光电传感与检测第二章2

1、 高灵敏度光电位置传感器PSD (Position Sensitive Detector) 是一种新型的光电器件, 或称为坐标光电池, 它是一种非分割型器件, 可将光敏面上的光点位置转化为电信号。当一束光射到PSD 的光敏面上时, 在同一面上的不同电极之间将会有电流流过, 这种电压或电流随着光点位置变化而变化的现象就是半导体的横向光电效应。因此利用PSD 的pn 结上的横向光电效应可以来检测入射光点的照射位置。 一维一维PSD 的结构的结构(1) 当坐标原点选在PSD 中心时:(2) 当坐标原点选在PSD 一端时: 当PSD 表面受到光照射时, 在光斑位置处产生比例于光能量的电子空穴对流过P

2、层电阻, 分别从设置在P 层相对的两个电极上输出光电流I 1 和I 2, 由于P 层电阻是均匀的, 电极输出的光电流与入射光斑位置到各自电极之间的距离存在一定的关系。(3) 当坐标原点选在PSD 中心时:(4) 当坐标原点选在PSD 一端时:PSD器件光谱特性光谱特性位置探测位置探测光电位置传感器（PSD）的特点：1）它对光斑的形状无严格要求，只与光的能量中心位置有关。2）光敏面上无死区，可连续测量光斑的位置，一维PSD的分辨率可达 0.2m .3）可同时检测位置和光强，PSD输出的总光电流与入射光强有关，而各电极输出的光电流之和等于总光电流，所以可由总光电流得到入射光强。广泛应用与激光束对准

3、、位移和振动测量、坐标检测等。二维PSD器件二维PSD 器件在X、Y 两个方向上的感光层是独立的, 分别感受X、Y 方向光点位置的变化.X 方向放大电路图应用系统框图驱动电路分类机构计算机细化二值化处理传送带CCD透镜1分类箱23邮政编码识别系统邮政编码识别系统 光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电接收元件合并使用, 以光作为媒介传递信号的光电器件。根据其结构和用途不同，又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。从原理上讲，光电开关及光电耦合器没有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏接收元件组成，只是光电耦合器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电

4、开关的检测距离可达几米至几十米。 当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，光敏三极管CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。光电耦合器内部结构图发光二极管的发光二极管的V-I特性特性光敏三极管的伏安特性光敏三极管的伏安特性工作电压 Ei光电耦合器有以下几个特性，可在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种干扰： （1）光电耦合器的输入阻抗很

5、小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105106。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但送到光电耦合器输入端的电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。 （2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了阻抗耦合的干扰信号的产生。 （3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。 （4）光电耦合器的响应速度

6、极快，其响应延迟时间只有10s左右，适于对响应速度要求很高的场合。微机应用电路中的光电隔离微机应用电路中的光电隔离: 功率驱动电路中的光电隔离功率驱动电路中的光电隔离: 对于线性类比电路通道，要求光电耦合器必须具有能够进行线性变换和传输的特性，或选择对管，采用互补电路以提高线性度,或可以选择线性光耦进行设计，如精密线性光耦TIL300，高速线性光耦6N135/6N136.微机控制系统中，大量应用的是开关量的控制，这些开关量一般经过微机的IO输出，而IO的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁执行器件，需加接驱动电路，为避免微机受到干扰，须采取隔离措施。如可控硅所在的主电路一般是交流强电回路，电压

7、较高，电流较大，不易与微机直接相连，可应用光耦合器将微机控制信号与可控硅触发电路进行隔离。 过零检测，指交流电压过零点被自动检测进而产生驱动信号，使电子开关在此时刻开始开通。220V交流电压经电阻R1限流后直接加到2个反向并联的光电耦合器GD1，GD2的输入端。在交流电源的正负半周，GD1和GD2分别导通，U0输出低电平，在交流电源正弦波过零的瞬间，GD1和GD2均不导通，U0输出高电平。该脉冲信号经反闸整形后作为单片机的中断请求信号和可控硅的过零同步信号。 过零检测电路中的光电隔离过零检测电路中的光电隔离: 光电开关主要由光发射器和光接收器组成。光发射器用于发射红外光或可见光。光接收器用于接

8、收发射器发射的光，并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。信号检测方法信号检测方法:光电开关的种类按照接收器接收光的方式不同，可分为对射式、反射式和漫射式三种。对射式光电开关: 光发射器与光接收器处于相对的位置工作的光电开关。对射式光电开关的工作原理反射式光电开关: 光发射器与光接收器处于同一侧位置，且光发射器与光接收器为一体化的结构，在其相对的位置上安置一个反光镜，光发射器发出的光经反光镜反射回来后由光接收器接收。 反射式光电开关的工作原理漫射式光电开关:利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故该种传感器称为漫射式光电接近开关。 漫射式光电开关的工作原理

9、糖果漏装检测糖果漏装检测料位控制料位控制箱体外形检测箱体外形检测发光原理发光原理 : 发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光. 光谱光谱红光外侧的不可见光（人眼看不见）。红外线的特点是能使被照射的物体发红光外侧的不可见光（人眼看不见）。红外线的特点是能使被照射的物体发热，具有热效应。温度越高，发射出的红外线也就越

10、多。热，具有热效应。温度越高，发射出的红外线也就越多。 常用的红外发光二极管（如HG410, TLN107, SE303PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m ）。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率（1mW10mW）、中功率(20mW50mW)和大功率(50mW100mW以上)三大类. 红外发光二极管的光谱特性光电控制系统一般由发光部分、接收部分和信号处理部分组成。实验中采用振荡电路产生的方波信号对红外发光管进行调制，使之输出光脉冲信号，然后由光电三极管接收，放大还原为电信号。方波脉冲发生器使用555时基集

11、成电路；光电接收电路采用光电三极管(3DU11型)组成的放大电路。时基集成块NE555输出震荡频率由外接电阻R1、R2及电容C1决定。 3端为输出端，R3是限流电阻，避免由于电流过大而烧坏红外发光管，其输出信号为方波，占空比为 1211.43()fRR C112RRR发光电路148237651 R1 2.2K R2 51K C1 0.2F C2 0.01FR3 39 DVCC(+5V) HG413 红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。 接收电路由光电三极管、放大驱动电路和负载组成。由于外接负载的不同，所采用的放大电路的形式也很多。 如果负载电流较小，可采用晶体管作