第4章 光电式传感器-2

1、1主讲教师主讲教师: : 陈银银陈银银158248077831582480778321 1：直射式光电转速传感器：直射式光电转速传感器通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得被测转速通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得被测转速 n=f/Nn=f/Nnn转速；转速； ff脉冲频率；脉冲频率； NN圆盘孔数。圆盘孔数。32 2：感烟传感器：感烟传感器( (火灾报警器的一部分火灾报警器的一部分) ) 由红外发光二极管及光电由红外发光二极管及光电三极管组成，但二者不在同一平面上三极管组成，但二者不在同一平面上( (有一定角度有一定角度) )。在无烟状态。在无烟状态时，光电三极管接收不到红外线；时，光电三极管接

2、收不到红外线；当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾粒子进入感烟传感器时，由当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾粒子进入感烟传感器时，由于红外线受烟雾粒的折射作用，光电三极管接收到红外线，给出于红外线受烟雾粒的折射作用，光电三极管接收到红外线，给出烟雾报警信号。烟雾报警信号。4 3 3、防盗报警电路、防盗报警电路54 4：太阳能电池电源系统：太阳能电池电源系统 阻塞二极管蓄电池组由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制器和阻塞二极管组成。由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制器和阻塞二极管组成。调节控制器：充放电自动控制调节控制器：充放电自动控制阻塞二极管：避免蓄电池对太阳电池放电阻塞二极管：避免蓄电池对太阳电池

3、放电65 5：条形码扫描笔：条形码扫描笔扫描笔光敏三极管发光二极管条形码卡片条形码扫描方向光电扫描笔脉冲列OUTU76 6：吸收式烟尘浊度检测仪：吸收式烟尘浊度检测仪烟筒87 7、光电液位检测、光电液位检测98 8、自动照明灯、自动照明灯10119 9、路障灯、航标指示灯电路、路障灯、航标指示灯电路12 光固态图象传感器由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而光固态图象传感器由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而成。它的核心是电荷转移器件成。它的核心是电荷转移器件CTDCTD（Charge Transfer Charge Transfer Device)Device)，最常用的是电荷耦合器件，最常用的是

4、电荷耦合器件CCD(Charge Coupled CCD(Charge Coupled Device)Device)。 CCDCCD具有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序具有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能，以及集成度高、功耗低的优点。传送等功能，以及集成度高、功耗低的优点。1314基于CCD光电耦器件的输入设备：数字摄像机、数字相机、平板扫描仪、指纹机15CCD光信息电脉冲脉冲只反映一个光敏元的受光情况脉冲幅度的高低反映该光敏元受光照的强弱输出脉冲的顺序可以反映一个光敏元的位置完成图像传感16特点：以电荷作为信号基本功能：电荷的存贮和转移CCD基本工作原理信号电荷的产

5、生信号电荷的产生信号电荷的存贮信号电荷的存贮信号电荷的传输信号电荷的传输信号电荷的检测信号电荷的检测17 CCD 的工作过程的工作过程1. 有一个光电转换装置把入射到每一个感光有一个光电转换装置把入射到每一个感光像素上的光子转化为相应数量的电荷。像素上的光子转化为相应数量的电荷。182. 这些电荷可以被储存起来。这些电荷可以被储存起来。193. 电荷可以被有秩序地转移出感光区域。电荷可以被有秩序地转移出感光区域。2021基本结构 CCD 是由规则排列的金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）电容阵列组成。 MetalOxideSemiconductor 以

6、P型（或N型）半导体为衬底，上面覆盖一层SiO2，再在SiO2表面依次沉积一层金属电极而构成MOS电容转移器件。这样一个MOS结构称为一个光敏元或一个像素。22CCD结构示意图 显微镜下的MOS元表面电荷耦合器件是在半导体硅片上制作成百上千（万）个光敏元，一个光敏元又称一个像素，在半导体硅平面上光敏元按线阵或面阵有规则地排列。232651801339066453322分辨率（MOS元多少）不同的图象比较2425当在金属电极上施加一个正电压当在金属电极上施加一个正电压V VGG时，时，P P型硅中的多数载流型硅中的多数载流子（空穴）受到排斥，少数载流子（电子）吸引到子（空穴）受到排斥，少数载流子

7、（电子）吸引到P-SiP-Si界面界面处来，从而在界面附近形成一个带负电荷的耗尽区，处来，从而在界面附近形成一个带负电荷的耗尽区， 也称表也称表面势阱。对带负电的电子来说，面势阱。对带负电的电子来说， 耗尽区是个势能很低的区域。耗尽区是个势能很低的区域。26 在一定的条件下，所加正电压在一定的条件下，所加正电压V VGG越大，耗尽层就越深，越大，耗尽层就越深，势阱所能容纳的少数载流子电荷的量就越大。势阱所能容纳的少数载流子电荷的量就越大。 如果有光照射在硅片上，如果有光照射在硅片上， 在光子作用下，半导体硅产在光子作用下，半导体硅产生了电子生了电子- -空穴对，光生电子被附近的势阱所吸收，而空

8、空穴对，光生电子被附近的势阱所吸收，而空穴被排斥出耗尽区。势阱内所吸收的光生电子数量与入穴被排斥出耗尽区。势阱内所吸收的光生电子数量与入射到该势阱附近的光强成正比。射到该势阱附近的光强成正比。271将将MOSMOS阵列加上输入、阵列加上输入、 输出结构就构成了输出结构就构成了CCDCCD器件。器件。28电荷转移的控制方法，非常类似于步进电极的步进控制方式。电荷转移的控制方法，非常类似于步进电极的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下图以三相控制方式为例说也有二相、三相等控制方式之分。下图以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。明控制电荷定向转移的过程。 P P1 1 P P1 1 P P2 2 P P2 2 P P3 3 P P3 3 P P1 1 P P1 1 P P2 2 P P2 2 P P3 3 P P3 3 P P1 1 P P1 1 P P2 2 P P2 2 P P3 3 P