光電傳感與檢測(cè)第二章2

1、 高靈敏度光電位置傳感器PSD (Position Sensitive Detector) 是一種新型的光電器件, 或稱為坐標(biāo)光電池, 它是一種非分割型器件, 可將光敏面上的光點(diǎn)位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。當(dāng)一束光射到PSD 的光敏面上時(shí), 在同一面上的不同電極之間將會(huì)有電流流過, 這種電壓或電流隨著光點(diǎn)位置變化而變化的現(xiàn)象就是半導(dǎo)體的橫向光電效應(yīng)。因此利用PSD 的pn 結(jié)上的橫向光電效應(yīng)可以來檢測(cè)入射光點(diǎn)的照射位置。 一維一維PSD 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(1) 當(dāng)坐標(biāo)原點(diǎn)選在PSD 中心時(shí):(2) 當(dāng)坐標(biāo)原點(diǎn)選在PSD 一端時(shí): 當(dāng)PSD 表面受到光照射時(shí), 在光斑位置處產(chǎn)生比例于光能量的電子空穴對(duì)流過P

2、層電阻, 分別從設(shè)置在P 層相對(duì)的兩個(gè)電極上輸出光電流I 1 和I 2, 由于P 層電阻是均勻的, 電極輸出的光電流與入射光斑位置到各自電極之間的距離存在一定的關(guān)系。(3) 當(dāng)坐標(biāo)原點(diǎn)選在PSD 中心時(shí):(4) 當(dāng)坐標(biāo)原點(diǎn)選在PSD 一端時(shí):PSD器件光譜特性光譜特性位置探測(cè)位置探測(cè)光電位置傳感器（PSD）的特點(diǎn)：1）它對(duì)光斑的形狀無嚴(yán)格要求，只與光的能量中心位置有關(guān)。2）光敏面上無死區(qū)，可連續(xù)測(cè)量光斑的位置，一維PSD的分辨率可達(dá) 0.2m .3）可同時(shí)檢測(cè)位置和光強(qiáng)，PSD輸出的總光電流與入射光強(qiáng)有關(guān)，而各電極輸出的光電流之和等于總光電流，所以可由總光電流得到入射光強(qiáng)。廣泛應(yīng)用與激光束對(duì)準(zhǔn)

3、、位移和振動(dòng)測(cè)量、坐標(biāo)檢測(cè)等。二維PSD器件二維PSD 器件在X、Y 兩個(gè)方向上的感光層是獨(dú)立的, 分別感受X、Y 方向光點(diǎn)位置的變化.X 方向放大電路圖應(yīng)用系統(tǒng)框圖驅(qū)動(dòng)電路分類機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)細(xì)化二值化處理傳送帶CCD透鏡1分類箱23郵政編碼識(shí)別系統(tǒng)郵政編碼識(shí)別系統(tǒng) 光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件合并使用, 以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，又可分為用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測(cè)有無物體的光電開關(guān)。從原理上講，光電開關(guān)及光電耦合器沒有太大的差別，都是由紅外線發(fā)射元件與光敏接收元件組成，只是光電耦合器是整體結(jié)構(gòu)，其檢測(cè)距離只有幾毫米至幾十毫米，而光電

4、開關(guān)的檢測(cè)距離可達(dá)幾米至幾十米。 當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，光敏三極管CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號(hào)，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，CE不通。對(duì)于數(shù)字量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測(cè)調(diào)制要求。光電耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖發(fā)光二極管的發(fā)光二極管的V-I特性特性光敏三極管的伏安特性光敏三極管的伏安特性工作電壓 Ei光電耦合器有以下幾個(gè)特性，可在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種干擾： （1）光電耦合器的輸入阻抗很

5、小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105106。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但送到光電耦合器輸入端的電壓會(huì)很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。 （2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。 （3）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。 （4）光電耦合器的響應(yīng)速度

6、極快，其響應(yīng)延遲時(shí)間只有10s左右，適于對(duì)響應(yīng)速度要求很高的場(chǎng)合。微機(jī)應(yīng)用電路中的光電隔離微機(jī)應(yīng)用電路中的光電隔離: 功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離: 對(duì)于線性類比電路通道，要求光電耦合器必須具有能夠進(jìn)行線性變換和傳輸?shù)奶匦裕蜻x擇對(duì)管，采用互補(bǔ)電路以提高線性度,或可以選擇線性光耦進(jìn)行設(shè)計(jì)，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136.微機(jī)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用的是開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量一般經(jīng)過微機(jī)的IO輸出，而IO的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不足以驅(qū)動(dòng)一些點(diǎn)磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動(dòng)電路，為避免微機(jī)受到干擾，須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓

7、較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。 過零檢測(cè)，指交流電壓過零點(diǎn)被自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使電子開關(guān)在此時(shí)刻開始開通。220V交流電壓經(jīng)電阻R1限流后直接加到2個(gè)反向并聯(lián)的光電耦合器GD1，GD2的輸入端。在交流電源的正負(fù)半周，GD1和GD2分別導(dǎo)通，U0輸出低電平，在交流電源正弦波過零的瞬間，GD1和GD2均不導(dǎo)通，U0輸出高電平。該脈沖信號(hào)經(jīng)反閘整形后作為單片機(jī)的中斷請(qǐng)求信號(hào)和可控硅的過零同步信號(hào)。 過零檢測(cè)電路中的光電隔離過零檢測(cè)電路中的光電隔離: 光電開關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器組成。光發(fā)射器用于發(fā)射紅外光或可見光。光接收器用于接

8、收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以開關(guān)量形式輸出。信號(hào)檢測(cè)方法信號(hào)檢測(cè)方法:光電開關(guān)的種類按照接收器接收光的方式不同，可分為對(duì)射式、反射式和漫射式三種。對(duì)射式光電開關(guān): 光發(fā)射器與光接收器處于相對(duì)的位置工作的光電開關(guān)。對(duì)射式光電開關(guān)的工作原理反射式光電開關(guān): 光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置，且光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對(duì)的位置上安置一個(gè)反光鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射回來后由光接收器接收。 反射式光電開關(guān)的工作原理漫射式光電開關(guān):利用光照射到被測(cè)物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故該種傳感器稱為漫射式光電接近開關(guān)。 漫射式光電開關(guān)的工作原理

9、糖果漏裝檢測(cè)糖果漏裝檢測(cè)料位控制料位控制箱體外形檢測(cè)箱體外形檢測(cè)發(fā)光原理發(fā)光原理 : 發(fā)光二極管是由-族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光. 光譜光譜紅光外側(cè)的不可見光（人眼看不見）。紅外線的特點(diǎn)是能使被照射的物體發(fā)紅光外側(cè)的不可見光（人眼看不見）。紅外線的特點(diǎn)是能使被照射的物體發(fā)熱，具有熱效應(yīng)。溫度越高，發(fā)射出的紅外線也就越

10、多。熱，具有熱效應(yīng)。溫度越高，發(fā)射出的紅外線也就越多。 常用的紅外發(fā)光二極管（如HG410, TLN107, SE303PH303），其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93m ）。管壓降約1.4V ，工作電流一般小于20mA。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率（1mW10mW）、中功率(20mW50mW)和大功率(50mW100mW以上)三大類. 紅外發(fā)光二極管的光譜特性光電控制系統(tǒng)一般由發(fā)光部分、接收部分和信號(hào)處理部分組成。實(shí)驗(yàn)中采用振蕩電路產(chǎn)生的方波信號(hào)對(duì)紅外發(fā)光管進(jìn)行調(diào)制，使之輸出光脈沖信號(hào)，然后由光電三極管接收，放大還原為電信號(hào)。方波脈沖發(fā)生器使用555時(shí)基集

11、成電路；光電接收電路采用光電三極管(3DU11型)組成的放大電路。時(shí)基集成塊NE555輸出震蕩頻率由外接電阻R1、R2及電容C1決定。 3端為輸出端，R3是限流電阻，避免由于電流過大而燒壞紅外發(fā)光管，其輸出信號(hào)為方波，占空比為 1211.43()fRR C112RRR發(fā)光電路148237651 R1 2.2K R2 51K C1 0.2F C2 0.01FR3 39 DVCC(+5V) HG413 紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時(shí)接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來的紅外線才工作。 接收電路由光電三極管、放大驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載組成。由于外接負(fù)載的不同，所采用的放大電路的形式也很多。 如果負(fù)載電流較小，可采用晶體管作