《光電檢測(cè)-王威立》PPT課件

1、2021/4/21第第8章章 光電檢測(cè)光電檢測(cè) n光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n光電耦合器件光電耦合器件n電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD） 本章主要介紹光電效應(yīng)及光電器件、光電耦合本章主要介紹光電效應(yīng)及光電器件、光電耦合器件及電荷耦合器件器件及電荷耦合器件(CCD)。 2021/4/228.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件 n光電器件（光電元件）光電器件（光電元件）是一種能將光量轉(zhuǎn)換為是一種能將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件。電量的器件。光電傳感器光電傳感器就是以光電器件為檢就是以光電器件為檢測(cè)元件的傳感器。它先將非電量轉(zhuǎn)換成光量，測(cè)元件的傳感器。它先將非電量轉(zhuǎn)換成光量，再通過光電器

2、件將光量轉(zhuǎn)換成電量。光電傳感再通過光電器件將光量轉(zhuǎn)換成電量。光電傳感器種類很多。器種類很多。n8.1.1 外光電效應(yīng)及器件外光電效應(yīng)及器件 在光的作用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為在光的作用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)。光電管光電管、光電倍增管光電倍增管等。等。2021/4/238.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件一、光電管及其特性一、光電管及其特性 真空光電管的結(jié)構(gòu)與原理如圖示。真空光電管的結(jié)構(gòu)與原理如圖示。2021/4/248.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n光電管的光電管的主要特性主要特性：n1. 伏安特性伏安特性 入射光一定時(shí)，入射光一定時(shí)，陽(yáng)極

3、電流與陽(yáng)極電壓陽(yáng)極電流與陽(yáng)極電壓之間的關(guān)之間的關(guān)系。系。2021/4/258.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n2. 光電特性光電特性 陽(yáng)極與陰極之間電壓一定時(shí)，光通量與光電流之陽(yáng)極與陰極之間電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系。間的關(guān)系。 n3. 光譜特光譜特性性 光電管對(duì)光譜的選擇性。光電管對(duì)光譜的選擇性。 （可見光波長(zhǎng)（可見光波長(zhǎng)0.380.76m）人視覺人視覺氧銫光電管氧銫光電管紅色濾光鏡紅色濾光鏡1002021/4/268.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n二、光電倍增管二、光電倍增管 結(jié)構(gòu)與原理：結(jié)構(gòu)與原理：2021/4/278.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電

4、器件n8.1.2 內(nèi)光電效應(yīng)及器件內(nèi)光電效應(yīng)及器件 在光線作用下使物體的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象在光線作用下使物體的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為稱為內(nèi)內(nèi)光電效應(yīng)光電效應(yīng)。光敏電阻光敏電阻、光導(dǎo)管光導(dǎo)管等。等。 n一、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理一、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理 光敏電阻的光敏電阻的 原理結(jié)構(gòu)如圖示原理結(jié)構(gòu)如圖示 2021/4/288.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件 4、5、7、9、11、12、20、25金屬殼光敏電阻金屬殼光敏電阻貼片光敏電阻貼片光敏電阻2021/4/298.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n二、光敏電阻的主要參數(shù)二、光敏電阻的主要參數(shù) 暗電阻和暗電流暗電阻和暗電流

5、亮電亮電阻和亮電流阻和亮電流 光電流光電流n三、光敏電阻的基本特性三、光敏電阻的基本特性n1. 伏安特性伏安特性 兩端電壓和電流的關(guān)系曲兩端電壓和電流的關(guān)系曲線。線。2021/4/2108.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n2. 光照特性光照特性 光電流和光強(qiáng)的關(guān)系光電流和光強(qiáng)的關(guān)系曲線。曲線。 非線性較重，一般不非線性較重，一般不用作測(cè)量元件用作測(cè)量元件! ! 2021/4/2118.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n3. 光譜特性光譜特性 對(duì)不同波長(zhǎng)的對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光，相對(duì)靈入射光，相對(duì)靈敏度不同。如圖敏度不同。如圖示。示。 nm（可見光波長(zhǎng)（可見光波長(zhǎng)380760nm）

6、2021/4/2128.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n8.1.3阻擋層阻擋層光電效應(yīng)及器件光電效應(yīng)及器件 在光線作用下使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱在光線作用下使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為為光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)（阻擋層光電效應(yīng)阻擋層光電效應(yīng)）。光電池光電池、光敏光敏晶體管晶體管等。等。n一、光電池及其特性一、光電池及其特性n 1. 結(jié)構(gòu)與原理結(jié)構(gòu)與原理2021/4/2138.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件 ( (有內(nèi)置放大電路有內(nèi)置放大電路) ) 硅光電池硅光電池: : 硅光電池陣列硅光電池陣列: : 2021/4/2148.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)

7、及光電器件n2. 光電池的基本特性光電池的基本特性 (1)光譜特性光譜特性 圖示為硒光電池和硅光電池的光譜特性曲線，即圖示為硒光電池和硅光電池的光譜特性曲線，即相對(duì)靈敏度相對(duì)靈敏度Kr和入射光波長(zhǎng)和入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。 （可見光波長(zhǎng)（可見光波長(zhǎng)0.380.76m）2021/4/2158.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件(2)光照特性光照特性圖示為硅光電圖示為硅光電池的光照特性池的光照特性曲線。曲線。 短路電流線性短路電流線性較好。較好。用作測(cè)用作測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)量元件時(shí)，應(yīng)利用短路電流，利用短路電流，即作電流源用。即作電流源用。 2021/4/2168.1 光電效應(yīng)

8、及光電器件光電效應(yīng)及光電器件 白光（可見光）白光（可見光）光敏管光敏管光敏管光敏管光敏管光敏管二、光敏晶體管二、光敏晶體管2021/4/2178.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件n二、光敏晶體管及其特性二、光敏晶體管及其特性n 1. 光敏晶體管的結(jié)構(gòu)與原理光敏晶體管的結(jié)構(gòu)與原理 光敏二極管光敏二極管的符號(hào)及接線法如圖示。的符號(hào)及接線法如圖示。2021/4/2188.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件光敏晶體管光敏晶體管的符號(hào)及接線法如圖示。的符號(hào)及接線法如圖示。光敏晶體管比光敏二極管具有光敏晶體管比光敏二極管具有更高的靈敏度更高的靈敏度。2021/4/2198.1 光電效應(yīng)及光電

9、器件光電效應(yīng)及光電器件n2. 光敏晶體管的基本特性光敏晶體管的基本特性 (1)光譜特性光譜特性 (2)伏安特性伏安特性（可見光波長(zhǎng)（可見光波長(zhǎng)0.380.76m）2021/4/2208.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件 (3)光照特性光照特性 2021/4/2218.1 光電效應(yīng)及光電器件的應(yīng)用光電效應(yīng)及光電器件的應(yīng)用n8.1.4 光電式轉(zhuǎn)速計(jì)光電式轉(zhuǎn)速計(jì)光電式轉(zhuǎn)速計(jì)是光電式轉(zhuǎn)速計(jì)是光電管光電管或或光敏晶體管光敏晶體管的應(yīng)用實(shí)例之一。的應(yīng)用實(shí)例之一。由由光電管光電管構(gòu)成的轉(zhuǎn)速計(jì)分構(gòu)成的轉(zhuǎn)速計(jì)分反射型反射型和和直射型直射型兩種。兩種。 2021/4/222光照度計(jì)：光照度計(jì)：n可測(cè)量農(nóng)作

10、物可測(cè)量農(nóng)作物日照時(shí)間日照時(shí)間。n無(wú)光照無(wú)光照V0=VL ；有光照；有光照V0=VH。輸出接單片機(jī)的。輸出接單片機(jī)的I/O口，每口，每2分鐘對(duì)此口查分鐘對(duì)此口查詢?cè)?次，為高電平則計(jì)數(shù)次，為高電平則計(jì)數(shù)一次，為低電平則不計(jì)數(shù)。一次，為低電平則不計(jì)數(shù)。1天查詢天查詢720次。次。wR9013CRGRA0V(h)24720Nt VCC2021/4/223BG2BG1+12VCJ R1 R2光電開關(guān)電路光電開關(guān)電路: :2021/4/224自動(dòng)干手器：自動(dòng)干手器： JMJ12V2A901251KL39470uf4001 手放入，斷光路，基極正偏，手放入，斷光路，基極正偏，導(dǎo)通，繼電器吸合，風(fēng)機(jī)和導(dǎo)通

11、，繼電器吸合，風(fēng)機(jī)和電熱絲通電，熱風(fēng)吹出；手電熱絲通電，熱風(fēng)吹出；手抽出，通光路，基射極反偏，抽出，通光路，基射極反偏，截止，繼電器釋放，風(fēng)機(jī)和截止，繼電器釋放，風(fēng)機(jī)和電熱絲斷電。電熱絲斷電。簡(jiǎn)易直流電源！簡(jiǎn)易直流電源！2021/4/2258.2 光電耦合器件光電耦合器件 光電耦合器件（光耦）光電耦合器件（光耦）是以光為媒介傳輸電信是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電號(hào)的一種電- -光光- -電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在不光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在不透光密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。透光密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體

12、隔離。n8.2.1 光電耦合器件的結(jié)構(gòu)和原理光電耦合器件的結(jié)構(gòu)和原理 金屬密封型和塑料密封型金屬密封型和塑料密封型2021/4/2268.2 光電耦合器件光電耦合器件n8.2.2 光電耦合器件的組合形式光電耦合器件的組合形式2021/4/227 8.2 光電耦合器件光電耦合器件2021/4/2288.2 光電耦合器件光電耦合器件n8.2.3 光電耦合器件的特性曲線光電耦合器件的特性曲線 光電耦合器的輸光電耦合器的輸入量是直流電流入量是直流電流 I ，而輸出量也是直流電而輸出量也是直流電流流 I。 光電耦合器光電耦合器的線的線性較差，必要時(shí)可采性較差，必要時(shí)可采用反饋技術(shù)來(lái)校正。用反饋技術(shù)來(lái)校正

13、。2021/4/229普通光耦用于數(shù)字信號(hào)隔離普通光耦用于數(shù)字信號(hào)隔離 光耦種類很多。多數(shù)隔離電壓在光耦種類很多。多數(shù)隔離電壓在2.5KV以以上，有的達(dá)上，有的達(dá)8KV。有高壓大電流大功率的，。有高壓大電流大功率的，也有高速高頻（頻率達(dá)也有高速高頻（頻率達(dá)10MHz）的。）的。 普通光耦非線性重、簡(jiǎn)單、便宜，適合數(shù)普通光耦非線性重、簡(jiǎn)單、便宜，適合數(shù)字信號(hào)的隔離。字信號(hào)的隔離。線性光耦線性光耦線性好、復(fù)雜、價(jià)線性好、復(fù)雜、價(jià)高，主要用于模擬信號(hào)的隔離。高，主要用于模擬信號(hào)的隔離。2021/4/2308.3 電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD） nCCD的功能是把光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)。的功能是

14、把光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)。n8.3.1 CCD的基本工作原理的基本工作原理 主要是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)。主要是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)。 CCD 有兩種基本類型，一是電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體有兩種基本類型，一是電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏敚@類器件稱為表面溝道表面溝道 CCD(SCCD) ；二是電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)；二是電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向傳體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向傳輸，這類器件稱為體溝道或埋溝道器件輸，這類器件稱為體溝道或埋溝道器件(BCCD) 。20

15、21/4/2318.3 電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD） 1、CCD光敏元件工作原理光敏元件工作原理2021/4/2328.3 電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD） 2、電荷轉(zhuǎn)移原理、電荷轉(zhuǎn)移原理 轉(zhuǎn)移脈沖電壓轉(zhuǎn)移脈沖電壓2021/4/2338.3 電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD）電荷轉(zhuǎn)移過程電荷轉(zhuǎn)移過程2021/4/2348.3 電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD）n8.3.2 CCD器件器件 1、CCD線陣攝像器件工作原理線陣攝像器件工作原理2021/4/2352021/4/2368.3 電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD） 2、面陣、面陣ICCD2021/4/2378.4 圖像傳感器及其應(yīng)用圖像傳感器及其應(yīng)用n用單個(gè)傳感器