《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課件-項(xiàng)目六 光電傳感器

項(xiàng)目六光電傳感器

將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。光電式傳感器的工作原理是：首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào)。光電傳感器的工作基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。圖6-1光電傳感器的工作原理知識(shí)目標(biāo)

掌握光電管、光電倍增管的工作原理、主要參數(shù)、基本特性和應(yīng)用；掌握光敏電阻的工作原理、主要參數(shù)、基本特性和應(yīng)用；掌握光電二極管、光電三極管的工作原理、主要參數(shù)、基本特性和應(yīng)用；掌握光纖的工作原理、主要參數(shù)、基本特性和應(yīng)用；了解光電池的分類、工作原理及特性；了解其他光電式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用。技能目標(biāo)

掌握光電的轉(zhuǎn)速傳感器的組成及工作原理；掌握光電傳感器測(cè)速的原理，并能實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)；根據(jù)不同的光信號(hào)，靈活采用不同的光電式傳感器及控制電路；掌握光纖測(cè)速傳感器的組成及工作原理。任務(wù)一光敏傳感器

知識(shí)準(zhǔn)備1．電磁波根據(jù)光的電磁理論，光是一種頻率很高的電磁波。能引起人們視覺的為可見光，不能引起人們視覺但可借助儀器檢測(cè)出來的為紅外光、紫外光、無線電波、射線等。不同范圍的電磁波其頻率、能量、特性均不同。2．光電效應(yīng)概述光電效應(yīng)：是指一些金屬、金屬養(yǎng)化物、半導(dǎo)體材料在光的照射下釋放電子的現(xiàn)象。光電效應(yīng)按其作用原理可分為：外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。1）外光電效應(yīng)在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件由光電管、光電倍增管等。

光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子具有的能力由下式確定：

若物體中電子吸收的入射光的能量足以克服物質(zhì)對(duì)電子的束縛做功，電子就逸出物體表面，產(chǎn)生電子發(fā)射。故要使一個(gè)電子逸出，則光子能量必須超出物質(zhì)對(duì)電子的束縛做功，超過部分的能量，表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。即：2）內(nèi)光電效應(yīng)受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為以下兩大類：（1）光電導(dǎo)效應(yīng)。在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電阻變化，這種效應(yīng)稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的器件有光敏電阻等。（2）光生伏特效應(yīng)。在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)的器件有光電池和光敏晶體管等。3．光敏電阻1）光敏電阻的結(jié)構(gòu)2）光敏電阻的工作原理

（a）無光照時(shí)（b）有光照時(shí)3）光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性（1）光電流光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱“暗電阻”，或稱暗阻，此時(shí)流過的電流稱“暗電流”；光敏電阻在受光照射時(shí)的阻值稱“亮電阻”或稱亮阻，此時(shí)的電流稱“亮電流”。而亮電流與暗電流之差即為“光電流”。

當(dāng)然，希望暗阻愈大愈好，而亮阻越小越好，也即光電流要盡可能大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。實(shí)際上光敏電阻暗阻值一般是兆歐數(shù)量級(jí)，亮阻值則在幾千歐姆以下。（2）光敏電阻的伏安特性在光敏電阻的兩端所加電壓和電流的關(guān)系曲線，稱為光敏電阻的伏安特性，如圖6-4所示。

（3）光敏電阻的光照特性

由于光敏電阻的光照特性曲線是非線性的，因此不適宜做線性敏感元件，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。所以在自動(dòng)控制中他常用作開關(guān)量的光電傳感器。（4）光敏電阻的光譜特性

光敏電阻對(duì)于不同波長的入射光，其相對(duì)靈敏度也是不同的。

（5）光敏電阻的頻率特性在使用光敏電阻時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意它的光電流并不是隨光強(qiáng)改變而立刻做出相應(yīng)的變化，而是具有一定的惰性，這也是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。這種惰性常用時(shí)間常數(shù)來描述，不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)，因而它們的頻率特性也就各不相同，

（6）光敏電阻的光譜溫度特性光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，它的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì)受溫度影響較大，隨著溫度的升高，它的暗阻和靈敏度都下降。同時(shí)溫度變化也影響它的光譜特性曲線。4．光敏晶體管1）光敏二極管光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它的PN結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射，光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，如圖6-9b所示。在圖6-9a中給出了光敏二極管的符號(hào)。

（a）光敏二極管（b）光敏二極管的接線圖圖6-9光敏二極管2）光敏三極管光敏三極管的工作原理是：當(dāng)光照射到PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，它們?cè)赑N結(jié)處于內(nèi)電場(chǎng)的作用下，做定向運(yùn)動(dòng)形成光電流，因此，PN結(jié)的反向電流大大增加，由于光照射發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于三極管的基極電流，因此集電極電流是光電流的β倍，所以光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。圖6-10光敏三極管3）光敏晶體管的基本特性（1）光敏晶體管的光譜特性從特性曲線可以看出，硅管的峰值波長為0.9μm左右，鍺管的峰值波長為1.5μm左右。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此，一般來說，鍺管的性能較差。故在可見光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí)，都采用硅管。但對(duì)紅外光進(jìn)行探測(cè)時(shí)，則鍺管較為合適。

圖6-11光敏晶體管的光譜特性硅鍺（2）光敏晶體管的伏安特性圖6-12光敏晶體管的伏安特性

（3）光敏晶體管的光照特性圖6-13光敏晶體管的光照特性曲線

（4）光敏晶體管的溫度特性圖6-14鍺光敏晶體管的溫度特性曲線（5）光敏晶體管的時(shí)間常數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，光敏晶體管可以看成一個(gè)非周期環(huán)節(jié)。一般鍺管的時(shí)間常數(shù)約為2×10-4s，而硅管的在10-5s左右。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)要求快速時(shí)，往往選擇硅光敏晶體管。任務(wù)實(shí)施1．光敏電阻應(yīng)用光敏電阻又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。1）光照度計(jì)光照度計(jì)用以測(cè)量農(nóng)作物日照時(shí)數(shù)，可以測(cè)定農(nóng)作物的生長情況，其電路原理如圖6-15所示。輸出電壓接單片機(jī)的I/O口，每2分鐘對(duì)此口查詢1次，為高電平，計(jì)數(shù)一次，為低電平，不計(jì)數(shù)。1天查詢720次。無光照

；有光照

圖6-15光照度計(jì)電路圖2）燈光亮度自動(dòng)控制器光亮度控制器可按照環(huán)境光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度，從而使室內(nèi)的照明自動(dòng)保持在最佳狀態(tài)，避免產(chǎn)生視覺疲勞。控制器主要由環(huán)境光照檢測(cè)電橋、放大器、積分器、比較器、過零檢測(cè)器、鋸齒波形成電路、雙向晶閘管等組成，如圖6-16所示。

圖6-16燈光亮度自動(dòng)控制原理圖

兩個(gè)電壓比較結(jié)果，便可從比較器輸出端得到隨環(huán)境光照變化而脈沖寬度發(fā)生變化的控制信號(hào)，該控制信號(hào)的頻率與市電的頻率同步，其脈沖寬度與反比于環(huán)境光照，利用這個(gè)控制信號(hào)觸發(fā)雙向晶閘管，改變其導(dǎo)通角，便可使燈光的亮度做相反的變化，從而達(dá)到自動(dòng)控制環(huán)境光照不變的目的。

把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射到光敏電阻時(shí)，干簧管電器接通電動(dòng)機(jī)電路，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大門打開。天明報(bào)知裝置2．光敏晶體管應(yīng)用光控閃光標(biāo)志燈光控閃光標(biāo)志燈電路主要由M5332L通用集成電路IC、光敏三極管VT1及外圍電路元件等組成。白天光敏三級(jí)管VT1受到光照，其內(nèi)阻很小，使IC的輸入電壓高于基準(zhǔn)電壓，于是IC的六腳輸出為高電平，標(biāo)志燈E不亮。夜晚無光照射時(shí)，光敏三極管VT1內(nèi)阻增大，使IC的輸入電壓低于基準(zhǔn)電壓，于是IC內(nèi)部振蕩器開始振蕩，其頻率為1.8Hz，與此同時(shí)，IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器也開始工作，使IC的6腳輸出低電平，在振蕩器的控制下，標(biāo)志燈E以1.8Hz頻率閃爍，以警示有路障存在。圖6-17光控閃光標(biāo)志燈電路任務(wù)二光電池

知識(shí)準(zhǔn)備

光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用下實(shí)質(zhì)就是電源,電路中有了這種器件就不需要外加電源。光電池的種類很多，有硒，氧化亞銅、硫化鉈、硫化鎘、鍺、硅、砷化鎵光電池等。其中最受重視的是硅光電池，因?yàn)樗幸幌盗袃?yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、傳遞效率高、能耐高溫輻射等。因此下面著重介紹硅光電池。另外，

由于硒光電池的光譜峰值位置在人眼的視覺范圍，所以很多分析儀器、測(cè)量儀器亦常用到它。1．光電池的結(jié)構(gòu)與工作原理光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。

圖6-18硅光電池結(jié)構(gòu)圖圖6-19硒光電池結(jié)構(gòu)圖2．光電池的基本特性1）光電池的光譜特性圖6-20光電池的光譜特性曲線2）光電池的光照特性

圖6-21硅光電池的光照特性曲線3）光電池的頻率特性圖6-22光電池的頻率特性曲線4）光電池的溫度特性圖6-23光電池的溫度特性曲線任務(wù)實(shí)施1．自動(dòng)干手器手放入干手器時(shí)，遮住了燈泡發(fā)出的光，光電池不受光照，晶體管基極正偏而導(dǎo)通，繼電器吸合。風(fēng)機(jī)和電熱絲通電，熱風(fēng)吹出烘手。手干抽出后，燈泡發(fā)出光直接照射到光電池上，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，使三極管基射極反偏而截止，繼電器釋放，從而切斷風(fēng)機(jī)和電熱絲的電源。其電路圖如下：圖6-24自動(dòng)干手器電路圖2．測(cè)光文具盒子工作原理圖6-25測(cè)光文具盒電路

電路中采用2CR11硅光電池作為測(cè)光傳感器，它被安裝在測(cè)光文具盒的表面，直接感受光的強(qiáng)弱。采用兩個(gè)發(fā)光二極管作為光照強(qiáng)弱的指示。當(dāng)光照強(qiáng)度小于100lx較暗時(shí)，光電池產(chǎn)生的電壓較小，半導(dǎo)體管壓降較大或處于截止?fàn)顟B(tài)，兩個(gè)發(fā)光二極管都不亮；當(dāng)光照度在100lx～200lx之間時(shí)，發(fā)光二極管VD2點(diǎn)亮，表示光照度適中；當(dāng)光強(qiáng)度大于200lx時(shí)，光電池產(chǎn)生的電壓較高，半導(dǎo)體管壓降較小，此時(shí)兩個(gè)發(fā)光二極管均點(diǎn)亮，表示光照太強(qiáng)，不適于學(xué)習(xí)。

任務(wù)三光電管

知識(shí)準(zhǔn)備1．光電管的結(jié)構(gòu)（1）普通光電管在一個(gè)真空泡內(nèi)裝有兩個(gè)電極：光電陰極和光電陽極。光電陰極通常是用逸出功小的光敏材料徐敷在玻璃泡內(nèi)壁上做成，其感光面對(duì)準(zhǔn)光的照射孔。當(dāng)光線照射到光敏材料上，便有電子逸出，這些電子被具有正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，在外電路就產(chǎn)生電流。（a）光電管的結(jié)構(gòu)（b）外電路接線圖圖6-26光電管的結(jié)構(gòu)及外電路接線圖（2）光電倍增管由于真空光電管的靈敏度較低，因此人們便研制了光電倍增管，其工作原理如圖。

（a）結(jié)構(gòu)（b）電路圖6-27光電倍增管的結(jié)構(gòu)和電路2．光電管特性（1）光電特性表示當(dāng)光電管的陽極電壓一定時(shí)，陽極電流與入射在陰極上光通量之間的關(guān)系。（2）伏安特性當(dāng)入射光的頻譜及光通量一定時(shí)，陽極與陰極之間的電壓同光電流的關(guān)系叫伏安特性。

（3）光譜特性由于光陰極對(duì)光譜有選擇性，因此光電管對(duì)光譜也有選擇性。保持光通量和陽極電壓不變，陽極電流與光波長之間的關(guān)系叫光電管的光譜特性。光電管尚有溫度特性、疲勞特性、慣性特性、暗電流和衰老特性等，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書和有關(guān)手冊(cè)合理選用。任務(wù)實(shí)施1．光電管在電影放映機(jī)上的應(yīng)用圖6-28影片聲音重放工作原理圖

影片放音時(shí)，光源、膠片的聲跡和光電管的位置安放在同一條直線上，光源發(fā)出的光束通過影片邊緣上的聲跡射入光電管中。由于聲跡寬度的起伏變化，進(jìn)入光電管的光線強(qiáng)弱也發(fā)生相應(yīng)的變化，光電流也就隨著發(fā)生變化。光電流的這種變化，經(jīng)放大器放大后送入揚(yáng)聲器，就能把變化的電流還原成聲音，在銀幕放映畫面的同時(shí)重放出聲音。2．路燈光電控制器圖6-29路燈光電控制器電路圖

如圖所示，電路主要由光電轉(zhuǎn)換級(jí)、運(yùn)放滯后比較級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)等組成。白天當(dāng)光電管VT1的光電陰極受到較強(qiáng)的光照時(shí)，光電管產(chǎn)生光電流，使得場(chǎng)效應(yīng)管VT2柵極上的正電壓增高，漏源電流增大，這時(shí)在運(yùn)放IC的反相輸入端的電壓約為+3.1V，所以運(yùn)放輸出為負(fù)電壓，VD7、VD3截止，繼電器K不工作，其觸點(diǎn)K1為常開觸點(diǎn)，因此路燈不亮；到了傍晚時(shí)分，環(huán)境光線

漸弱，光電管VT1的光電流減小，使得VT2的柵極電壓和漏極電流減小，這時(shí)運(yùn)放IC反相輸入端的電壓為負(fù)電壓，輸出端約有+13V的電壓輸出，因此VD7導(dǎo)通，VD3隨之導(dǎo)通飽和，K工作，K1閉合，路燈點(diǎn)亮。項(xiàng)目小結(jié)

本項(xiàng)目重點(diǎn)介紹光敏傳感器、光電池和光電管等幾種傳感器。光敏傳感器包括光敏電阻和光敏晶體管，以光電導(dǎo)效應(yīng)為基礎(chǔ)工作的。光敏電阻是涂于玻璃底板上的一薄層半導(dǎo)體物質(zhì),半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極,金屬電極與引出線端相連接,光敏電阻就通過引出線端接入電路。常用的光敏電阻是由硫化鎘（CdS）制成，另外還有硫化鋁、硫化

鉛、硫化鉍、硒化鎘、硫化鉈等材料。光電晶體管與普通晶體管相似，其中光敏三極管比光敏二極管靈敏度高。光電池也稱太陽能電池，是電能量傳感器。光電池有硒、硫化鉈、硫化鎘、鍺、硅、砷化鎵等幾種。其中硅光電池性能穩(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、傳遞效率高，目前最受重視。硒光電池的光譜峰值在人眼的視覺范圍內(nèi)，所以多用于分析儀器。

光電管以外光電效應(yīng)為基礎(chǔ)工作。有光電管和光電倍增管兩種。是在一個(gè)真空泡內(nèi)裝有兩個(gè)電極：光電陰極和光電陽極。光電陰極通常是用逸出功小的光敏材料徐敷在玻璃泡內(nèi)壁上做成，其感光面對(duì)準(zhǔn)光的照射孔。當(dāng)光線照射到光敏材料上，便有電子逸出，這些電子被具有正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，在外電路就產(chǎn)生電流。主要的特性有：光電特性、伏安特性、光譜特性。知識(shí)拓展1．光電開關(guān)

利用光敏電阻，以光源為媒介，控制電路的通斷，這樣的開關(guān)，就是光電開關(guān)。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。

光電開關(guān)的重要功能：（1）能夠處理光的強(qiáng)度變化：（2）利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；

（3）利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間返回。光電開關(guān)組成：發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路。1）分類根據(jù)光線的走向，光電開關(guān)可分為對(duì)射型、漫反射型、鏡面反射型三種。（1）對(duì)射型光電開關(guān)

由發(fā)射器和接收器組成，結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開關(guān)可以相互分開達(dá)50米。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因?yàn)楣馐缭礁袘?yīng)距離的時(shí)間僅一次；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置的消耗高，兩個(gè)單元都必須敷設(shè)電纜。圖6-30對(duì)射型光電開關(guān)原理圖（2）漫反射型光電開關(guān)當(dāng)開關(guān)發(fā)射光束時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時(shí)，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，作用距離的典型值一直到3米。特征：有效作用距離是由目標(biāo)的反射能力決定，由目標(biāo)表面性質(zhì)和和顏色決定；較小的裝配開支，當(dāng)開關(guān)由單個(gè)元件組成時(shí)，通常是可以達(dá)到粗定位；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測(cè)量距離；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測(cè)量距離；對(duì)目標(biāo)上的灰塵敏感和對(duì)目標(biāo)變化了的反射性能敏感。圖6-31漫反射型光電開關(guān)原理圖（3）鏡面反射型光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種標(biāo)準(zhǔn)配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對(duì)面的反射鏡被反射，即返回接收器，當(dāng)光束被中斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)的變化。光的通過時(shí)間是兩倍的信號(hào)持續(xù)時(shí)間，有效作用距離從0.1米至20米。

特征：辨別不透明的物體；借助反射鏡部件，形成高的有效距離范圍；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。圖6-32鏡面射型光電開關(guān)原理圖2）使用注意事項(xiàng)（1）紅外線傳感器屬漫反射型的產(chǎn)品，所采用的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體為平面的白色畫紙。（2）紅外線光電開關(guān)在環(huán)境照度高的情況下都能穩(wěn)定工作，但原則上應(yīng)回避將傳感器光軸正對(duì)太陽光等強(qiáng)光源。（3）對(duì)射式光電開關(guān)最小可檢測(cè)寬度為該種光電開關(guān)透鏡寬度的80%。

（4）當(dāng)使用感性負(fù)載（如燈、電動(dòng)機(jī)等）時(shí)，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞交流二線的光電開關(guān)，在這種情況下，請(qǐng)將負(fù)載經(jīng)過交流繼電器來轉(zhuǎn)換使用。（5）紅外線光電開關(guān)的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學(xué)品，以免永久損壞塑料鏡。（6）針對(duì)用戶的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場(chǎng)合，所生產(chǎn)的光電

開關(guān)在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應(yīng)在長期使用中延長光電開關(guān)維護(hù)周期的要求。（7）產(chǎn)品均為SMD(表面貼裝器件)工藝生產(chǎn)制造，并經(jīng)嚴(yán)格的測(cè)試合格后才出廠，在一般情況下使用均不會(huì)出現(xiàn)損壞。為了避免意外性發(fā)生，請(qǐng)用戶在接通電源前檢查接線是否正確，核定電壓是否為額定值。應(yīng)用舉例：從圖可以看出光電開關(guān)的各種應(yīng)用。其中，（a）為光電開關(guān)用于對(duì)材料的定位剪切控制；（b）為用光電開關(guān)來控制液面位的上下限值，當(dāng)液面位高于或低于上下極限液面位時(shí)，光電開關(guān)控制電路可使閥門打開或關(guān)閉，使液面位的高度保持在上下限之間；（c）為利用物體對(duì)光的遮擋作用，檢測(cè)物體的通過個(gè)數(shù)，或物體是否存在；（d）為利用光的直線傳播性，檢驗(yàn)產(chǎn)品是否等高排列；（e）為將光電開關(guān)用在流水生產(chǎn)線上，來檢測(cè)產(chǎn)品的個(gè)數(shù)；（f）為用光電開關(guān)檢測(cè)液面位的高低。2．電荷耦合器件電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice，簡稱CCD），它將光敏二極管陣列和讀出移位寄存器集成為一體，構(gòu)成具有自掃描功能的圖象傳感器。是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路器件，它以電荷作為信號(hào),基本功能是進(jìn)行電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移輸出。廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量,尤其適用于圖像識(shí)別技術(shù)。1）CCD圖像傳感器的分類（1）面陣CCD：把光敏元件排列成矩陣形式，傳輸讀出結(jié)構(gòu)有不同類型，如幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)、行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。允許拍攝者在任何快門速度下一次曝光拍攝移動(dòng)物體。（2）線陣CCD：由一列MOS光敏元件和一列移位寄存器并列構(gòu)成。用一排像素掃描過圖片，做三次曝光——分別對(duì)應(yīng)于紅、綠、藍(lán)三色濾鏡，正如名稱所表示的，線性傳感器是捕捉一維圖像。初期應(yīng)用于廣告界拍攝靜態(tài)圖像，線性陣列，處理高分辨率的圖像時(shí)，受局限于非移動(dòng)的連續(xù)光照的物體。（3）三線CCD：在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡，當(dāng)捕捉彩色圖片時(shí)，完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相機(jī)，以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。（4）交織傳輸CCD：這種傳感器利用單獨(dú)的陣列攝取圖像和電量轉(zhuǎn)化，允許在拍攝下一圖像時(shí)在讀取當(dāng)前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端

數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和拍攝動(dòng)畫的廣播拍攝機(jī)。（5）全幅面CCD：此種CCD具有更多電量處理能力，更好動(dòng)態(tài)范圍，低噪音和傳輸光學(xué)分辨率，全幅面CCD允許即時(shí)拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點(diǎn)寄存器、串行浮點(diǎn)寄存器和信號(hào)輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機(jī)械快門或閘門控制去保存圖像，并行寄存器用于測(cè)光和讀取測(cè)光值。圖像投射到作投影幕的并行

陣列上。此元件接收?qǐng)D像信息并把它分成離散的由數(shù)目決定量化的元素。這些信息流就會(huì)由并行寄存器流向串行寄存器。此過程反復(fù)執(zhí)行，直到所有的信息傳輸完畢。接著，系統(tǒng)進(jìn)行精確的圖像重組。2）CCD圖像傳感器的特性參數(shù)（1）電荷

轉(zhuǎn)移效率：CCD以電荷作為信號(hào)，把一次轉(zhuǎn)移后，到達(dá)下一個(gè)勢(shì)阱中的電荷與原來勢(shì)阱中的電荷之比稱為電荷轉(zhuǎn)移效率。（2）分辨率：CCD圖象傳感器的分辨率用調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTF表征。當(dāng)光強(qiáng)以正弦變化的圖像作用在傳感器上時(shí)，電信號(hào)幅度隨光像空間頻率的變化為調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTF。（3）暗電流：暗電流起因于熱激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)，是缺陷產(chǎn)生的主要原因。CCD器件暗電流越小越好。（4）靈敏度：圖像傳感器的靈敏度是指單位發(fā)射照度下，單位時(shí)間、單位面積發(fā)射的電量，即3）CCD圖像傳感器應(yīng)用（1）線陣CCD器件檢測(cè)工件尺寸從光源出發(fā)的光，經(jīng)過透鏡變成平行光后，投射到工件上。在工件的另一端放置一個(gè)線陣CCD器件，因此光通過器件成像于CCD器件上，CCD器件輸出信號(hào)經(jīng)過處理，得到一系列的脈沖，根據(jù)脈沖數(shù)可得工件的直徑數(shù)值。圖6-33線陣CCD器件檢測(cè)工件尺寸原理圖（2）文字圖像識(shí)別系統(tǒng)郵政編碼識(shí)別系統(tǒng)。寫有郵政編碼的信封放在傳送帶上，傳感器光敏元的排列方向與信封的運(yùn)動(dòng)方向垂直，光學(xué)鏡頭將編碼的數(shù)字聚焦到光敏元上。當(dāng)信封運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器以逐行掃描的方式把數(shù)字依次讀出。圖6-34郵政編碼識(shí)別系統(tǒng)

光電耦合器是集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，其有兩路光信號(hào)，分別用來發(fā)射光線和接收光線。將光電耦合器固定在炮筒上，當(dāng)干擾彈飛過炮筒時(shí)，發(fā)射光線照射到干擾彈的表面，在該表面發(fā)生反射，反射光的一部分被光電耦合器中的探測(cè)器接收，產(chǎn)生光電流，因其強(qiáng)度與檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率有關(guān)，產(chǎn)生變化的電信號(hào)。即可測(cè)出干擾彈飛過光電耦合器的時(shí)間t，而已知干擾彈的長度為l，就可利用公式=l/t計(jì)算出速度v。3．光纖傳感器

光導(dǎo)纖維是用比頭發(fā)絲還細(xì)的石英玻璃制成的，每根光纖由圓柱形的內(nèi)芯和包層組成。內(nèi)芯的折射率略大于包層的折射率。工作