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光電傳感器信息融合技術的實際應用研究
摘 要 在數據信息理論與計算機技術二者相互融合的作用下，光電傳感器對目標分類及識別的能力也隨之加強，課題研究方向也開始從理論方法轉移到實際應用這一方面。本文就光電傳感器信息融合技術的應用必要、概念優(yōu)點、工作原理及應用領域等方面進行簡單論述。
關鍵詞 光電傳感器；信息融合技術；實際應用研究
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）100-0209-02
光電傳感器因其靈敏輕便等優(yōu)勢而被廣泛應用于自動化設備檢測裝置中。20世紀80年代，美國軍事領域開始應用光電傳感器信息融合技術；2013年3月15日，美國國防先期計劃研究局（DARPA）公布了在阿靈頓召開的已進入第二階段的MIST-LR項目會議，指出在未來的第三階段，將開發(fā)出能夠提升飛行器性能的原型系統(tǒng)傳感器，極大發(fā)揮其在民用和軍事兩個方面的助推器作用。
1 應用必要
第一，光電傳感器獲取信息的過程實際是一個多對一的對應抽樣過程，在將客觀世界空間的信息傳輸至傳感器這一過程中信息丟失的問題難以避免；第二，軍事領域中光電傳感器的數量龐大，急需處理的信息量也繁多冗雜，這些都會給人工處理帶來一定困擾，而光電傳感器信息融合技術的應用巧妙地解決了這一信息綜合處理的難題；第三，應用環(huán)境決定了光電傳感器性能發(fā)揮的好壞，但截至目前尚未有一個國家可以開發(fā)出適用于任何環(huán)境下且性能優(yōu)于其他類型的光電傳感器。
2 概念優(yōu)點
光電傳感器信息融合的過程正是為了完成目標分類、識別及跟蹤等任務而進行信息自動分析綜合處理的過程。軍事領域中的目標識別及跟蹤可以實現光電傳感器目標屬性中的監(jiān)視功能，有利于精確定位與預估判決。我國航天技術的高速發(fā)展離不開當前最熱門的技術之一——航天技術上光電傳感器信息融合技術，它能夠有效提高空間的分辨率和系統(tǒng)的可靠性，無疑成為我國GDP增長的“助推器”。
3 工作原理
光電傳感器能夠有效檢測到光強度變化的情況并將光強度的變化轉換為電信號的變化。通常情況下，光電傳感器這種小型電子設備由三部分組成：發(fā)送器、接收器與檢測電路。發(fā)送器負責向目標發(fā)射來源于發(fā)光二極管、激光二極管及紅外射二極管等的光束，不間斷發(fā)射出的光束經過像光圈、透鏡這種光學元件后達到由光電二極管、光電三極管及光電池構成的接收器中，接收器接收到光束后會將其傳輸至能夠過濾該信號是否有效并決定是否應用的檢測電路。詳細流程見下圖所示。
需要強調的一點是發(fā)射板和光導纖維作為光電傳感器結構元件的一種也獨具特色。眾所周知，三角形的結構最為穩(wěn)定，因此由極細小的三角錐體反射材料組成的三角反射板是一種能保證光束可以準確無誤地從反射板返回的發(fā)射裝置，其結構極其穩(wěn)固且具有極強的實用性。
4 應用領域
4.1研制抄表系統(tǒng)
為及時結算用戶的電費，一般由電力部門派專門的抄表人員到有關用戶處定期走家串戶地查看、抄寫設置在現場的電能表，通過人工讀取、記錄、計算和收費。這不僅浪費人力，而且還會因人工讀取造成不必要的誤差，給用戶帶來不必要的麻煩和損失，甚至會發(fā)生不法分子假冒抄表人員入室作案而影響社會治安。因此，無論是電力部門還是用戶們均迫切要求改變當前的落后狀態(tài)。隨著微電子技術、傳感器技術、計算機技術及現代通訊技術的發(fā)展，可以利用光電傳感器來研制自動抄表系統(tǒng)。
電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產生的轉矩驅動而旋轉，采用光電傳感器則可將鋁盤的轉數轉換成脈沖數。如在旋轉的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對管，則當鋁盤旋轉時在局部涂黑處便產生脈沖，并可將鋁盤的轉數采樣轉換為相應的脈沖數，并經光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進行計數處理。采用光電耦合隔離器可以有效地防止干擾信號進入微機，再結合其它傳輸方式便可形成自動抄表系統(tǒng)。目前自動抄表系統(tǒng)沒有大規(guī)模使用與當前的技術有莫大關系，這套技術還有很多需要改進之處，相信在未來幾年隨著技術的發(fā)展，自動抄表將在全國范圍內實現。
4.2節(jié)能燈具設計
光敏傳感器、紅外傳感器、顏色傳感器已進入各種自控節(jié)能LED照明系統(tǒng)的設計方案之中，它們的自主控制、方便應用使得不少公共照明LED燈具和居家照明燈具實現智能化。光電傳感器可以協(xié)助公共照明的LED燈具實現燈光的自動開啟關閉，可以智能的感應人和車輛進出而自動開關燈光，可以智慧的控制LED燈光開啟的時間和控制亮度，甚至按人類的意愿自動調整光線的色溫，營造人類想要的光氛圍。
4.2.1光敏傳感器應用
光敏傳感器中最簡單的電子器件是光敏電阻，它能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過簡單電子線路放大處理，可以控制LED燈具的自動開關。對于遠程的照明燈具，如街燈、庭院燈、草坪燈等都可經濟而簡單的實現節(jié)能自動控制。太陽能路燈本身是利用太陽光發(fā)電、儲能的LED照明燈具，無需電網供電也就無需架設成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳感器可以實現極低成本、自動開啟關閉的節(jié)能管理。
4.2.2紅外傳感器應用
紅外熱釋電傳感器（PIR）在LED照明中的應用已有近十年的歷史。紅外傳感器的視角有限，需要搭配菲涅爾透鏡才能擴大探測區(qū)，才能監(jiān)視移動的熱源（人或車）。菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，將熱釋紅外信號折射在PIR上；二是將探測區(qū)內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)的人能以溫度變化的形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號。
4.3航天技術應用
我國神舟十號發(fā)射成功后到與天宮一號的自動交會對接，2000多項航天技術成果移植國民經濟成為經濟發(fā)展“倍增器”，其中光電傳感器技術發(fā)揮了重要作用。神舟十號和天宮一號對接機構十分復雜，由上百個傳感器、上千軸承組合而成。對接任務要求嚴絲合縫且不能漏氣。另外考慮到飛行器在太空環(huán)境中失重要經歷高低溫的變化，因此必須保證對接時不出現故障。手控交會對接時要有精確的傳感器測量設備，不斷測量兩個飛行器之間的距離、相對速度和姿態(tài)等，稍有差池后果不堪設想。最后對接時，要求軸向誤差≤18cm。這些對航天員的身心都是極大的挑戰(zhàn)，要求他們具有極高的眼手協(xié)調性、操作精細性和過硬的心理素質等。在交會對接的過程中，航天員需要緊盯電視圖像，根據實時傳輸的數據讓兩個航天器一點點逼近，根據仔細計算決定速度變化方案完成交會對接，其中傳感器起到決定性作用，為實現航天夢奠定最強基礎。
4.4工業(yè)自動化裝置
光電傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，在工業(yè)上常用于非接觸測量物位、距離和條碼等信息，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。隨著現代檢測技術的發(fā)展出現了很多新型的光電傳感器，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。相關應用行業(yè)的系列產品如下：
1）光電式煙霧報警器。沒有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號，沒有輸出；有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發(fā)出報警。如今頻遭吐槽的霧霾天氣說明環(huán)境污染問題嚴重，而光電式煙霧報警器則可通過光在煙道里傳輸過程的變化檢測到煙道中的煙塵濁度；2）點鈔機的計數傳感器。具有結構微型化、操作簡便化、使用耐用型等特點的點鈔機在我們的日常生活中應用頻繁，其不光在金融機構中被大量使用，也逐漸成為一些大型企事業(yè)單位必備的辦公用品，成就其的正是結構簡單、響應速度快、精確度高的光電傳感器。點鈔機的技術傳感器采用兩組由一個紅外發(fā)光二極管和一個接收紅外光的光敏三極管組成的紅外光電傳感器，沒有鈔票時，接收管受光照導通而輸出為0；有鈔票時，接收管光通量不足而輸出為1且產生一個脈沖信號，經檢測電路輸入至負責計數和顯示的單片機。只有不斷提升光電傳感器的性能，才能滿足商業(yè)經濟和財務自動化日新月異變化而產生的高要求。
參考文獻
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