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光电转换技术范文1
关键词：光电检测 人机交互 电路设计
中图分类号：TP27
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）007-051-02
光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点,在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。伴随着科学技术的发展，智能光电检测已成为光电检测技术的发展方向。
1 智能光电检测的基本原理
在基于光信息采集和光电转换的光纤光栅传感系统中，光电检测仪器起着关键作用，而要使光电检测仪器能够适应恶劣环境和检测出光纤光栅波长的微小位移，并将光信号转化为易于处理的电信号，就需要设计出光电检测电路。
本文设计的智能光电检测电路融合了机、光、电、计算机、人工智能等新技术，其检测系统的结构随被测对象的不同而不尽相同。一般智能电子检测系统由智能信号处理系统、光电传感系统、测控系统、输出系统和接口单元等组成。它以智能信号处理系统为核心，集成了光学采集、光学变换、光电转换、电路调理、接口及信息输出等技术，可以实现光信息采集、光电信号转换、信号探测、逻辑运算与推理、记忆存储及信息传输等功能，并自动完成自检自校和自我诊断与调整等功能。其系统结构与原理参见图1。
智能信号处理系统由微处理器和智能模块组成，其中，微处理器承担数据的处理、运算、存储、管理及信息传输等任务，是智能光电检测系统的核心，并决定其性能。微处理器通常由高性能的单片机或嵌入式微处理器组成，如 8 位的 51 系列单片机、16 位低功耗 MSP430系列单片机、DSP信息处理系统和ARM系统设计芯片等。智能模块实际上是一个智能程序，它集光电检测领域专家知识之大成，代替专家适时解决检测中出现的各种问题，通常由专家知识库、数据模块、逻辑运算与推理程序等组成。
光电传感器系统主要由光电检测元件组成，包括光源、光学通路和光电元件等组成，其功能是实现光学变换和光电转换与传输。目前，常用的光电检测元件有光敏电阻、光电倍增管、光电耦合器件、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）等。
测控电路是对输入的光电传感器信号进行相应的处理，其主要功能是对信号进行放大、滤波、调制、解调、运算、控制、转换及环境检测等。
输出系统用于输出经过智能信号处理系统确认正确的传感器信息，供用户使用，包括信息存储和输出显示等。
接口包括人机交互接口和总线与网络接口，前者是用于外界对嵌入式智能光电检测系统进行的人机交互，如对数据的修改、添加、删除、维护等；后者指设备之间链接和网络间的通信，以方便信息传输和共享。
2 智能光电检测系统的电路设计
智能光电检测系统主要由光电转换电路、信号放大电路、滤波电路、环境检测电路、智能控制电路、接口电路等组成。其系统框架参见图2。
首先，将采集的光信息通过光电探测器转换成电信号；其次，针对信号转换过程中的信号弱和噪声大的问题进行信号放大和噪声滤除，并对环境信号适时检测。光电转换的信号经A/D转换器变换成数字信号，进入智能信号处理系统进行处理，随后由输出系统传送处理后的信息，完成一次信息循环。因此，良好的光电转换电路设计，应充分满足输出信噪比高、被测信号无频率失真和输出信号功率大的要求。
(1) 光电转换电路
采用光电检测技术首先应设计光电转换电路解决光电转换问题。在采集光信息时，由于反射光的强弱受反射物表面的形状、颜色、阳光、灯光照射等多因素的影响，除了选择好采光点外，还应采用在光源范围内有较高灵敏度的元器件，如光敏三极管灵敏度比光电池、光敏电阻、光敏二极管高，不仅随光线变换有较好的线性，而且对光电流有放大作用。图3为灵敏度可调的光电转换电路。利用OPT201可以构建灵敏度可调的光电转换电路，调节分压电阻，即改变5K%R电位器，可改变放大器增益。
（2）信号放大电路
在光电信号转换的过程中，由于输出电压信号微弱，需要设计放大电路予以放大。图4提供了T型网络结构的放大电路。图4中，
这种放大电路由电阻比值结构决定放大器的增益，且反馈电阻扩展了(1+Rx/R2)倍，减少了热噪声和对运放输入偏置电流的影响，放大器具有精度高、稳定性好的优点。其不足是当单通道输入的时候，若输入为不稳定的误差信号，就会直接影响输出端，导致电路稳定性下降。
(3)滤波电路
在光信号转换为电信号的过程中，由于混合有自然光等非检测光源，加上白噪声和器件自身的噪声，使被检测信号的频率有可能失真。为了消除光电信号转换中的这种不利影响，应设计滤波电路，滤除自然光及噪声的干扰。图5为有源滤波电路。
有源滤波器是含有半导体三极管等有源器件的滤波器，与无源滤波器相比，具有体积小、重量轻、价格低、结构牢固、便于集成的特点。图5为压控电压源有源滤波器(VCVS)，采用运算放大OP27和双RC网络构成性能优良的二阶有源滤波电路，可以滤除5Hz以上的信号。
3 结束语
本文分析了智能光电检测的基本原理，在此基础上对完整的智能光电检测系统的各个环节的电路设计进行了系统的探讨，包括光电信息采集系统中的光电转换电路设计、信号放大电路设计、滤波电路设计，环境信号检测系统的温度过热检测电路设计、温度补偿电路设计，智能信号处理系统的智能模块电路设计，以及总线及人机交互接口和信息输出系统中的电路设计。智能光电检测系统由于环境适应能力强，测量范围广，测量精确度高，尤其是强化了人工智能系统，可以自动对噪声、温度、电压波动及光源的变化进行修正，加上良好的人机交互界面，大大简化了操作程序，提高了数值处理和分析的效率。我们相信，随着光纤材料、计算机技术和人工智能技术等的不断进步，智能光电检测技术将会不断得到完善和改进，并将引领光电检测技术未来的发展方向。
参考文献：
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光电转换技术范文2
关键词：太阳能；PV；多晶硅；太阳能电池
随着关键技术的不断突破，光电将成为一种可行的能源，同时在价格上相比传统能源也极具竞争力。可再生能源的重要性日益凸显，这源于人们希望减少二氧化碳排放以及对化石类能源强烈的依赖性的迫切需求。光电技术蕴含着巨大的环境效益和政治利益。光电是唯一一种能够满足全球长期能源需求又不会排放温室效应气体的能源技术。到达地球表面的这一部分太阳光提供的能量相当于目前全球能源需求的1万倍。而且，我们几乎随处都可以使用太阳能。平均而言，地球上暴露在太阳光下的每一平方米面积每年都能够接收到1700kWh的能量。据欧洲能源研究中心预测，到2050年，太阳能电池将为人类提供总电能需求的20％～30％。
但是，PV(Photovdtaics，光伏)技术的-成本仍然高于传统电网能源的成本，而且需要占用很大的空间来发电。虽然来自于太阳的能量非常丰富，但是却非常分散，利用太阳能发电需要很大面积的硅光板。太阳的能量是免费的，但是将其能量转换成电能却不是免费的。高成本依然是太阳能开发利用的最大问题。相比住宅用电的价格，太阳能电力的费用平均要高2～5倍。但是，随着关键技术不断突破，太阳能发电的成本也不断降低。太阳能电池模块的价格已经从1982年的峰值功率每瓦27美元降低到今天的每瓦4美元。此外，由于很多国家推出了强制上网电价(一种政府承诺以预定价格购买PV电能的补贴)，全球太阳能发电量在过去5年内以每年50％以上的速度快速增长，并有望继续高速增长。
根据地球政策研究会(Earth：PolicyInstitute)―一个旨在推动可持续发展技术的国际化组织的研究结果，在过去15年内，光电模块的价格降低了一半：从1990年的每瓦7.47美元，降低到2006年的每瓦3.84美元。根据这一趋势，太阳能发电的成本应该在2012年达到与传统发电成本相同的水平，这要归功于多种因素的综合作用，包括硅光板成本的降低、太阳能电池模块转换效率的提高、大规模节能措施的推广以及化石类燃料(如天然气和汽油)成本的增加。由于需求量的增加，太阳能发电的成本将在2010年降低到每瓦2美元。
在高经济回报的吸引之下，越来越多的公司正在涉足光伏(PV)市场。全球的光电行业在新的发电设备与技术改造方面正加大投资。光电领域飞速发展的一个明显迹象出现在2006年，这一年，全球生产的多晶硅第一次有一半以上被应用于光电领域而不是半导体IC生产。其中还包括众多半导体厂商。例如，半导体设备供应商应用材料组建了一个新的太阳能集团SunFab，专门开发生产太阳能电池和薄膜光电模块所需的制造工具。此外，赛普拉斯半导体创办了一个从事太阳能开发的子公司SunPower；美国国家半导体也开始涉足太阳能市场，最近了几款能够增强太阳能电池板效率的芯片。
遍及全球的太阳能市场
太阳能电力市场正逐步走向繁荣。到2006年底，全球太阳能光电(PV)系统累计装机容量已经达到了6500MW以上，2000年底这一数字仅为1200MW。根据美国分析家Solarbuzz观点，尽管面临着多晶硅短缺的问题，但是仅在2007年，全球太阳能光电市场的装机容量就达到了2826MW，比2006年增长了62％。这一数字在2050年将可能增长到6～8GW。在经营收入方面，2007年全球PV行业产值为172亿美元，德国咨询公司Photon Consulting预测，到2011年这个数字将超过310亿美元。到2030年，每年太阳能电力系统装机容量将达到179GW，电池和模块的生产实现每年翻一番的发展速度。
欧洲，尤其是德国在太阳能市场中具有较强的实力，这得益于以强制入网电价为基础的良好政策，这一政策已经成为全球效仿的范例。德国已经达到了1328MW的光电装机总量，占全世界装机总量的47％。德国国内生产的太阳能电池只能满足50％的国内需求，因此德国不得不大量进口太阳能电池，主要进口来源是亚洲尤其是中国。西班牙是2007年最具活力的太阳能市场，其装机容量增长了480％，达到了640MW。意大利也是一个极具吸引力的市场，当地政府效仿德国的模式，为太阳能的应用提供了补贴。由于意大利的光照水平比德国高1.5倍，而且传统发电的成本更高，因此即使没有政府补贴，太阳能在意大利相比在其他国家有可能更快地凸显出竞争力。美国市场实现了57％的增长率，达到了220MW的装机容量。这些系统中有大约75％安装在加州。曾经处于世界领先地位的日本厂商发展缓慢，总共只有26％的市场份额。相反，2007年中国厂商的市场份额却从20％增长到35％，今年的太阳能发电量将超过欧洲和日本。中国市场的增长速度是非常惊人的：2003年，中国的太阳能发电量只占全球的1％。
太阳能的商业化应用是否取得成功取决于三个判断标准：效率、使用寿命和成本。与半导体和显示器行业一样，光电电池的制造与它们有很多共同之处，工艺技术是提高太阳能电池效率确保长期稳定的关键。当前的光电市场主要由价格昂贵的晶体硅占主导地位，这一局面很快将被成本更低的新工艺技术所打破。
中国的巨大机遇
2006年和2007年，欧洲是全球最大的区域性太阳能光电市场，中国同样面临着巨大的机遇，因为中国存在着庞大的半导体基础架构。今年，中国光电电池的生产规模超过了德国，在产量方面处于世界领先地位，德国的Q-Ceils和中国无锡尚德分别是处于第二位和第四位的电池生产厂商。江西赛维(LDK)与德国奇梦达公司签订了一份为期5年的合同，将从2009年到2013年向其供应装机容量约540MW的多晶太阳能晶圆。德国公司Aleo太阳能与孚日集团签订了合作协议，打算在中国山东新建一个太阳能模块生产工厂，以满足亚洲市场对太阳能模块不断增长的应用需求。该公司估计，到2012年韩国、日本和中国的市场产值至少将达到120亿美元。意大利PV电池与模块制造商Silfab公司将向常州的天合光能提供足以在6年内生产约225MW太阳能模块的纯多晶硅。
太阳能市场对于中国而言也十分具有战略意义，到2015年中国将超过美国成为全球主要的CO2排放国。这是中国经济年均两位数惊人增长率的必然结果。此外，将在2008年8月举办的北京奥运会和之后的残奥会也是推动光电技术发展的一次难得机遇，包括在体育场馆和奥运村内安装光电模块在内，中国政府在环保措施上的投入已经超过了
120亿美元。例如，丰台棒球馆拥有装机容量为27kW的光电系统。即将举办田径项目和足球赛的国家体育场也采用了130kW的光电系统。此外，为奥运村中的路灯供电的电力也来自于太阳能。2008年欧洲足球锦标赛也采取了类似的太阳能应用措施。安装在瑞士伯尔尼范可多夫体育场内的1.35兆瓦光电系统是迄今为止安装在大型体育场内最强大的光电系统。
现有的与新兴的光电技术
一直以来，晶体硅(c-Si)都被用作太阳能电池中吸收光的半导体材料，但是这种材料吸收光的能力相对较弱，是一种间接禁带半导体材料。用晶体硅制作太阳能电池板需要相当厚的材料：太阳能级晶圆的直径高达150mm，厚度需要350微米。但实际情况表明，晶体硅是最便捷的PV技术，因为借鉴微电子领域的工艺技术，能够利用晶体硅制造出稳定而高效的太阳能电池。该技术拥有约90％的市场份额；光电转换效率可达22％以上。多晶硅(简称mcSi或多晶硅)PV单元的转换效率通常更低，这是由于大块材料中存在的晶界增加了电子一空穴对的复合，降低了电荷移动性和能量转换效率。
但是，硅电池制造的主流趋势仍然是采用多晶技术，因为结晶硅晶圆的成本非常高，占成品模块成本的40％～50％。去年，多晶硅的总产量增加了30％，但是它毕竟是一种产量有限的技术。2007年，有20多家新公司开始生产多晶硅。在中国，多晶硅工厂像雨后春笋一样涌现，成为一个新的经济热点。有20多家公司开始建立多晶硅制造厂。他们生产的多晶硅总产量将达到商之一英利太阳能公司正力争在中国保定实现每年3000吨的多晶硅产量。
由Ⅲ-V族元素构成的半导体材料是直接禁带化合物，因此具有最高的转换效率。但是，它们的价格非常昂贵，主要用于卫星和军事应用，通常采用光学聚光和复杂的跟踪系统，能够实现40％的转换效率。长期来看，薄膜技术对于降低太阳能光电系统的成本具有最大的潜力。薄膜太阳能电池中使用的材料，例如碲化镉(CdTe)和铟化铜(镓)的二硒化物(CIs或CIGS)都是较强的吸光材料，只需要1μm的厚度。这样一来，材料成本就可以大大降低了。薄膜太阳能电池也能够采用非晶硅(a―Si)来制造，非晶硅是第一种实现商用太阳能产品的薄膜材料。这种太阳能电池如果采用非晶体硅基材料或者CdTe和CIGS时，能量转换效率在10％到18％之间。薄膜太阳能电池的产量从2006年的181MW增长到2007年的400MW，增长了一倍多，占据了约10％的市场份额。这些产品在低功耗(低于50W)和消费电子产品领域具有很好的应用前景。
光电转换技术范文3
关键词：硅光电池；开路电压；光信号；关系
中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0251-02
一、硅光电池原理及运用
硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。其具有较多的优点，如性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、能量转换效率高、结构简单、重量轻、寿命长、价格便宜、使用方便等，因而得到广泛应用。硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，用此技术制作的光电池使用方便，特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展，促使其应用更加快捷。[1]硅光电池的应用方面：光敏传感器的基础是光电效应，即利用光子照射在器件上，使电路中产生电流或使电导特性发生变化的效应。目前半导体光敏传感器在数码摄像、光通信、航天器、太阳能电池等领域得到了广泛应用，在现代科技发展中起到了十分重要的作用。能源利用方面，硅光电池串联或并联组成电池组与镍镉电池配合、可作为人造卫星、宇宙飞船、航标灯、无人气象站等设备的电源；也可做电子手表、电子计算器、小型号汽车、游艇等的电源。光电检测器件方面，用作近红外探测器、光电读出、光电耦合、激光增加准直、电影还音等设备的光感受器。硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，光电池的种类很多，常见的有硒、硅、砷化镓、氧化铜、硫化铊、硫化镉等，其中最受重视、应用最广的是硅光电池。光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有两种基本类型的半导体材料，分别叫做正电型（或P型态）和负电型（或N型态）。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用半导体pn结（pn junction）的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池（solar cell）。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件（module），再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。
二、硅光电池光照实验
在硅光电池光照试验中硅光电池负载为零时，短路电流在相当大的范围由与光照度成线性关系；而开路电压与光照度的关系，显非线性。因此，由实验知，负载电阻愈小，光电流与照度之间线性关系愈好。且线性范围宽。光功率计中的内部电路，须达到在待测量光照度的范围内，其等效电阻大小达到规定小的要求。并且通过实验我们探究到光电池具有以下几个基本特性：光谱特性：光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。它有一系列优点：性能稳定，光谱范围宽，频率响应好，转换率高，能耐高温辐射等。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN结。因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。硅光电池光照实验原理如下：在P型硅片上扩散一层极薄的N型层，形成PN结，再在该硅片的上下两面各制一个电极（其中光照面的电极成“梳状”，并在整个光照面镀上增透膜，利于光的入射。），当光照射在硅光电池的光照面上时，若入射光子能量大于硅的能隙时，光子能量将被半导体吸收，产生电子-空穴对。[2]它们在运动中一部分重新复合，其余部分在到达PN结附近时受PN结内电场的作用，空穴向P区迁移，使P区显示正性，电子向N区迁移，使N区带负电，因此在PN结上产生了电动势。如果在硅光电池两端连接电阻，回路内就形成电流，这是硅光电池发生光电转换的原理，这种原理不需外加电源而能直接把光能转换成电能。在硅光电池光照实验中，硅光电池在一定的光照条件下的光生电动势称为开路电压，开路电压与入射光照强度Ee的特性曲线称为开路电压曲线，也可以是硅光电池的电动势与入射光强之间的特性曲线称为开路电压曲线，而开路电压可直接用电位差计读（当所测电压超过电位差计量程时，自行设法扩大量程）。
三、硅光电池开路电压与光信号的关系
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。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。电池在开路状态下的端电压称为开路电压。硅光电池照度越大，短路电流越大，开路电压越大，但开路电压影响不大电池的开路电压等于电池在断路时（即没有电流通过两极时）电池的正极电极电势与负极的电极电势之差。光敏传感器的基础是光电效应，即利用光子照射在器件上，使电路中产生电流或使电导特性发生变化的效应。光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。电池的开路电压用V开表示，即V开=Ф+-Ф-，其中Ф+、Ф-分别为电池的正负极电极电位。[3]光信号发生器，是一种特殊的信号源，不仅具有一般信号源波形生成能力，而且可以仿真实际电路测试中需要的任意波形。在我们实际的电路的运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种缺陷信号和瞬变信号，发射头发出激光信号，信号通过光纤传播到目的，利用的是激光的集中度高，和反射原理如果在设计之初没有考虑这些情况，有的将会产生灾难性后果。任意波发生器可以帮您完成实验，仿真实际电路，对您的设计进行全面的测试。由于任意波形发生往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，有些任意波形发生器有波形下载功能，在作一些麻烦费用高或风险性大的实验时，通过数字示波器等仪器把波形实时记录下来，然后通过计算机接口传输到信号源，直接下载到设计电路，更进一步实验验证。电池的开路电压，一般均小于它的电动势。这是因为电池的两极在电解液溶液中所建立的电极电位，通常并非平衡电极电位，而是稳定电极电位。光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的；光照特性；频率响应；温度特性：温度特性光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况；以及稳定性。短路电流随温度上升却是缓慢增加的。硅光电池是近几年，国际上的准双光束紫外可见分光光度计使用最多的一种硅光电池。它被分为可见区使用的硅光电池和紫外可见区使用的硅光电池两种，可见区使用的硅光电池的光谱响应范围一般为320～1100nm，一般峰值波长位置在960nm左右。如日本浜松公司的S1337-16BR、S13 37-3 3BR等硅光电池就是。紫外可见区使用的硅光电池，其光谱响应范围一般为190～1100nm，一般峰值波长位置也在960nm左右，如S13 37-BQ、S133 6-8BQ、S23 87SERIES等硅光电池。[4]但近几年，国外有些硅光电池的光谱响应波长峰值可在400～500nm，如日本浜松公司的S7505硅光电池，其波长范围为400～540nm，峰值位置在460nm；日本浜松公司的S7686硅光电池，其波长范围为480～660nm。峰值位置在550nm。还有峰值位置在254nm的、更适合紫外可见分光光度计的使用的硅光电池，如日本浜松公司的S26 48-2 54型硅光电池，其峰值位置在254nm。光电池在不同的光照度下，光生电动势和光电流是不相同的。而且在光照度为20001x时就趋于饱和，在光信号断续变化的场合，也可以把光电池作为电压源使用。硅光电池的工作原理基于光生伏特效应，它是在一块N型硅片上用扩散的方法掺人一些P型杂质而形成的一个大面积PN结，当光照射P区表面时，若光子能量加大于硅的禁带宽度，若用导线连接P区和N区，电路中就有光电流流过。[5]
光信号就是说在光里面加入一些元素，使得在光的传播中带着这些信息，光是电磁波，比如改变这束光的偏振方向，代表0，未改变的代表1，那么在接收端就能收到信号，然后通过转换成类似1.0.0.1的信号。通过实验我们得出硅光电池负载为零时，短路电流在相当大的范围由与光照度成线性关系；光功率计中的内部电路，须达到在待测量光照度的范围内，其等效电阻大小达到规定小的要求。特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展，促使其应用更加快捷。美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划。据报道，全球发展、建造太阳能住宅（光电池作屋顶、以下按其材料分类，展示光伏技术、产业及市场发展动向。它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等系统也有运用到这种能量转换。
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光电转换技术范文4
关键词 光纤Bragg光栅；地震检波器；边缘滤波；解调
中图分类号P315 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）122-0232-02
光纤光栅传感器技术的发展，使得光纤光栅逐渐走向实用化，其原理是利用外界物理变量的变化，从而引起光纤光栅的周期或折射率变化，并由此来获得反射中心波长的的改变，实现对物理变量的传感目的。随着光线光栅传感技术的不断成熟，基于光纤光栅的地震检波器更具有较好的应用价值。
1 光纤光栅传感原理及结构
光纤光栅是基于参数周期性变化的波导，利用纵向折射率的变化来实现对不同光波模式的耦合。其传输模式如下所示：K=β1-β2=2π/?（对于式中的?表示为光栅周期）。利用相位调节耦合模式有正向传导为反向，其公式为：2π/?=β1-β2=β01-（-β01）=2β01。当K值变大，则?值变小（?
2 基于光纤光栅的地震检波器信号解调系统
在开展基于光纤光栅的地震检波器信号解调应用时，首先要对光纤Bragg光栅的反射光波长进行检测，再次是对解调方案进行合理选型。在当前的光电探测系统中，多采用对光强度的转化，其思路主要有波长扫描和光学滤波。
2.1 边缘滤波解调原理
从边缘解调滤波工作原理来看，滤波器的输出光强量ΔL与波长漂移量λ-λ0成线性关系，其函数如下：F（λ）=A（λ-λ0）。其解调系统原理如下图所示：
2.2 解调光路系统设计
从光路系统的构成来看，主要由光源、光纤耦合器、传感器及边缘滤波器等组成。本实验选用的光源为波长在800-1600nm之间的放大自发辐射源，其输出谱平坦度≤4dB。输出光功率为30-40mW，光纤跳线类型为FC，工作环境温度在0℃-40℃。对于光纤连接器，选用连接损耗小、互换性好、回波损耗大、对环境温度变化的性能相对稳定的光元件。对于耦合器的选择，从其作用来看一方面应该引入传感光栅，另一方面要能够将反射的携带波长的信号导入滤波器，因此在选用波长在1550nm的光纤耦合器。对于传感器的选择，本实验需用工作波长为1547.7nm，3dB带宽为0.25nm，具有较好的边模抑制比。
2.3 对光信号的处理
对于光信号的处理是实现光电探测信号转换的基础。从实际应用来看，首先需要将光信号转换为电信号，利用光电效应或热电效应来探讨滤波器的性能。主要性能参数有以下几类：一是对于光电探测灵敏度，其值是由入射调制垂直辐射到探测器时，探测器对输出的基频点压均方根值Vs与入射辐射功率均方根值Ps的比值：其公式表示为：RV=Vs/Ps或者RI=Is/Ps。
二是表征为光谱响应，即探测器对不同波长辐射的响应能力；三是量子效应，即对入射光子形成的光电流，单位时间内产生的光电子数与入射的光子数之比。四是探测度，即对于调制辐射功率Ps基频分量的均方值，在探测器输出的电压有效值Vs与噪声均方根电压Vn的比重，其公式为：。对于D来说，其值越大表明其探测能力越强。
对于实验过程来看，光电转换中由光至电流，再由电流转换为电压，由于信号转换中的电信号比较微弱，为了提高放大精度时需要运用放大器来实现，而放大器因其噪声影响，会对滤波器调制功能带来影响。如下图所示，对于虚线所示的等效电路，其Cp为结电容，Rp为等效电阻，而En表示为等效噪声电压，In表示为等效噪声电流，Kv为放大器增益。
3 结论
对于本文的光纤Bragg光栅地震检波系统的设计来说，重点是对光电电路及信号的处理，特别是对于边缘滤波器自身的不稳定性，及噪声影响，可以通过对光电转换和优化滤波电路来说获得较好的实验效果。通过对现有解调技术的分类分析，从实际系统性能需求上，确立基于边缘滤波解调思路，并在对光路系统和光电信号的处理上，分布就其可靠性和进行了探讨。总的来看，本方案实现了对传统检波技术的突破，但在光栅耦合中对于光纤双折射等问题缺乏有效的遏制，还有对于实验中的屏蔽手段还需要进一步优化。另外对于信号处理及模/数、数/模转换等部分精度处理不够，有必要在以后的解调方案中进行修正与改进。
参考文献
光电转换技术范文5
【关键词】通道故障；典型事故；故障分析；时钟方式
【中图分类号】U472.42 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0301-02
引言
随着光纤通信技术的发展，在纵联保护通道的使用上，目前已经由过去的载波、微波通道变为以光纤为主的通道方式。由于光纤通道所具有的先天优势，随着它与继电保护的结合，使得光差保护在电网中得到越来越广泛的应用，但由此带来的通道异常的情况也越来越多。
1.光纤连接方式简介
以前使用的PDH网络采用异步复用方式，不能保证大容量信息的可靠传输，并且PDH网络没有世界标准的电接口和光接口规范，所以已完全被SDH的复用通道连接方式代替。因此目前光纤连接方式有专用光纤连接方式、PCM的复用通道连接方式、SDH的复用通道连接方式三种。
2.光纤保护通道故障频发的原因
2.1 对于复用PCM通道来讲，由于通道传输中间环节多、时间延长，因此出现通道故障的概率也大得多。
2.2 由于保护、通讯人员专业沟通不够，保护人员不熟悉通信知识，当遇到通道故障问题时，缺乏解决问题的有效手段和经验，很男快速诊断故障。
2.3 通信人员在光纤保护通道联调之前未进行通道测试，从而导致通道联调后可能出现通道故障的问题。
3.光纤保护通道故障典型事例
3.1 典型事例1：
3.1.1 故障现象：某220KV线路单侧RCS-931AM保护装置报“通道告警信号”，在保护通讯人员到达现场前“通道告警信号”就已消失，恢复正常运行方式后不久“通道告警信号”又出现。
3.1.2 查找过程：保护、通讯人员到现场后对保护通道进行了彻底检查，两侧保护、光电转换装置收发的光功率、误码测试结果均正常，保护装置CPU板上尾纤外观检查无异常。装置重新上电后保护通道告警信号恢复正常，通道故障查找一时陷入困境。经过认真查阅技术资料，保护人员采取了检测保护装置收信灵敏度的办法，在告警侧通道的保护装置收信端串入3dB光衰耗，结果本侧保护装置“通道告警信号”又发出，经过认真检查告警原因为光接收端的砝琅盘内瓷芯有小的裂纹，更换保护CPU后通道恢复正常。
3.1.3 改进措施：应在光差保护定期检验时重点做好保护装置收信灵敏度试验。
3.2 典型事例2：
3.2.1 故障现象：某220KV线路正常运行在充电状态，线路故障时充电侧开关两套主保护只有纵联距离PSL-602GC主保护动作，而纵联差动RCS-931A主保护未动作。
3.2.2 查找过程：经保护人员检查，故障时两侧的RCS-931A主保护压板均在投入位置（线路故障时在充电状态），保护具备主保护动作条件，由于RCS-931A保护装置没有记录转发远跳命令的功能，因此无法判别本侧保护是否转发对侧RCS-931A保护的远跳命令。
在查找RCS-931A通道故障记录时发现，尽管线路故障时无“通道告警信号”，但开关热备的一侧拉合刀闸时本侧的RCS-931A保护会发“通道异常信号”，因此初步把查找重点放在通讯机房，最终确定在MUX-64K收信接线（双绞线）在端子上压接较松动，重新紧固接线后有刀闸有操作时保护无通道告警信号。
3.2.3 改进措施：由于光电转换装置一般放在通讯机房，因此在春检工作中往往成为保护检验的盲点，因此必须强调把对光电转换装置的检验作为定期检验工作的重要一环。
4.光纤保护通道常见故障原因分析：
4.1 由于尾纤头有尘土或接触不良
当尾纤头连接不可靠或光纤头不清洁时，尽管仍能收到对侧数据，但由于收信裕度大大降低，当系统扰动或操作时，会导致通道异常。例如经过实际检验，当尾纤凸台没有对上缺口就拧紧，则会增加10-20dB的通道衰耗。
4.2 光电转换装置接PCM机的屏蔽双绞线使用不规范
光电转换装置接至PCM机的屏蔽双绞线要求使用四芯带屏蔽双绞线，且屏蔽层应可靠一点接地。若屏蔽双绞线接至配线架，需保证连接可靠，可以采用凤凰端子拧接的方式。
4.3 光电转换装置不接地或接地不良
如果光电转换柜的接地本身不良，同样会造成光电转换装置接地不良。在正常运行时，光电转换装置与保护装置显示正常，而一旦有故障或刀闸操作时，光电转换装置受到干扰，很可能会造成保护装置发出通道告警信号。
4.4 通信电源纹波系数高
通讯电源一般采用-48V电源，对纹波系数有比较高的要求，一般要求不超出100mv，现场实际工作经验表明，当发现电源纹波比较大时，光电转换过程会出现误码。
4.5 复用通道的其它问题
保护使用通讯提供的复用通道时，各种设备均有可能出现问题，其中以PCM机出现问题的概率最大，一般原因为时钟设置不合规范的问题；其次为通讯光板有问题，当通信设备出现问题后，通道挂误码仪测试就能反映出来，目前对通道误码仪自环检测时间的要求应不小于24小时。
4.6 光接收端的砝琅盘内瓷芯碎裂
当光接收端的砝琅盘内瓷芯碎裂时会造成通道异常，这时通过光功率的测量也无法发现，必须要通过灵敏度检查才能发现问题。一般情况下砝琅盘内瓷芯严重碎裂时，通过肉眼观测就能发现碎裂、碎片。而当砝琅盘内瓷芯发生较轻的碎裂时可能会只有裂纹，这时通过肉眼观测比较难发现，只有通过传输光功率测量才能发现。
5.防止光纤保护通道故障频发的措施：
5.1 在保护通道畅通后要尽量减少光纤头的插拔次数，以免损坏光纤头。
5.2 定期检验时应使用正确方法方法做好光纤头的清洁，光纤在插入砝琅前，纤芯的瓷芯端面应用浸有无水酒精的纱布擦干净。
5.3 对光差保护应定期做好巡检工作，特别对通道的误码、失步次数做到定期观察。
5.4 保护装置应尽可能直接复用2M口数字通道（取消PCM机），经过光电转换后直接接入通讯设备。
6.目前山西对光纤纵联差动保护装置（2M）接口时钟方式的统一规定
为了保护装置的安全可靠运行，便于保护通道的统一管理，结合各厂家保护及接口装置的不同特点，省公司对现运行的差动保护装置（2M）接口时钟方式作出统—规定：
6.1 对南瑞RCS-931AM保护装置：规定保护时钟设为“从-从”方式，通信PCM时钟设为“主-从”方式。
6.2 对国电南自PSL-603保护装置：规定保护时钟设为“从-从”方式，通信PCM时钟设为“主-从”方式。现运行的保护光电转换GXC-2M型装置需更换为GXC-64/2M型装置，以满足此方式。
6.3 对许继WXH-803保护装置：规定保护时钟设为“主-从”方式，通信PCM时钟设为“从-从”方式。
光电转换技术范文6
关键词:太阳能；太阳能薄膜电池；技术革新
1太阳能的优势
太阳能具有其它能源都无法比拟的优点。首先是太阳光的覆盖范围广，不受地域的限制，矿产被开采或核能的能量产生后，必须要有运输的过程，而太阳能则不同，可以现场采集现场使用。其次，太阳能的开发使用潜力大，矿产的开采总是有限度的，但太阳能却几乎可以说是取之不尽，用之不竭的，只要太阳继续向地球辐射能量，那我们就可以一直利用太阳能。再者，太阳能属于清洁能源，对环境没有任何危害，但在各种矿产的开采和使用过程中，无论是对人体的伤害还是对环境的污染作用都是巨大且不可避免的；对于核能，也存在很大的核污染隐患，核废料和核泄漏都是很严重的问题。在国内，雾霾时时触动着人们的神经，各种河流海洋的污染问题也层出不穷，环境保护更加得到人们的重视，这种情况下，清洁无污染的太阳能就更显得难能可贵。将来太阳能可以更好的工业化推广后，相信即使其成本会稍高，也必定会更加受国家、社会和消费者的青睐。因此，在应用太阳能已经得到越来越多的重视的同时，如何高效环保的利用太阳能就成了至关重要的问题。
2太阳能电池大规模应用的瓶颈
若想有效的利用太阳能，就必须要用到太阳能电池。在太阳光的照射下，太阳能电池可以瞬间输出电压并产生电流，通过光电效应或光化学效应将太阳能转换成电能。对于太阳能电池，主要有2方面问题阻碍了其大规模应用，一是成本，二是光电转换的效率。目前，虽然一部分太阳能电池的成本较低，但其光电转换效率非常不理想；另一部分太阳能电池虽然光电转换效率稍好，技术也较为成熟，但由于成本太高，难以被大规模推广。因而，从这两个方面解决太阳能电池本身的问题，才有可能进一步的对太阳能进行推广。利用太阳能电池时，除了上面提到的太阳能电池本身的技术性问题，还会遇到一些外界环境的不利因素。如辐射至地球的太阳能的总能量虽然比较巨大，但这种能量却是比较分散的，这就导致了太阳能收集的不易。再者，即使在同一地点，不同时间被辐射到的太阳能总量也是不稳定的，要受季节、昼夜、天气等因素的影响。因此，虽然太阳能有诸多优点，且太阳能电池具备了一定的光电转换率，但太阳能电池的大规模推广应用仍任重而道远。
3太阳能薄膜电池的优点
在各种太阳能电池中，硅太阳能电池的发展和应用相对要成熟一些，目前属于在应用中相对多的太阳能电池。硅太阳能电池的缺点是当温度升高时，它的光电转换率会降低；但是金属氧化物的太阳能电池则不同，当温度升高时，金属氧化物太阳能电池的光电转换率也会升高。同时，金属氧化物的成本比硅低，且来源较广阔，这使得金属氧化物有更广阔的应用潜力。在太阳能电池中，金属氧化物是作用机理是首先将光子转化成电子，然后通过电子将水解离成氧气和氢气。更轻更薄、光电转换效率更高是太阳能电池的发展趋势，特别是对于应用在航空航天设备上的太阳能电池，对于太阳能电池的性能有着更严苛的要求。在太阳能电池中，太阳能薄膜电池有质量轻、厚度极薄、可弯曲的优点。在航天航空设备上利用太阳能电池时，选择太阳能薄膜电池有更多的优势，首先，薄膜电池的重量轻厚度薄，可以为飞行器节约更多的动力；其次，薄膜电池的可弯曲特性使其除了具有较好的强度外，还具备了更好的弯曲强度和韧性，这更有利于将薄膜电池包覆在飞行器上，从而可以更有效的采集太阳光。目前，太阳能薄膜电池的主要材质有铜铟镓硒、非晶体硅、碲化镉等。
4太阳能薄膜电池的制造技术革新
要制备出更轻更薄、光电转换率更高的太阳能薄膜电池，除了电池本身材质的研究，薄膜电池制造技术的革新也是研究的一大重点。对于相同的材料，不同的制造技术也会导致其性能的差异，因此，选择更科学的太阳能薄膜电池加工制造方法，对更优性能的太阳能薄膜电池研究是非常有益的。制造技术通常可被分为减法制造、等法制造和加法制造，减法制造无疑是最为人所知的形式，比如切削加工。等法制造一般是指在几乎不改变材料本身质量的情况下，通过技术手段改变其形状或内部结构，以得到理想的性能。加法制造是在制造的过程中，采取加量的方式，对单一零件进行制造，这是一种具有特色的新型制造方法。对于太阳能薄膜电池制造技术，应该更综合的考虑这3种方法，通过综合利用这3种制造方法，相信可以得到性能更优异的太阳能薄膜电池。在本文中，笔者主要对加法制造进行一些介绍，在加法制造中，最著名的就是3D打印技术。3D打印是一种可以快速成型的制造技术，它以电脑中建立的数字模型为基础，通过运用金属粉末或聚合物等材料的逐层固化，用来制造所要得到的产品。这种制造技术与传统的制造技术是截然不同的，传统制造的逻辑是先获取一种材质合理的材料，然后通过模具成型或切削等方式将其加工成想要的结构。这种制造方法不仅步骤复杂，而且不可避免的会浪费许多材料。特别是对于一些价格较高的材料和形状较为特别的部件，如一个曲度较为特别的钛合金扇页，当其被制造成型时，被去除掉的材料质量甚至远远高于剩下的有效部件的质量，这不仅是经济的浪费，也是一种能量的浪费。而3D打印则克服了这个缺点，在打印伊始，它就会按照既成模型的形状对原材料进行逐层加工，以一层一层打印叠加的方式，完成样品的成型。这种加工方法不仅可以有效节省原材料、节省加工能量，还更适用于制造一些特殊形状的部件，在加工过程中，也可以严格控制部件不同层面的材料属性。对于太阳能薄膜电池，虽然它的厚度较薄，但它并不是均相材料，特别是在厚度方向，材料分布情况更为复杂，这就使其更适用于3D打印的方法。3D打印不仅可以严格控制产品的厚度，还可以有效控制产品在厚度方向的材料分布。但其中的挑战也是极高的，因为太阳能薄膜电池的厚度极薄，这就要求3D打印时必须可以准确控制材料的厚度，这样才能在太阳能薄膜电池的制造技术革新过程中发挥更大的作用。
参考文献
[1]贺劼.太阳能的优势[J].建设科技，2006（8）：72.
[2]王文采.太阳能电池[J].现代物理知识，2003，15（6）：3-5.
