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1、哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章 光电式传感器光电式传感器第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器原理原理 首先把首先把被测量的变化被测量的变化转换成转换成光信号的变化光信号的变化，然后通过光电器件变换成然后通过光电器件变换成电信号电信号。辐射源辐射源光学通路光学通路光电器件光电器件输出输出被测量被测量特性特性 频谱宽、非接触测量、体积小、
2、重量轻等哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能7-1 7-1 光源光源第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器热辐射光源热辐射光源气体放电光源气体放电光源电致发光器件电致发光器件激光器激光器 光源是光电式传感器的一个组成部分，大多光源是光电式传感器的一个组成部分，大多数光电传感器都离不开光源。数光电传感器都离不开光源。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习
3、近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器一、热辐射光源一、热辐射光源原理：热物体都会向空间发出一定的光辐射原理：热物体都会向空间发出一定的光辐射特点：物体温度越高，辐射能量越大特点：物体温度越高，辐射能量越大代表：白炽灯、卤钨灯代表：白炽灯、卤钨灯哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特
4、色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器二、气体放电光源二、气体放电光源原理：原理：电流通过气体会产生发光现象电流通过气体会产生发光现象特点：特点：改变气体成分、压力、阴极材料和放电电流改变气体成分、压力、阴极材料和放电电流的大小，可以得到不同光谱范围的辐射源体的大小，可以得到不同光谱范围的辐射源体代表：代表：日光灯日光灯哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国
5、特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器三、电致发光器件三、电致发光器件原理：原理：固体发光材料在电场激发下产生的发光现象固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光称为电致发光特点：特点：体积小、寿命长、工作电压低、响应速度快体积小、寿命长、工作电压低、响应速度快代表：代表：发光二极管发光二极管哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和
6、党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器四、激光器四、激光器(Light amplification by stimulated emission of radiation)定义：定义：能够产生能够产生光受激辐射放大光受激辐射放大现象的器件现象的器件特点：特点：高单色性高单色性、高方向性好、高亮度、高相干性、高方向性好、高亮度、高相干性分类：分类：固体激光器、气体激光器、半导体激光器、固体激光器、气体激光器、半导体激光器、液体激光器液体激光器哈尔滨
7、工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器7-2 7-2 光电效应与光电器件光电效应与光电器件一、光电效应一、光电效应 光电传感器的工作原理基于光电效应光电传感器的工作原理基于光电效应 光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒子子光子所组成，每一个光子能量为：光子所组成，每一个光子能量为：h
8、普朗克常数，普朗克常数，6.62610-34J.s；f 光的频率（光的频率（s-1）。）。光电效应：光电效应：当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，物体中的电子吸收入射光子的能量，而发生相光子的轰击，物体中的电子吸收入射光子的能量，而发生相应的效应（如发射电子、电导率变化或产生电动势）。应的效应（如发射电子、电导率变化或产生电动势）。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育
9、人功能充分发挥中小学图书室育人功能光电效应按原理又分为以下光电效应按原理又分为以下3 3种：种：1 1、外光电效应：、外光电效应：在光照作用下，物体内电子逸出在光照作用下，物体内电子逸出物体表面，形成光电流。物体表面，形成光电流。光子能量被电子吸收后，能量转化为电子逸出功光子能量被电子吸收后，能量转化为电子逸出功A A0 0和和动能，即：动能，即：不同材料有不同的逸出功，对某种材料而言有一个频不同材料有不同的逸出功，对某种材料而言有一个频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发电子，能激发电子，此频率限成为此频率限成为“
10、红限红限”，其临界波长，其临界波长K K为：为：m m电子质量；电子质量；v v0 0电子逸出速度；电子逸出速度；A A0 0物体的表面电子逸出功。物体的表面电子逸出功。c c 光在真空中的速度。光在真空中的速度。逸出物体表面电子具有的动能逸出物体表面电子具有的动能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器外光电效应典型元件有外光电效应典型元件有光电管、光电倍增管等。光电管、光电倍增管等。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教
11、育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2 2、内光电效应：内光电效应：又称光导电效应，又称光导电效应，在光照作用下，在光照作用下，物体导电性能（如电阻率发生变化）发生改变的现物体导电性能（如电阻率发生变化）发生改变的现象。典型的光电元件有象。典型的光电元件有光敏电阻，光敏二极管等。光敏电阻，光敏二极管等。第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材
12、料，且光辐射能量又足够强导体材料，且光辐射能量又足够强导体材料，且光辐射能量又足够强导体材料，且光辐射能量又足够强,光电材料价带上光电材料价带上光电材料价带上光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。自由电子所占能带自由电子所占能带价电子所占能带价电子所占能带禁带禁带导带导带价带价带 电子能量电子能量Eh Eg哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义
13、思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3 3、光生伏特效应：光生伏特效应：在光线作用下，能使物体产生在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象。典型光电元件有一定方向的电动势的现象。典型光电元件有光电池光电池等。等。第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发
14、挥中小学图书室育人功能二、光电器件二、光电器件 第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器1、外光电效应应用器件、外光电效应应用器件光电管光电管光电管光电管金属底层光电管金属底层光电管 光透明光电管光透明光电管A阳极，阳极，K阴极阴极 当阴极受到适当波长的光线照射时发射电子，中央带正当阴极受到适当波长的光线照射时发射电子，中央带正电的阳极吸引从阴极上逸出的电子，这样在光电管内就有电电的阳极吸引从阴极上逸出的电子，这样在光电管内就有电子流，在外电路中便产生电流。子流，在外电路中便产生电流。光信号光信号电信号电信号哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中
15、国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能光电管的主要性能光电管的主要性能（1 1 1 1）光电管光电管的的的的伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性入射光的频谱及光通量一定时，对光电器件的阳极所入射光的频谱及光通量一定时，对光电器件的阳极所入射光的频谱及光通量一定时，对光电器件的阳极所入射光的频谱及光通量一定时，对光电器件的阳极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的加电压与阳极所产生的电流之间的
16、关系称为光电管的加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。伏安特性。伏安特性。伏安特性。150100502020lm40lm60lm80lm100lm120lm4681012阳极电压阳极电压/V/VI IA A/A/A第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能（2 2 2 2）光电管的）光电管的）光电管的）光
17、电管的光电特性光电特性光电特性光电特性当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一定时，光通当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一定时，光通当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一定时，光通当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一定时，光通量与光电流之间的关系。量与光电流之间的关系。量与光电流之间的关系。量与光电流之间的关系。光照特性曲线的斜率称光照特性曲线的斜率称为光电管的灵敏度。为光电管的灵敏度。2525505075751001002 20 00.50.51.51.5 2.02.0/1m/1mI IA A/A/A1.01.02.52.51 11-氧铯阴极氧铯阴极2-锑铯阴极锑铯阴极第七章第七章第七章第七章
18、光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能(3)(3)光电管的光电管的光谱特性光谱特性 一般光电阴极材料不同的光电管有不同的红限频率，一般光电阴极材料不同的光电管有不同的红限频率，因此它们可用于不同的光谱范围。因此它们可用于不同的光谱范围。另外，同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同。另外，同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同。以以GD-4型光电
19、管为例，阴极是用锑铯材料制成，其红型光电管为例，阴极是用锑铯材料制成，其红限限c=700nm，对可见光范围的入射光灵敏度比较高。，对可见光范围的入射光灵敏度比较高。适用于白光光源，被应用于各种光电式自动检测仪表适用于白光光源，被应用于各种光电式自动检测仪表中。中。第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章
20、第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电倍增管光电倍增管 倍增极上的涂料在电子轰击下能发射倍增极上的涂料在电子轰击下能发射更多电子；更多电子；倍增极之间有依次增大的加速电压。倍增极之间有依次增大的加速电压。二次发射系数二次发射系数 由光电阴极、若干倍增极和阳极三由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成部分组成。AK哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七
21、章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 倍增系数倍增系数M等于各倍增电极的二次发射系数等于各倍增电极的二次发射系数i 的乘积。如果的乘积。如果n个倍增电极的个倍增电极的i 都一样（都一样（），则），则所以所以式中，式中，i为光电阴极的光电流为光电阴极的光电流 光电倍增管的主要性能光电倍增管的主要性能哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电
22、式传感器光电式传感器光电式传感器几种光电倍增管的外形几种光电倍增管的外形 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器2、内光电效应应用器件：、内光电效应应用器件：结构结构暗电阻暗电阻 暗电流暗电流 亮电阻亮电阻 亮电流亮电流 光电流光电流 光敏电阻光敏电阻用半导体材料制成用半导体材料制成一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越
23、一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻亮电阻值在几千欧以下。值在几千欧以下。多数是非线性的。不宜做线性测量元件，一般用做开关式的光多数是非线性的。不宜做线性测量元件，一般用做开关式的光电转换器。电转换器。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七
24、章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光敏二极管光敏二极管RL PN光敏二极管在电路中一般是处于反向工光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。作状态。光敏二极管的光照特性是线性的，适光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测等方面的应用。合检测等方面的应用。当光照
25、射时，光敏二极管处于导通状态。当光照射时，光敏二极管处于导通状态。当光不照射时，光敏二极管处于截止状当光不照射时，光敏二极管处于截止状态。态。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光敏三极管光敏三极管集电结一边做得很大，以扩大光的集电结一边做得很大，以扩大光的照射面积，且基极一般不接引线。照射面积，且基极一般不接引线。
26、cbeRL集电极电流是光电流的集电极电流是光电流的1+倍。倍。暗电流：暗电流：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能光电池的结构图光电池的结构图下电极下电极梳状电极梳状电极SiO2抗反射膜抗反射膜P P P PN N N N硅光电池的结构如图。它是在一硅光电池的结构如图。它是在一块块N型硅片上用扩散的办法掺入型硅片上用扩散的办法掺入一些一些P型杂质（如硼）形成型杂质（如硼）形成PN结。结。3
27、、光生伏特效应应用器件：、光生伏特效应应用器件：第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器当光照到当光照到PN结区时，如果光子能结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电量足够大，将在结区附近激发出电子子-空穴对，空穴对，在在N区聚积负电荷，区聚积负电荷，P区聚积正电荷，区聚积正电荷，这样这样N区和区和P区之区之间出现电位差。间出现电位差。若将若将PN结两端用导线连起来，电路结两端用导线连起来，电路中就有电流流过。若将外电路断开，中就有电流流过。若将外电路断开，就可测出就可测出光生电动势。光生电动势。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特
28、色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器太阳能电池片太阳能电池片哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能70年代发展起来，发展自年代发展起来，发展自MOS器件器件 MOS光敏
29、单元阵列光敏单元阵列 读出移位寄存器读出移位寄存器 用途：广泛用于图像识别、传输；典型应用途：广泛用于图像识别、传输；典型应 用：摄像机固态图像拾取。用：摄像机固态图像拾取。图像传感器第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器4、电荷耦合器件、电荷耦合器件（Charge-Coupled Device，简称，简称CCD）哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七
30、章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器1）MOS光敏单元光敏单元V1=5VV2=10VV3=15VV1=5VP型或型或N型衬底型衬底SiO2电极电极结构图结构图哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器1）MOS光敏单元光敏单元 施加正电压于电极上施加正电压于电极上P型区形型区形成势阱成势阱
31、产生电子和空穴产生电子和空穴势阱俘获电子（与光强成正比）势阱俘获电子（与光强成正比）形成形成MOS光敏元（象素）光敏元（象素）光光哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器2）CCD时钟电压与电荷传输关系时钟电压与电荷传输关系 1 3 2遮光层遮光层氧氧化化物物P型硅型硅金属金属读出移位寄存器读出移位寄存器 1 2 3tt
32、1t2t3t4读出移位寄存器是电荷图像输出电路读出移位寄存器是电荷图像输出电路哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图
33、书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器CCD信号读出电路：信号读出电路：复位管复位管电荷积分器电荷积分器源跟随器源跟随器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能上文回顾上文回顾 磁电式传感器磁电式传感器磁栅传感器磁栅传感器组成组成原理原理光电传感器光电传感器光源光源光电效应及光电器件光电效应及光电器件外光电效应、内光电
34、效应、光电伏特效应外光电效应、内光电效应、光电伏特效应热辐射、气体放电、电致发光、激光热辐射、气体放电、电致发光、激光光电管光电管倍增管倍增管光敏电阻光敏电阻光敏二、三极管光敏二、三极管光电池光电池CCDCCD哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器3）线阵与面阵）线阵与面阵CCD单通道线阵单通道线阵转移栅转移栅光积分单
35、元光积分单元不透光不透光输出移位寄存器移位寄存器感光区：感光区：感光区：感光区：一列光敏单元组成；一列光敏单元组成；传输区：传输区：传输区：传输区：由转移栅及一系列移位寄存器组成。由转移栅及一系列移位寄存器组成。原理：原理：原理：原理：光照产生的信号电荷存贮于感光区的光敏单元中，光照产生的信号电荷存贮于感光区的光敏单元中，接通转移栅后，信号电荷流入传输区。传输区是遮光的，以接通转移栅后，信号电荷流入传输区。传输区是遮光的，以防因光生噪声电荷干扰导致图像模糊。防因光生噪声电荷干扰导致图像模糊。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新
36、时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能光积分区光积分区输出输出转移栅转移栅双通道线阵双通道线阵第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器A寄存器寄存器B寄存器寄存器原理：原理：原理：原理：有两个移位寄存器平行地配置在感光区的两侧。当光生有两个移位寄存器平行地配置在感光区的两侧。当光生信号电荷积累后，时钟脉冲接通转移栅，信号电荷转移到移位寄信号电荷积累后，时钟脉冲接通转移栅，信号电荷转移到移位寄存器，奇数光敏单元的电荷转移到存器，奇数光敏单元的电荷转移到A寄存器，
37、偶数光敏单元的电寄存器，偶数光敏单元的电荷转移到荷转移到B寄存器。双通道线阵总的转移效率比单通道高。寄存器。双通道线阵总的转移效率比单通道高。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能光照光照光照光照输出输出面阵：光敏元排列成矩阵面阵：光敏元排列成矩阵第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光敏元面阵、光敏元面阵、存储器面阵、存储器面阵、读出移位寄存读出移位寄存
38、器线阵。器线阵。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七
39、章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器5、位置位置 敏感器件敏感器件（Position Sensitive Detector-PSD）分类：一维、二维。分类：一维、二维。PNI123I1I2I0LLXA入射光入射光原理见教材原理见教材P137横向光电效应横向光电效应哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器P
40、SD用作距离传感器：用作距离传感器：问题：问题：1、所能测量的最大距、所能测量的最大距离与最小距离？离与最小距离？2、遮光、遮光典型应用：典型应用：红外红外LEDPSD透镜透镜透镜透镜哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器优点：高灵敏度、高分辨力、响应速度快、配置电路简单等应用范围：位置精确测量、兵器制导和跟踪、工业自
41、动控制等哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器棱镜系统或光栅棱镜系统或光栅光源光源光源光源汇聚光组汇聚光组CCD面阵面阵步进系统步进系统XY驱动控制系统驱动控制系统信号采集系统信号采集系统信号处理系统信号处理系统计算机计算机系统系统测量系统测量系统信号采集处理系统信号采集处理系统例例1 仿形加工中的测量技术仿形加工中的
42、测量技术哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能驱动电路驱动电路分类机构分类机构计算机计算机细化二值化细化二值化处理处理传送带传送带CCD透镜透镜1分类箱分类箱23例例2：邮政编码识别系统邮政编码识别系统第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社
43、会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能RFID Tag汽车车牌汽车车牌RFID ReaderCCD後端資料庫後端資料庫後端電腦後端電腦触发触发存取資料存取資料收发信号收发信号拍照拍照通过通过API传送传送传回信号传回信号第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器例例3：汽车信息无线传送系统汽车信息无线传送系统哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻
44、全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能一、概述一、概述 增量式增量式(脉冲式脉冲式)：需要一个计数系统，旋转的码盘需要一个计数系统，旋转的码盘通过敏感元件给出一系列脉冲，它在计数器中对通过敏感元件给出一系列脉冲，它在计数器中对某个基数进行加或减，从而记录了旋转的位移量。某个基数进行加或减，从而记录了旋转的位移量。绝对式：绝对式：它可以在任意位置给出一个固定的与位置它可以在任意位置给出一个固定的与位置相对应的数字码输出。相对应的数字码输出。7-3 7-3 光电码盘光电码盘第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器哈尔滨工业大学哈
45、尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 光学码盘式传感器是用光电方法把被测角位移光学码盘式传感器是用光电方法把被测角位移转换成以数字代码式表示的电信号的转换部件。转换成以数字代码式表示的电信号的转换部件。下图是工作原理示意图。下图是工作原理示意图。1-光源；光源；2-柱面镜；柱面镜；3-码盘；码盘；4-狭缝；狭缝；5-元件。元件。二、
46、工作原理二、工作原理 由光源1发出的光线经柱面镜2变成平行光或会聚光，照射到码盘3上。码盘由光学玻璃制成，上面刻有许多同心码道，每个码道上都有按照一定规律排列的若干透光和不透光部分，即亮区和暗区。通过亮区的光线镜狭缝4后，形成一束很窄的光束照射到光电元件5上。光电元件的排列与码道一一对应。当有光照射时，光电元件的各种信号组合，反映出按一定规律编码的数字量，代表了码盘转角的大小。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分
47、发挥中小学图书室育人功能1 1、增量式编码器结构及原理、增量式编码器结构及原理、增量式编码器结构及原理、增量式编码器结构及原理第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器零位零位标识标识方向方向辨别辨别哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2 2、绝对式编码器原理、绝对式编码器原理、绝对式编码器原理、绝对式编码器原理第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传
48、感器光电式传感器光电式传感器pp 绝对式光电编码器是把被测转角通过读取码盘上绝对式光电编码器是把被测转角通过读取码盘上绝对式光电编码器是把被测转角通过读取码盘上绝对式光电编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。pp 绝对式光电编码器是在透明材料的圆盘上精确地绝对式光电编码器是在透明材料的圆盘上精确地绝对式光电编码器是在透明材料的圆盘上精确地绝对式光电编码器是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。印制上二进制编码。印制上二进制编码。印制上二进
49、制编码。p绝对式编码器绝对式编码器不需要基准数据，更不需要计数系不需要基准数据，更不需要计数系统。它在任意位置都可给出与位置相对应的固定数统。它在任意位置都可给出与位置相对应的固定数字码输出字码输出哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能 1、下图所示是一个、下图所示是一个6位的二进制码盘。位的二进制码盘。三、码盘和码制三、码盘和码制第七章第七章第七章第七章 光电式传感器光电式传感器光电式传感
50、器光电式传感器黑色不透光区和白色透光黑色不透光区和白色透光黑色不透光区和白色透光黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的区分别代表二进制的区分别代表二进制的区分别代表二进制的“0”0”和和和和“1”1”。在一个六。在一个六。在一个六。在一个六位光电码盘上，有六圈数位光电码盘上，有六圈数位光电码盘上，有六圈数位光电码盘上，有六圈数字码道，每一个码道表示字码道，每一个码道表示字码道，每一个码道表示字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高二进制的一位，里侧是高二进制的一位，里侧是高二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在位，外侧是低位，在位，外侧是低位，在位，外侧是低位，在360360范围内可编