《光电检测-王威立》PPT课件

1、2021/4/21第第8章章 光电检测光电检测 n光电效应及光电器件光电效应及光电器件n光电耦合器件光电耦合器件n电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD） 本章主要介绍光电效应及光电器件、光电耦合本章主要介绍光电效应及光电器件、光电耦合器件及电荷耦合器件器件及电荷耦合器件(CCD)。 2021/4/228.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件 n光电器件（光电元件）光电器件（光电元件）是一种能将光量转换为是一种能将光量转换为电量的器件。电量的器件。光电传感器光电传感器就是以光电器件为检就是以光电器件为检测元件的传感器。它先将非电量转换成光量，测元件的传感器。它先将非电量转换成光量，再通过光电器

2、件将光量转换成电量。光电传感再通过光电器件将光量转换成电量。光电传感器种类很多。器种类很多。n8.1.1 外光电效应及器件外光电效应及器件 在光的作用下使电子逸出物体表面的现象称为在光的作用下使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应外光电效应。光电管光电管、光电倍增管光电倍增管等。等。2021/4/238.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件一、光电管及其特性一、光电管及其特性 真空光电管的结构与原理如图示。真空光电管的结构与原理如图示。2021/4/248.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n光电管的光电管的主要特性主要特性：n1. 伏安特性伏安特性 入射光一定时，入射光一定时，阳极

3、电流与阳极电压阳极电流与阳极电压之间的关之间的关系。系。2021/4/258.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n2. 光电特性光电特性 阳极与阴极之间电压一定时，光通量与光电流之阳极与阴极之间电压一定时，光通量与光电流之间的关系。间的关系。 n3. 光谱特光谱特性性 光电管对光谱的选择性。光电管对光谱的选择性。 （可见光波长（可见光波长0.380.76m）人视觉人视觉氧铯光电管氧铯光电管红色滤光镜红色滤光镜1002021/4/268.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n二、光电倍增管二、光电倍增管 结构与原理：结构与原理：2021/4/278.1 光电效应及光电器件光电效应及光电

4、器件n8.1.2 内光电效应及器件内光电效应及器件 在光线作用下使物体的电阻率发生改变的现象在光线作用下使物体的电阻率发生改变的现象称为称为内内光电效应光电效应。光敏电阻光敏电阻、光导管光导管等。等。 n一、光敏电阻的结构与原理一、光敏电阻的结构与原理 光敏电阻的光敏电阻的 原理结构如图示原理结构如图示 2021/4/288.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件 4、5、7、9、11、12、20、25金属壳光敏电阻金属壳光敏电阻贴片光敏电阻贴片光敏电阻2021/4/298.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n二、光敏电阻的主要参数二、光敏电阻的主要参数 暗电阻和暗电流暗电阻和暗电流

5、亮电亮电阻和亮电流阻和亮电流 光电流光电流n三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性n1. 伏安特性伏安特性 两端电压和电流的关系曲两端电压和电流的关系曲线。线。2021/4/2108.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n2. 光照特性光照特性 光电流和光强的关系光电流和光强的关系曲线。曲线。 非线性较重，一般不非线性较重，一般不用作测量元件用作测量元件! ! 2021/4/2118.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n3. 光谱特性光谱特性 对不同波长的对不同波长的入射光，相对灵入射光，相对灵敏度不同。如图敏度不同。如图示。示。 nm（可见光波长（可见光波长380760nm）

6、2021/4/2128.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n8.1.3阻挡层阻挡层光电效应及器件光电效应及器件 在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象称在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象称为为光生伏特效应光生伏特效应（阻挡层光电效应阻挡层光电效应）。光电池光电池、光敏光敏晶体管晶体管等。等。n一、光电池及其特性一、光电池及其特性n 1. 结构与原理结构与原理2021/4/2138.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件 ( (有内置放大电路有内置放大电路) ) 硅光电池硅光电池: : 硅光电池阵列硅光电池阵列: : 2021/4/2148.1 光电效应及光电器件光电效应

7、及光电器件n2. 光电池的基本特性光电池的基本特性 (1)光谱特性光谱特性 图示为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线，即图示为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线，即相对灵敏度相对灵敏度Kr和入射光波长和入射光波长之间的关系曲线。之间的关系曲线。 （可见光波长（可见光波长0.380.76m）2021/4/2158.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件(2)光照特性光照特性图示为硅光电图示为硅光电池的光照特性池的光照特性曲线。曲线。 短路电流线性短路电流线性较好。较好。用作测用作测量元件时，应量元件时，应利用短路电流，利用短路电流，即作电流源用。即作电流源用。 2021/4/2168.1 光电效应

8、及光电器件光电效应及光电器件 白光（可见光）白光（可见光）光敏管光敏管光敏管光敏管光敏管光敏管二、光敏晶体管二、光敏晶体管2021/4/2178.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件n二、光敏晶体管及其特性二、光敏晶体管及其特性n 1. 光敏晶体管的结构与原理光敏晶体管的结构与原理 光敏二极管光敏二极管的符号及接线法如图示。的符号及接线法如图示。2021/4/2188.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件光敏晶体管光敏晶体管的符号及接线法如图示。的符号及接线法如图示。光敏晶体管比光敏二极管具有光敏晶体管比光敏二极管具有更高的灵敏度更高的灵敏度。2021/4/2198.1 光电效应及光电

9、器件光电效应及光电器件n2. 光敏晶体管的基本特性光敏晶体管的基本特性 (1)光谱特性光谱特性 (2)伏安特性伏安特性（可见光波长（可见光波长0.380.76m）2021/4/2208.1 光电效应及光电器件光电效应及光电器件 (3)光照特性光照特性 2021/4/2218.1 光电效应及光电器件的应用光电效应及光电器件的应用n8.1.4 光电式转速计光电式转速计光电式转速计是光电式转速计是光电管光电管或或光敏晶体管光敏晶体管的应用实例之一。的应用实例之一。由由光电管光电管构成的转速计分构成的转速计分反射型反射型和和直射型直射型两种。两种。 2021/4/222光照度计：光照度计：n可测量农作

10、物可测量农作物日照时间日照时间。n无光照无光照V0=VL ；有光照；有光照V0=VH。输出接单片机的。输出接单片机的I/O口，每口，每2分钟对此口查分钟对此口查询询1次，为高电平则计数次，为高电平则计数一次，为低电平则不计数。一次，为低电平则不计数。1天查询天查询720次。次。wR9013CRGRA0V(h)24720Nt VCC2021/4/223BG2BG1+12VCJ R1 R2光电开关电路光电开关电路: :2021/4/224自动干手器：自动干手器： JMJ12V2A901251KL39470uf4001 手放入，断光路，基极正偏，手放入，断光路，基极正偏，导通，继电器吸合，风机和导通

11、，继电器吸合，风机和电热丝通电，热风吹出；手电热丝通电，热风吹出；手抽出，通光路，基射极反偏，抽出，通光路，基射极反偏，截止，继电器释放，风机和截止，继电器释放，风机和电热丝断电。电热丝断电。简易直流电源！简易直流电源！2021/4/2258.2 光电耦合器件光电耦合器件 光电耦合器件（光耦）光电耦合器件（光耦）是以光为媒介传输电信是以光为媒介传输电信号的一种电号的一种电- -光光- -电转换器件。它由发光源和受电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在不光器两部分组成。把发光源和受光器组装在不透光密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。透光密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体

12、隔离。n8.2.1 光电耦合器件的结构和原理光电耦合器件的结构和原理 金属密封型和塑料密封型金属密封型和塑料密封型2021/4/2268.2 光电耦合器件光电耦合器件n8.2.2 光电耦合器件的组合形式光电耦合器件的组合形式2021/4/227 8.2 光电耦合器件光电耦合器件2021/4/2288.2 光电耦合器件光电耦合器件n8.2.3 光电耦合器件的特性曲线光电耦合器件的特性曲线 光电耦合器的输光电耦合器的输入量是直流电流入量是直流电流 I ，而输出量也是直流电而输出量也是直流电流流 I。 光电耦合器光电耦合器的线的线性较差，必要时可采性较差，必要时可采用反馈技术来校正。用反馈技术来校正

13、。2021/4/229普通光耦用于数字信号隔离普通光耦用于数字信号隔离 光耦种类很多。多数隔离电压在光耦种类很多。多数隔离电压在2.5KV以以上，有的达上，有的达8KV。有高压大电流大功率的，。有高压大电流大功率的，也有高速高频（频率达也有高速高频（频率达10MHz）的。）的。 普通光耦非线性重、简单、便宜，适合数普通光耦非线性重、简单、便宜，适合数字信号的隔离。字信号的隔离。线性光耦线性光耦线性好、复杂、价线性好、复杂、价高，主要用于模拟信号的隔离。高，主要用于模拟信号的隔离。2021/4/2308.3 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD） nCCD的功能是把光学信号转换成视频信号。的功能是

14、把光学信号转换成视频信号。n8.3.1 CCD的基本工作原理的基本工作原理 主要是信号电荷的产生、存储、传输和检测。主要是信号电荷的产生、存储、传输和检测。 CCD 有两种基本类型，一是电荷包存储在半导体有两种基本类型，一是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为与绝缘体之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为表面沟道表面沟道 CCD(SCCD) ；二是电荷包存储在离半导；二是电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体内沿一定方向传体表面一定深度的体内，并在半导体内沿一定方向传输，这类器件称为体沟道或埋沟道器件输，这类器件称为体沟道或埋沟道器件(BCCD) 。20

15、21/4/2318.3 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD） 1、CCD光敏元件工作原理光敏元件工作原理2021/4/2328.3 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD） 2、电荷转移原理、电荷转移原理 转移脉冲电压转移脉冲电压2021/4/2338.3 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）电荷转移过程电荷转移过程2021/4/2348.3 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）n8.3.2 CCD器件器件 1、CCD线阵摄像器件工作原理线阵摄像器件工作原理2021/4/2352021/4/2368.3 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD） 2、面阵、面阵ICCD2021/4/2378.4 图像传感器及其应用图像传感器及其应用n用单个传感器