光學(xué)傳感器有何用途？

光學(xué)傳感器通過(guò)將光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)檢測(cè)和測(cè)量光強(qiáng)。這些傳感器連接到會(huì)對(duì)光線變化做出響應(yīng)的電觸發(fā)器上。光學(xué)傳感器被用于各種設(shè)備中，包括計(jì)算機(jī)和運(yùn)動(dòng)探測(cè)器。

光學(xué)傳感器的類型

光學(xué)傳感器背后的主要原理是光的傳輸和接收。被目標(biāo)物體反射或阻斷的光會(huì)通過(guò)幾種光學(xué)設(shè)備進(jìn)行分析，這取決于材料的類型，如木材、金屬、塑料或透明及有色產(chǎn)品。

光學(xué)傳感器依賴于各種光源，這些光源必須是單色的、耐用的和緊湊的，以確�？煽康男阅�。兩種最常用的光源是發(fā)光二極管（LED）和激光（LASER）。

光學(xué)傳感器可以放置在設(shè)備的外部或內(nèi)部。外部光學(xué)傳感器，也稱為外傳感器，收集并傳輸特定量的光。相比之下，內(nèi)部或內(nèi)傳感器通常用于測(cè)量光的彎曲或方向變化。內(nèi)傳感器通常嵌入在光纖或其他設(shè)備中。

光學(xué)傳感器的選擇取決于應(yīng)用。例如，在光電導(dǎo)設(shè)備中，光學(xué)傳感器通過(guò)將入射光的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化來(lái)測(cè)量電阻。在太陽(yáng)能電池中，傳感器將入射光轉(zhuǎn)換為輸出電壓，而光電二極管將入射光轉(zhuǎn)換為輸出電流。類似地，光電晶體管是一種雙極晶體管，其功能類似于光電二極管，但提供內(nèi)部增益。以下是一些常見類型的光學(xué)傳感器及其功能：

穿透式傳感器

在穿透式傳感器中，發(fā)射器和接收器位于彼此對(duì)面。當(dāng)光束被阻斷時(shí)，接收器將中斷解釋為開關(guān)信號(hào)。這些傳感器可以覆蓋相當(dāng)大的操作距離，并準(zhǔn)確檢測(cè)物體表面、結(jié)構(gòu)和顏色。

反射式傳感器

反射式傳感器的發(fā)射器和接收器位于同一系統(tǒng)內(nèi)。像穿透式傳感器一樣，這些傳感器通過(guò)開關(guān)機(jī)制操作，并且可以覆蓋大的操作距離。它們可以獨(dú)立且準(zhǔn)確地檢測(cè)任何阻斷光束的物體。

漫反射傳感器

在漫反射傳感器中，接收器和發(fā)射器集成在一個(gè)系統(tǒng)中。這些傳感器檢測(cè)從物體表面反射的光，使基于反射光的準(zhǔn)確檢測(cè)成為可能。

圖片:搜狗截圖20241231080125.png

光學(xué)傳感器應(yīng)用的最新進(jìn)展

生物醫(yī)學(xué)和醫(yī)療保健應(yīng)用

光學(xué)傳感器越來(lái)越多地用于生物醫(yī)學(xué)和醫(yī)療保健應(yīng)用中，用于疾病診斷、藥物發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)生物過(guò)程。這些傳感器能夠檢測(cè)疾病生物標(biāo)志物、傳染性病原體如細(xì)菌和病毒，以及人類代謝產(chǎn)物如激素和神經(jīng)遞質(zhì)。

最近的進(jìn)展，包括無(wú)標(biāo)記光學(xué)方法和基于熒光的檢測(cè)，提高了識(shí)別癌癥、檢測(cè)自身免疫抗體和研究活細(xì)胞蛋白活動(dòng)的能力。

例如，最近開發(fā)了一種基于綠色合成的金納米顆粒的光學(xué)生物傳感器，用于檢測(cè)CD44癌癥生物標(biāo)志物。這種生物傳感器顯示出高靈敏度和特異性，檢測(cè)限為0.111 pM，覆蓋廣泛的濃度范圍（42.9 aM至100 nM），提供了一種成本效益高且環(huán)保的方法。

光纖和表面等離子共振生物傳感器也用于測(cè)量治療藥物、檢測(cè)毒素和分析微生物及基因組數(shù)據(jù)。這些進(jìn)展展示了光學(xué)傳感器在醫(yī)療保健和生物技術(shù)研究中的重要性日益增長(zhǎng)。

農(nóng)業(yè)和獸醫(yī)應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)和獸醫(yī)科學(xué)中，光學(xué)傳感器用于檢測(cè)病原體、農(nóng)藥殘留和作物病害，以及監(jiān)測(cè)食品產(chǎn)品的質(zhì)量，如牛奶、肉類、水果和蔬菜。它們還用于分析土壤質(zhì)量并識(shí)別污染物。

例如，可以使用結(jié)合了乙酰膽堿酯酶的錐形光纖光學(xué)傳感器檢測(cè)廣泛使用的有機(jī)磷酸酯農(nóng)藥甲基對(duì) 硫磷（MPT）。同樣，使用蒸發(fā)波光學(xué)傳感器有效識(shí)別了水和乳制品中發(fā)現(xiàn)的磺胺二甲嘧啶藥物殘留。

先進(jìn)的方法，包括光子晶體和錐形光纖，進(jìn)一步提高檢測(cè)尿素和病原體的靈敏度。還開發(fā)了基于紙的藻類生物傳感器，用于識(shí)別納米封裝的農(nóng)藥，為確保食品安全和應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)提供了實(shí)用工具。

工業(yè)過(guò)程與監(jiān)控

光學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中，以提高生物加工、廢水分析和食品生產(chǎn)等領(lǐng)域的過(guò)程控制、質(zhì)量保證和安全。

在組織工程中，光學(xué)傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞活動(dòng)。在制藥生產(chǎn)中，它們被用于協(xié)助藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。此外，它們?cè)诩{米級(jí)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和光學(xué)設(shè)備制造中也至關(guān)重要。

在禽類行業(yè)中，光學(xué)傳感器提供了一種可靠的方法來(lái)檢測(cè)抗生素，有助于解決對(duì)抗生素耐藥性的擔(dān)憂。它們對(duì)納米級(jí)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和光學(xué)設(shè)備制造的可適應(yīng)性強(qiáng)調(diào)了它們?cè)诟鞣N工業(yè)過(guò)程中的實(shí)用性。

軍事和國(guó)防

在軍事和國(guó)防領(lǐng)域，光學(xué)傳感器用于檢測(cè)生物和化學(xué)威脅、監(jiān)測(cè)士兵健康和提高作戰(zhàn)準(zhǔn)備狀態(tài)。諸如發(fā)光、熒光、消逝波和表面等離子共振（SPR）傳感器等技術(shù)被應(yīng)用于識(shí)別炭疽桿菌和肉毒梭菌神經(jīng)毒素等病原體。

光學(xué)傳感器在檢測(cè)化學(xué)劑方面也很有效，包括使用基于氧化石墨烯和單壁碳納米管生物傳感器等技術(shù)檢測(cè)芥子 氣和炸藥如2,4,6-三硝基甲苯（T NT）。這些進(jìn)步展示了光學(xué)傳感器在提高防御能力和應(yīng)對(duì)生物、化學(xué)和爆炸威脅方面的作用。

光學(xué)傳感器產(chǎn)業(yè)的未來(lái)

光學(xué)行業(yè)預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年將顯著增長(zhǎng)，這一增長(zhǎng)由材料科學(xué)、納米技術(shù)和人工智能（AI）的進(jìn)步推動(dòng)。微型化和集成方面的創(chuàng)新使得可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)和醫(yī)療系統(tǒng)等領(lǐng)域的高性能緊湊型傳感器的開發(fā)成為可能。

量子光學(xué)和光子傳感器等新興技術(shù)正在提高靈敏度和精確度，在安全通信、量子計(jì)算和高級(jí)成像等領(lǐng)域創(chuàng)造新機(jī)會(huì)。全球光學(xué)傳感器市場(chǎng)在光纖、光子學(xué)和機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域也在增長(zhǎng)。

AI用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析正在改變包括自動(dòng)駕駛汽車、智慧城市和個(gè)性化醫(yī)療保健在內(nèi)的行業(yè)。隨著電信、航空航天和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域需求的增加，光學(xué)傳感器預(yù)計(jì)將繼續(xù)作為技術(shù)進(jìn)步的核心。

德州儀器、意法半導(dǎo)體和濱松光子等領(lǐng)先公司不斷推進(jìn)光學(xué)傳感器技術(shù)。例如，濱松開發(fā)了用于高速成像的CMOS傳感器，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用。

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