(一)從測(cè)驗(yàn)說起 

    一、測(cè)驗(yàn)是通過一定的物理方式，分辨出被測(cè)參數(shù)量病歸屬到某一范圍帶，以此來判別被測(cè)參數(shù)是否合格或參數(shù)量是否存在。量測(cè)時(shí)將被測(cè)的未知量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定被量測(cè)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，并通過數(shù)字表示出這個(gè)倍數(shù)的過程。 

    在自動(dòng)化和測(cè)驗(yàn)領(lǐng)域，測(cè)驗(yàn)的任務(wù)不僅是對(duì)成品或半成品的檢驗(yàn)和量測(cè)，而且為了檢查、監(jiān)督和控制某個(gè)生產(chǎn)過程或運(yùn)動(dòng)對(duì)象使之處于人們選定的*佳狀況，需要隨時(shí)測(cè)驗(yàn)和量測(cè)各種參量的大小和變化等情況。這種對(duì)生產(chǎn)過程和運(yùn)動(dòng)對(duì)象實(shí)時(shí)測(cè)驗(yàn)和量測(cè)的工藝又稱為工程測(cè)驗(yàn)工藝。 

    量測(cè)有兩種方式：即直接量測(cè)和間接量測(cè) 

    直接量測(cè)是對(duì)被量測(cè)進(jìn)行量測(cè)時(shí)，對(duì)以表讀數(shù)不經(jīng)任何運(yùn)算，直接的出被量測(cè)的數(shù)值，如：用溫度計(jì)量測(cè)溫度，用萬用表量測(cè)電壓 

    間接量測(cè)是量測(cè)幾個(gè)與被量測(cè)有關(guān)的物理量，通過函數(shù)關(guān)系是計(jì)算出被量測(cè)的數(shù)值。如：功率P與電壓V和電流I有關(guān)，即P=VI，通過量測(cè)到的電壓和電流，計(jì)算出功率。
 
    直接量測(cè)簡(jiǎn)單、方便，在實(shí)際中使用較多；但在無法運(yùn)用直接量測(cè)方式、直接量測(cè)不方便或直接量測(cè)誤差大等情況下，可運(yùn)用間接量測(cè)方式。 

    光電傳感器與敏感器的概念 

   在很多情況下，所需要量測(cè)的非電量并不是傳感器所能轉(zhuǎn)變的那種非電量，這就需要在傳感器前面加一個(gè)能夠把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)變?yōu)樵搨鞲衅髂軌蚪邮蘸娃D(zhuǎn)變的非電量的裝置或器件。這種能夠被測(cè)非電量轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎秒娏康脑骷蜓b置成為敏感器。例如用電阻應(yīng)變片量測(cè)電壓時(shí)，就需要將應(yīng)變片粘貼到售壓力的彈性原件上，彈性原件將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變力，應(yīng)變片再將應(yīng)變力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓＿@里應(yīng)變片便是傳感器，而彈性原件便是敏感器。敏感器和傳感器隨然都可對(duì)被測(cè)非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)變，但敏感器是把被量測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎梅请娏浚鴤鞲衅魇前驯粶y(cè)非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏俊?nbsp;

    傳感器的作用是將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系得電量輸出，它本質(zhì)上是非電量系統(tǒng)與電量系統(tǒng)之間的接口。在測(cè)驗(yàn)和控制過程中，傳感器是必不可少的轉(zhuǎn)變器件。從能量角度出發(fā)，可將傳感器劃分為兩種類型：一類是能量控制型傳感器，也稱有源傳感器；另一類是能量轉(zhuǎn)變傳感器，也稱無源傳感器。能量控制型傳感器是指?jìng)鞲衅鲗⒈涣繙y(cè)的變換轉(zhuǎn)變成電參數(shù)（如電阻、電容）的變化，傳感器需外加激勵(lì)電源，才可將被量測(cè)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)變成電壓、電流的變化。而能量轉(zhuǎn)變型傳感器可直接將被量測(cè)的變化轉(zhuǎn)變成電壓、電流的變化，不需外加激勵(lì)源。 

    二、光電傳感器是基于光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種傳感器，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、宇航和廣播電視等各個(gè)領(lǐng)域。 

    光電傳感器主要噢有光電二極管、光電晶體管、光敏電阻Cds、光電耦合器、繼承光電傳感器、光電池和圖像傳感器等。主要種類表如下圖所示。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要選擇適宜的傳感器才能達(dá)到預(yù)期的效果。大致的選用原則是：高速的光電測(cè)驗(yàn)電路、寬范圍照度的照度計(jì)、超高速的激光傳感器宜選用光電二極管；幾千赫茲的簡(jiǎn)單脈沖光電傳感器、簡(jiǎn)單電路中的低速脈沖光電開關(guān)宜選用光電晶體管；響應(yīng)速度雖慢，但性能良好的電阻橋式傳感器以及具有電阻性質(zhì)的光電傳感器、路燈自動(dòng)亮滅電路中的光電傳感器、隨光的強(qiáng)弱成比例改變的可變電阻等宜選用Cds和Pbs光敏元件；旋轉(zhuǎn)編碼器、速度傳感器、超高速的激光傳感器宜選用集成光電傳感器。

    光電傳感器類型 光電傳感器實(shí)例  

    PN結(jié) PN光電二極管（材料運(yùn)用Si，Ge，GaAs）
 
    PIN光電二極管（材料運(yùn)用Si） 

    雪崩光電二極管（材料運(yùn)用Si，Ge）  

    光電晶體管（光電達(dá)林頓管）（材料運(yùn)用Si） 

    集成光電傳感器和光電晶閘管（材料運(yùn)用Si）  

    非PN結(jié) 光電元件（材料運(yùn)用CdS，CdSe，Se，PbS） 

    熱電元件（材料運(yùn)用（PZT，LiTaO3，PbTiO3）
  
    電子管類 光電管，攝像管，光電倍增管  

    其他類 色敏傳感器（材料運(yùn)用Si，α-Si） 

    固體圖像傳感器（材料運(yùn)用Si，有CCD型，MOS型，CPD型 

    位置測(cè)驗(yàn)用元件（PSD）（材料運(yùn)用Si）  

    光電池（光電二極管）（材料用Si）  

    (二)光電測(cè)試工藝簡(jiǎn)介   

    光電測(cè)驗(yàn)工藝是光電信息工藝的主要工藝之一，它主要包括光電變換工藝、光信息獲取與光信息量測(cè)工藝以及量測(cè)信息的光電處理工藝等。如用光電方法實(shí)現(xiàn)各種物理量的量測(cè)，微光、弱光量測(cè)，紅外量測(cè)，光掃描、光跟蹤量測(cè)，激光量測(cè)，光纖量測(cè)，圖象像量測(cè)等。   

    光電測(cè)驗(yàn)工藝將光學(xué)工藝與電子工藝相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)各種量的量測(cè)，他具有如下特點(diǎn)：   
    (1)高精度。光電量測(cè)的精度是各種量測(cè)工藝中精度*高的一種。如用激光干涉法量測(cè)長(zhǎng)度的精度可達(dá)0.05μm/m；光柵莫爾條紋法測(cè)角可達(dá)到 ；用激光測(cè)距法量測(cè)地球與月球之間距離的分辨力可達(dá)到1m。   

    (2)高??度。光電量測(cè)以光為媒介，而光是各種物質(zhì)中傳播速度*快的，無疑用光學(xué)方法獲取和傳遞信息是*快的。   
    (3)遠(yuǎn)距離、大量程。光是*便于遠(yuǎn)距離粗寒痹的介質(zhì)，尤其適用于遙控和遙測(cè)，如武器制導(dǎo)、光電跟蹤、電視遙測(cè)等。  

    (4)非接觸量測(cè)。光照到被測(cè)物體上可以認(rèn)為是沒有量測(cè)力的，因此也無摩擦，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)量測(cè)，是各種量測(cè)方法中效率*高的一種。

    (5)壽命長(zhǎng)。在理論上光波是永不磨損的，只要復(fù)現(xiàn)性做得好，可以長(zhǎng)久的使用。   

    (6)具有很強(qiáng)的信息處理和運(yùn)算能力，可將復(fù)雜信息并行處理。用光電方法還便于信息的控制和存儲(chǔ)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，，易于與計(jì)算機(jī)連接，易于實(shí)現(xiàn)只能化。   

    光電測(cè)試工藝是現(xiàn)代科學(xué)、國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)和人民生活中不可缺少的新工藝，是機(jī)、光、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的新工藝，是*具有潛力的信息工藝之一。   

    (三)光電測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 

    由于被測(cè)對(duì)象復(fù)雜多樣，故測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同。一般電子測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)是由傳感器、信號(hào)調(diào)理器和輸出環(huán)節(jié)三部分組成。 

    傳感器處于被測(cè)對(duì)象與測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)的接口處，是一個(gè)信號(hào)變換器。它直接從被測(cè)對(duì)象中提取被量測(cè)的信息，感受其變化，并轉(zhuǎn)化成便于量測(cè)的電參數(shù)。 

    有傳感器測(cè)驗(yàn)到的信號(hào)一般為電信號(hào)。它不能直接滿足輸出的要求，需要進(jìn)一步的變換、處理和分析，即通過信號(hào)調(diào)理電路將其轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，輸出給輸出環(huán)節(jié)。
 
    根據(jù)測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)輸出的目的和形式的不同，輸出環(huán)節(jié)主要顯示與記錄裝置、數(shù)據(jù)通信接口和控制裝置。 

    傳感器的信號(hào)調(diào)理電路是由傳感器的類型和對(duì)輸出信號(hào)的要求決定的。不同的傳感器具有不同的輸出信號(hào)。能量控制型傳感器輸出的是電參數(shù)的變化，需運(yùn)用電橋電路將其轉(zhuǎn)變成電壓的變化，而電橋電路輸出的電壓信號(hào)幅度較小，共模電壓又很大，需要用儀表放大器進(jìn)行放大，在能量轉(zhuǎn)變型傳感器輸出的電壓、電流信號(hào)中一般都含有較大的噪聲信號(hào)，需加濾波電路提取有用的信號(hào)，而濾波出無用的噪聲信號(hào)。而且，一般能量型傳感器輸出的電壓信號(hào)幅度都很低，也許才用儀表放大器進(jìn)行放大。
 
    與電子系統(tǒng)載波相比，光電系統(tǒng)載波的頻率提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這種頻率量級(jí)上的變化使光電系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)方法上發(fā)生了質(zhì)變，在功能上也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。主要表現(xiàn)在載波容量、角分辨率、距離分辨率和光譜分辨率大為提高，因此，在信道、雷達(dá)、通信、精導(dǎo)、導(dǎo)航、量測(cè)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。應(yīng)用到這些場(chǎng)合的光電系統(tǒng)的具體構(gòu)成形式盡管各不相同，但有一個(gè)共同的特征，即都具有發(fā)射機(jī)、光學(xué)信道和光接收機(jī)這一環(huán)節(jié)。 

    光電系統(tǒng)通常分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。在主動(dòng)式光電系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)主要由光源（例如激光器）和調(diào)制器構(gòu)成；在被動(dòng)式光電系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)為被測(cè)物體的熱輻射發(fā)射。光學(xué)信道和光接收機(jī)對(duì)兩者是完全相同的。所謂光學(xué)信道，主要是指大氣、空間、水下和光纖。光接收機(jī)是用于收集入射的光信號(hào)并加以處理、恢復(fù)光載波的信息，包括三個(gè)基本模塊。 

    光電變換通常是通過各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)用平面鏡、光狹縫、透鏡、角錐棱鏡、偏振器、波片、碼盤、光柵、調(diào)制器、光成像系統(tǒng)、光干涉系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)將被量測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈪⒘?振幅、頻率、相位、偏振態(tài)、傳播方向變化等。)光電轉(zhuǎn)變是用各種光電變換器件來完成的，如光電測(cè)驗(yàn)器件、光電攝像器件、光電熱敏器件等。