/D变换为数字信号，同时在数字域实现正交解调，生成数字I、Q基带信号。与传统模拟方法相比，直接中频采样具有更高的精度与稳定性。尤其是数字本振不受环境变化影响，没有温度漂移，同时数字本振的幅度一致和相位正交性比模拟本振高一个数量级。本文探讨了侦察雷达数字中频的实现方案，给出了一种基于多相滤波器结构的数字接收机实现方法，实现了对60 MHz 调制的中频信号（带宽5 MHz）数字下变频设计，并给出了最后试验结果。 ?收稿日期：2008-12-03；修回日期：2009-01-21
传感器的应用现状及发展趋势-论文2011-11-16
传感器技术的研究应用现状与发展前景 传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力，而现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。传感器是信息系统的源头, 在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文回顾了传感器技术的发展历史，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究应用状况，并通过简述当前的应用实例，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 1.引言 传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转换成电信号的换能器。当今社会的发展是信息化社会的发展，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统，它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的大脑，把通信系统比喻为传递信息的神经系统，那么传感器就是感知和获取信息的感觉器官。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置现代传感器技术具有巨大的应用潜力拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 2.传感器的发展历史及分类 2.1传感器技术的发展历史 传感器技术是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段并没有投入到实际生产与广泛应用转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目
光电传感器及应用教案.
学习情境（项目）5授课说明 学习领域名称：家电传感器应用授课教师：课程总学时： 72 项目5：节能灯与光电传感器学时数： 16 累计学时： 48 授课时间安排与执行记录 授课班级 智能家电授课地点 授课日期资讯7 10月6日1-4 节 家电产品控制 实训室 计划0.5 10月9日1-4 节 家电产品控制 实训室 决策0.5 家电产品控制 实训室 实施 6 家电产品控制 实训室 检查 1 家电产品控制 实训室 评估 1 家电产品控制 实训室 参考资料PPT、网络资源、节能灯控制电路 教学方法宏观：引导文法微观：见下 教学目标 知识目标： 1.光电式传感器的分类及工作原理 2.光电式传感器特性 3.红外热释电传感器的分类及工作原理 4.红外热释电传感器特性 5.菲尼尔透镜工作原理及作用技能目标： 6.测量电路构成； 7.光敏电阻在节能灯智能控制中的作用 8.红外热释电传感器实际应用中的安装 9.光敏与红外热释电在节能灯控制策略 中的实施 态度目标： 10.培养学生的沟通能力及团队协作精神 11.养成良好的职业道德 12.提高质量、成本、安全、环保意识 重点： 13.红外热释电传感器特性 1.测量电路 2.光敏电阻的选用与电路设计 3.光敏与红外热释电在节能灯控制策略中的实施 难点： 1.各类光电式传感器的工作原理 2.光电式传感器的特性 3.菲尼尔透镜工作原理及作用 资讯：7学时（注：1学时=45 min，下同） 教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注 1．目标描述下发设计任务书，描述项目学 习目标 实物展示、PPT 设计任务书 讲授法 演示法 15 min 下发引导文 2．布置任务1）交代项目任务 2）发放相关学习资料 PPT 讲授法 演示法 15 min
光电传感器的发展及其应用
光电传感器的发展及其应用 摘要：光电式传感器（photoelectric transducer），基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。 关键词：光电传感器、光电效应、发展、应用实例 1 引言 光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 2 光电传感器原理及应用 2.1光电式传感器 光电传感器又称光传感器，其基本原理是以光电效应为基础，通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如图1，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。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，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[1]。 图 1
光电传感器的电源要是一个恒光源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性，常用光源有以下几种： ⑴、发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。 ⑵、丝灯泡这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。 ⑶、激光激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干性好等优点，是很理想的光源。 由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的测量电路。测量电路能够把光电效应造成的光电元件电性能的变化转换成所需要的电压或电流。不同的光电元件，所要求的测量电路也不相同。下面介绍几种半导体光电元件常用的测量电路。 半导体光敏电阻可以通过较大的电流，所以在一般情况下，无需配备放大器。在要求较大的输出功率时，可用图2所示的电路。图3（a）给出带有温度补偿的光敏二极管桥式测量电路。当入射光强度缓慢变化时，光敏二极管的反向电阻也是缓慢变化的，温度的变化将造成电桥输出电压的漂移，必须进行补偿。图中一个光敏二极管做为检测元件，另一个装在暗盒里，置于相邻桥臂中，温度的变化对两只光敏二极管的影响相同，因此，可消除桥路输出随温度的漂移。光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电路，如图3所示。 图2 图3 由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出电压也仅0.6V，还不能使下一
光电传感器创新应用
光电传感器创新应用 [摘要]光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器,具有反应快、精度高、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,因此,光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛。 [关键词]光电式传感器创新应用 一、光电传感器基本知识 光电传感器最根本的原理是光电效应,光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应:在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类:(1)光电导效应。在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计,光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。光电传感器特点有:(1)检测距离长。如果在对射型中保留10m以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法离检测。(2)对检测物体的限制很少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理,所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属,它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。(3)响应时间短。光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。(4)分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。(5)可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此,传感器能长期使用。(6)可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。(7)便于调整。在投射可视光的类
德国“小狐”战场侦察车
德国“小狐”战场侦察车 在现代战争中，能否实时、准确地掌握战场信息往往会成为决定战争胜负的关键，而侦察就成了部队遂行战斗任务前所必须的环节。尽管卫星、雷达等远距离侦察设备在战争中的作用日益提升，但现场勘察仍在作战中有着不可或缺的地位，德国“小狐”装甲侦察车便是在这种情况下应运而生的新一代战场侦察车。
研发背景 传统的战场侦察车大都是由军用吉普车改装而成，随着反侦察手段的不断发展，吉普车隐蔽性低、防护能力差的弱点使其难以充分接近敌方阵地，而在遇到直升机等重型武器的阻击时又缺乏有效的反击措施，因此出现了大量在吉普级的全轮驱动型车上安装装甲的轻型装甲车，如法国的“潘哈德”VBL轻型装甲车、美国的“悍马”多用途车族、日本的高速轻型装甲车均为其中的代表。 “小狐”装甲侦察车是德国威格曼公司与荷兰宇航车辆公司共同开发的新车种，其研制工作始于1990年，几经周折后终于在1998年开始批量生产。该车看似普通的轻型装甲车，但由于其主要任务是用于战场侦察，因此在研制之初，德国国防部对“小狐”侦察车提出了如下要求：能够在敌方控制区内连续工作五天，并将侦获的情报实时传回己方指挥部；整车须具备良好的隐蔽性、机动性及自卫火力，其装甲应能够承受普通轻型武器的连续射击，在
遭受敌方核、生、化武器攻击时仍具备一定的生存能力；车身须紧凑小巧，能够方便地经空中、陆路及海路投放战场。 整体性能 “小狐”的车组成员为三名，在实战中通常以两车编组的形式执行侦察任务。与前述的“悍马”等多用途车族不同，由于该车从一开始便被定义为一款专门用于执行侦察任务的车型，因此在设计和装备上也有许多创新和突破。其发动机功率为179千瓦，配备全自动无级变速箱和带防滑机械的差速器及轮胎压力自适应系统。最高时速115公里、最小转弯半径6.3米，能够轻松爬上60°的斜坡和驶过l米深的水洼。尤其值得注意的是，该车一次加油后可连续行驶860公里，便于其在战场上进行大范围穿插。其动力传动系统采用典型的“H”型布置，乘员座舱和发动机分别被置于车身的中前部和后部，这一设计可以在不损失机动性能的前提下大大降底车身高度，对于提高整车的隐蔽性十分有利。 驾驶员被安排在车身的最前方以保证其视野，前方和两侧装有加厚防弹玻璃，舱内还设有红外夜视装置，使驾驶员在夜间也能自如行进。驾驶仪表盘采用人机工学设计，各种行驶数据一目了然。由于其车身扁平，驾驶员难以通过后视镜观察车身后方的情况，因此，设计者专门在驾驶室内安装了一台监视器，它可以将车身后方的影像实时传送到驾驶员跟前，其视野范围远远超过传统的后视镜，这在摆脱敌军追击时极为有用。此外，驾驶员还可以遥控操作车身前方的绞盘和后部的动力舱灭火器，在发生事故时，绞盘能够有效地实施自救或救助己方车辆。
雷达专业术语
《电路分析基础》 1 A型显示器(距离显示器) A scope(range indicator) 2 交流二极管充电A.C. diode charging 3 交流阻抗A.C. impedance 4 交流谐振充电A.C. resonant charging 5 A/R型显示器A/R scope 6 电枢控制Aarmature control 7 绝对误差Absolute error 8 吸收性复盖层Absorbent overlay(coverage) 9 减震器Absorber 10 吸收式衰减器Absorptive attenuator 11 交流控制系统AC control system 12 加速度信息Acceleration information 13 附件Accessory 14 捕捉目标试验Acquisition object test 15 截获概率试验Acquisition probability test 16 低仰角截获试验Acquisition test at the lowest elevation 17 有源滤波器Active filter 18 有源校正网络Active corrective network 19 有源干扰Active jamming 20 阵列单元的有效阻抗Active-impedance of an array element 21 执行元件Actuator(driving) element 22 自适应天线Adaptive antenna 23 自适应天线系统Adaptive antenna system 24 自适应能力Adaptive capability 25 自适应检测器Adaptive detector 26 自适应跳频Adaptive frequency hopping 27 自适应干扰机Adaptive jammer 28 自适应动目标显示Adaptive MTI 29 加法器Adder 30 导纳Admittance 31 气悬体干扰Aerosol jamming 32 通风车Air blower carriage 33 空气滤渍器Air filter 34 空中交通管制雷达Air traffic control radar 35 机载引导雷达Airborne director radar 36 机载动目标显示Airborne MTI 37 机载雷达Airborne radar 38 机载测距雷达Airborne range-finding radar 39 机载警戒雷达Airborne warning radar 40 机载截击雷达Airborne-intercept radar 41 空心偏转线圈Air-core deflection coil 42 护尾雷达Aircraft tail warning radar(A TWR) 43 飞机跟踪试验Aircraft tracking test
光电式传感器在汽车上的应用及发展趋势重点
光电式传感器在汽车上的应用及发展趋势 摘要:传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,传感器技术是实现测 试与自动控制的重要环节, 而测试技术与自动控制水平的高低, 是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。本文介绍了光电传感器的原理, 列举了光电传感器在汽车一些方面的应用。 关键词:光电传感器;汽车传感器;应用;发展趋势 The Adhibition and Development Tendency of Photo-sensor of the Motor Vehicle Abstract:Sensor is the important technological foundation of the new technology revolution and the information society.The sensor techniques is a important part to realize the test and automatic control.The level of the testing technology ang automatic control is th e important symbol to measure the modernization of a country’ s science and technology.This paper introduces the principle of photo-sensor and enumerates some photo-sensors applied on the motor vehicles. Keywords:photo-sensor;automotive sensors;adhibition;development tendency 0 引言 随着汽车电子技术的迅速发展及电控单元运用的普及, 新型汽车为了提高动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染,已广泛应用电子控制技术。从发动机的燃油喷射系统、点火装置、进气装置、废气排放、故障自诊断到底盘的传动系统、行驶系统、转向制动系统以及车身和辅助设备等普遍采用了电子控制技术。在汽车电子控制系统中, 传感器担负着采集和传输功能, 它是电子控制中非常重要的部件,其技术性能的好坏,直接影响汽车电子控制系统的工作情况。汽车传感器主要有温度传感器、压力传感器、空气流量传感器、位置与角度传感器、气体浓度传感器、速度与加速度传感器、爆燃与碰撞传感器等几十种。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器, 通常由光源、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
光电传感器原理及应用
光电传感器原理及应用 院系：电气与机械工程学院 班 级： 13级电气2班 姓 名： 李 刚 学号： 131050147 PINGDINGSHANUNIVERSITY
前言 随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，安全防护,而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 光电传感器的原理 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、光电耦合器件等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称 为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光电电动势的效应称为内光电效应。内光电效应可分为以下两类： （１）光电导效应 在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子—空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 （２）光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 w hv -=2mv 21w hc K =λ
传感器原理与应用习题第8章光电式传感器
传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第 3 版）贾伯年主编，及其他参考书 第8 章光电式传感器 8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。 8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？ 答：外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。 光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它有较大面积的PN 结，当光照射在PN 结上时，在结的两端出现电动势。当光照到PN 结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N 区聚积负电荷，P 区聚积正电荷，这样N 区和P 区之间出现电位差。 8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？ 8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。 答：不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。 光谱特性与光敏电阻的材料有关，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。 8-6 简述CCD 图像传感器的工作原理及应用。 8-7 何谓PSD ？简述其工作原理及应用。 8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。 8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。 8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。 答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。 应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。 8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。 8-12 试说明图8-33（b）所示光电式数字测速仪的工作原理。（1 ）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（ 2 ）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。
光电传感器在战场侦察车上的应用与发展
光电传感器 在战场侦察车上的应用与发展（《机械参数测试技术》课程论文） 学院：机电工程学院 班级: 姓名: 学年学期：2014-2015学年第一学期 学号: 报告完成日期：二〇一五年一月十二日 总成绩：
光电传感器在战场侦察车上的应用与发展 目前, 世界各国均已认识到, 战争将是在核威慑条件下常规武器战争向数字化战争发展, 作战方式和作战手段将发生重大变化, 且精确制导武器已被大量应用, 武器的射程、命中率和杀伤率都已达到极高水平的作战模式。在战场瞬息万变的情况下, 为充分发挥部队和武器的最大作战效能, 实时、准确地了解战场动态、敌方战区和全纵深内的战略及重要战术目标的有关图像信息显得越来越重要。因此,各国都在发展先进的侦察车以争取赢得战争的胜利。若按操控分类,目前的战场侦察车可以分为有人侦察车和无人侦察车2大类, 其主要用途都是利用侦察车上的侦察设备对战场目标进行监视和侦察, 在昼夜任何时间和复杂条件(包括雨、雪、雾、烟幕、屏障和强烈光源干扰等情况)下, 对目标进行搜索、探测、识别和监视。无人侦察车的发展与应用可使部队面临的风险降到最小,还可使作战手段多样化,增强指挥官的应变能力,把人从武器系统中解放出来,降低了防护要求,缩小了车辆的体积,提高了作战平台的生存能力和作战效能。因此, 从战略意义上来说, 无人侦察车必将产生极其深远的影响。无论是有人还是无人侦察车,其受到青睐和赏识的最主要的原因都是侦察平台传感器。通过传感器的侦察系统,实施昼夜全天候侦察,可以提高武器系统性能15%～150%,并提高武器的单独作战能力和战术性能。 一、国外传感器系统在侦察车上的应用状况 过去, 在自动化技术成熟之前, 各国对所需要的侦察传感器从来
光电传感器在汽车上的应用及发展
传感器与检测技术论文 题目：光电传感器在汽车上的应用班级：2013级电子信息工程1班学号： ：俊旭 指导老师：江华 2016.5.2
摘要 光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。 关键词：光电传感器；汽车；应用；
目录 一、引言 二、光电传感器 2.1 光电传感器的概念 2.2 光电传感器的工作原理 2.3 光电传感器的分类 三、光电式传感器在汽车上的应用 3.1 光电式车高传感器 3.2 光电式转向传感器 3.3光电式光量传感器 3.4 光电式车速传感器 四、参考文献
一、引言 随着汽车电子技术的迅速发展及电控单元运用的普及，新型汽车为了提高动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染，已广泛应用电子控制技术。从发动机的燃油喷射系统、点火装置、进气装置、废气排放、故障自诊断到底盘的传动系统、行驶系统、转向制动系统以及车身和辅助设备等普遍采用了电子控制技术。在汽车电子控制系统中，传感器担负着采集和传输功能，它是电子控制中非常重要的部件，其技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作情况。汽车传感器主要有温度传感器、压力传感器、空气流量传感器、位置与角度传感器、气体浓度传感器、速度与加速度传感器、爆燃与碰撞传感器等几十种。 本文主要讲述了传感器在汽车技术中的应用以及各种汽车传感器的工作原理和在汽车技术中的作用。其中转速传感器是检测发动机的转速、空气流量传感器检测发动机的进气量以更好的控制空燃比、节气门位置传感器是将节气门开度转换为电信号，通过ECU控制喷油量、进气温度传感器是检测发动机的进气温度，将进气温度转变为电压信号输入ECU作为喷油修正信号、氧传感器是根据化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。
光电传感器应用
浙江工业职业技术学院
消除或削弱背景光及温度等因素的影响。 二、应用举例 1．光电比色温度计（光源本身是被测物） （1）问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与温度有关。（2）原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的辐射程度 Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系。 Iλ1/Iλ2=K1e-K2/T 由光路图及电路原理框图介绍其原理，注意参比信号。2．光电式烟尘浓度计（透射式） （1）问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量和节能 的要求，对烟尘的监测是必须的。 （2）通过光路及电路原理框图介绍其原理，注意参比信 号，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。 3．光电式转速表（反射式） （1）问题的提出：由于机械式转速表和接触式电子转速 表精度不高，且影响被测物的运转状态，已不能满足自动化的要求。光电式转速计可用于测量高转速而又不影响被测物； （2）通过光路及电路原理框图介绍其原理： a）选用光电二极管（响应时间短）用于高频调制信号测量；
b）数字量测量，不用参比信号。 4．光电式边缘位置检测器（遮挡式） （1）问题的提出：光电式边缘位置检测器是用来检测带 型材料在生产过程中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。 （2）通过光路及转换电路介绍其原理： a）光路一半遮挡一半透过； b）桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻； c）光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里限用于控制。 三、总结以上各例使学生建立光路系统与电路结合的概念，并能 举一反三、灵活应用。 小结： 1、光电式传感器的应用类型 2、应用举例