《光电传感器》课件

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1、5.1 常 用 光 电 器 件5.2 光 栅 传 感 器5.3 固 态 图 像 传 感 器上 一 页 下 一 页返 回教 学 目 标 ： 了 解 和 掌 握 光 电 效 应 及 其 形 式 以 及相 应 的 光 电 器 件 工 作 原 理 。 掌 握 光 敏 电 阻 、 光电 池 、 光 敏 晶 体 管 （ 光 敏 二 极 管 、 光 敏 三 极 管） 的 结 构 特 点 及 相 应 的 基 本 特 性 和 参 数 。 定 义 ： 是 一 种 将 光 信 号 转 换 成 电 信 号 的 装 置 。 以 光 电 元 件 作 为 转 化 元 件 ， 可 以 将 被 测 的 非 电 量 通 过光 量

2、 的 变 化 再 转 化 成 电 量 的 传 感 器 。 光 电 式 传 感 器 一 般 由光 源 、 光 学 元 件 和 光 电 元 件 三 部 分 组 成 。物 理 基 础 ： 光 电 效 应优 点 ： 结 构 简 单 、 性 能 可 靠 、 精 度 高 、 反 映 快 。应 用 ： 现 代 测 量 和 自 动 控 制 系 统 ， 应 用 广 泛 ， 前 景 广 阔 。 上 一 页 下 一 页返 回 下 一 页返 回 定 义 ： 是 指 物 体 吸 收 了 光 能 后 转 换 为 该 物 体 中 某 些 电 子 的 能 量 ， 从 而 产 生的 电 效 应 。 光 电 传 感 器 的 工

3、作 原 理 基 于 光 电 效 应 。 光 电 效 应 分 为 外 光 电 效应 和 内 光 电 效 应 两 大 类 ：1） 外 光 电 效 应 在 光 线 的 作 用 下 ， 物 体 内 的 电 子 逸 出 物 体 表 面 向 外 发 射 的 现 象 称 为 外 光电 效 应 。 向 外 发 射 的 电 子 叫 做 光 电 子 。 基 于 外 光 电 效 应 的 光 电 器 件 有 光 电管 、 光 电 倍 增 管 等 。光 子 是 具 有 能 量 的 粒 子 ， 每 个 光 子 的 能 量 ： 为 普 朗 克 常 数sJhhfE 3410626.6 光 是 由 被 看 做 具 有 一 定

4、能 量 的 光 粒 子 组 成 ， 每 个 光 子 所具 有 的 能 量 E正 比 于 其 光 的 频 率 。 光 射 在 物 体 上 （ 半 导 体 材料 ） 可 以 看 成 是 一 串 有 能 量 的 光 粒 子 轰 击 在 物 体 上 ， 物 体 吸收 了 能 量 为 E的 光 后 产 生 了 电 效 应 。 根 据 爱 因 斯 坦 假 设 ， 一 个 电 子 只 能 接 受 一 个 光 子 的 能 量 ， 所以 要 使 一 个 电 子 从 物 体 表 面 逸 出 ， 必 须 使 光 子 的 能 量 大 于 该 物 体的 表 面 逸 出 功 ， 超 过 部 分 的 能 量 表 现 为 逸

5、 出 电 子 的 动 能 。 外 光 电效 应 多 发 生 于 金 属 和 金 属 氧 化 物 ， 从 光 开 始 照 射 至 金 属 释 放 电 子所 需 时 间 不 超 过 10-9s。根 据 能 量 守 恒 定 理 式 中 m 电 子 质 量 ； v 0电 子 逸 出 速 度 。 A0电 子 逸 出 表 面 的 功 （ 束 缚 电 子 的 能 量 ） 02021 Amh 该 方 程 称 为 爱 因 斯 坦 光 电 效 应 方 程 n光 电 子 能 否 产 生 ， 取 决 于 光 电 子 的 能 量 是 否 大 于 该 物 体 的 表 面电 子 逸 出 功 A0。 不 同 的 物 质 具

6、有 不 同 的 逸 出 功 ， 即 每 一 个 物 体 都有 一 个 对 应 的 光 频 阈 值 ， 称 为 红 限 频 率 或 波 长 限 。 光 线 频 率 低 于红 限 频 率 ， 光 子 能 量 不 足 以 使 物 体 内 的 电 子 逸 出 ， 因 而 小 于 红 限频 率 的 入 射 光 ， 光 强 再 大 也 不 会 产 生 光 电 子 发 射 ； 反 之 ， 入 射 光频 率 高 于 红 限 频 率 ， 即 使 光 线 微 弱 ， 也 会 有 光 电 子 射 出 。n当 入 射 光 的 频 谱 成 分 不 变 时 ， 产 生 的 光 电 流 与 光 强 成 正 比 。 即光 强

7、 愈 大 ， 意 味 着 入 射 光 子 数 目 越 多 ， 逸 出 的 电 子 数 也 就 越 多 。n光 电 子 逸 出 物 体 表 面 具 有 初 始 动 能 m v 02 /2 ， 因 此 外 光 电 效 应 器件 （ 如 光 电 管 ） 即 使 没 有 加 阳 极 电 压 ， 也 会 有 光 电 子 产 生 。 为 了使 光 电 流 为 零 ， 必 须 加 负 的 截 止 电 压 ， 而 且 截 止 电 压 与 入 射 光 的频 率 成 正 比 。区 分 光 强 和 光 能 量 ： 光 强 光 子 的 多 少 引 起 光 的 强 弱 光 能 量 E=hf 下 一 页返 回 2） 内

8、光 电 效 应 当 光 照 射 在 物 体 上 ， 使 物 体 的 电 阻 率 发 生 变 化 ，或 产 生 光 生 电 动 势 的 现 象 叫 做 内 光 电 效 应 ， 它 多 发 生于 半 导 体 内 。 根 据 工 作 原 理 的 不 同 ， 内 光 电 效 应 分 为光 电 导 效 应 和 光 生 伏 特 效 应 两 类 ： （ 1） 光 电 导 效 应 在 光 线 作 用 下 ， 电 子 吸 收 光 子 能 量 从 键 合 状 态 过渡 到 自 由 状 态 ， 而 引 起 材 料 电 导 率 的 变 化 ， 这 种 现 象被 称 为 光 电 导 效 应 。 基 于 这 种 效 应

9、的 光 电 器 件 有 光 敏电 阻 。 过 程 ： 当 光 照 射 到 半 导 体 材 料 上 时 ， 价 带 中 的 电 子 受 到能 量 大 于 或 等 于 禁 带 宽 度 的 光 子 轰 击 ， 并 使 其 由 价 带 越过 禁 带 跃 入 导 带 ， 如 图 ， 使 材 料 中 导 带 内 的 电 子 和 价 带内 的 空 穴 浓 度 增 加 ， 从 而 使 电 导 率 变 大 。导 带价 带禁 带 自 由 电 子 所 占 能 带不 存 在 电 子 所 占 能 带价 电 子 所 占 能 带Eg 材 料 的 光 导 性 能 决 定 于 禁 带 宽 度 ， 对 于 一 种 光 电导 材

10、料 ， 总 存 在 一 个 照 射 光 波 长 限 0， 只 有 波 长 小 于 0的 光 照 射 在 光 电 导 体 上 ， 才 能 产 生 电 子 能 级 间 的 跃 进 ，从 而 使 光 电 导 体 的 电 导 率 增 加 。式 中 、 分 别 为 入 射 光 的 频 率 和 波 长 。 Eg24.1 hch为 了 实 现 能 级 的 跃 迁 ， 入 射 光 的 能 量 必 须 大 于 光 电导 材 料 的 禁 带 宽 度 Eg， 即 （ 2） 光 生 伏 特 效 应 在 光 线 作 用 下 能 够 使 物 体 产 生 一 定 方 向 的 电 动 势 （ 电荷 堆 积 ） 的 现 象 叫

11、 做 光 生 伏 特 效 应 。 基 于 该 效 应 的 光 电 器 件 有 光 电 池 和 光 敏 二 极 管 、 三 极管 。 势 垒 效 应 （ 结 光 电 效 应 ） 。 接 触 的 半 导 体 和 PN结 中 ， 当 光 线 照 射 其 接 触 区 域 时 ，便 引 起 光 电 动 势 ， 这 就 是 结 光 电 效 应 。 以 PN结 为 例 ， 光线 照 射 PN结 时 ， 设 光 子 能 量 大 于 禁 带 宽 度 Eg， 使 价 带 中的 电 子 跃 迁 到 导 带 ， 而 产 生 电 子 空 穴 对 ， 在 阻 挡 层 内 电 场的 作 用 下 ， 被 光 激 发 的 电

12、子 移 向 N区 外 侧 ， 被 光 激 发 的 空穴 移 向 P区 外 侧 ， 从 而 使 P区 带 正 电 ， N区 带 负 电 ， 形 成 光电 动 势 。 侧 向 光 电 效 应 当 半 导 体 光 电 器 件 受 光 照 不 均 匀 时 ， 载 流 子 浓 度 梯度 将 会 产 生 侧 向 光 电 效 应 。 当 光 照 部 分 吸 收 入 射 光 子 的 能 量 产 生 电 子 空 穴 对 时 ，光 照 部 分 载 流 子 浓 度 比 未 受 光 照 部 分 的 载 流 子 浓 度 大 ，就 出 现 了 载 流 子 浓 度 梯 度 ， 因 而 载 流 子 就 要 扩 散 。 如 果

13、电 子 迁 移 率 比 空 穴 大 ， 那 么 空 穴 的 扩 散 不 明 显 ， 则 电 子向 未 被 光 照 部 分 扩 散 ， 就 造 成 光 照 射 的 部 分 带 正 电 ， 未被 光 照 射 部 分 带 负 电 ， 光 照 部 分 与 未 被 光 照 部 分 产 生 光电 动 势 。 基 于 该 效 应 的 光 电 器 件 如 半 导 体 光 电 位 置 敏 感器 件 （ PSD） 。 下 一 页返 回 1. 光 敏 电 阻 的 光 电 效 应2 光 敏 电 阻 种 类3 光 敏 电 阻 的 主 要 参 数4. 光 敏 电 阻 的 基 本 特 性 上 一 页 下 一 页返 回 光

14、敏 电 阻 特 性 ：当 无 光 照 时 ： 光 敏 电 阻 值 (暗 电 阻 )很 大 ， 电 路 中 电 流 很 小 当 有 光 照 时 ： 光 敏 电 阻 值 (亮 电 阻 )急 剧 减 少 ， 电 流 迅 速 增加 光 照 停 止 时 ： 恢 复 高 阻 状 态优 点 ：灵 敏 度 高 ， 光 谱 响 应 范 围 宽 ， 体 积 小 、 重 量 轻 、 机 械 强 度高 ， 耐 冲 击 、 耐 振 动 、 抗 过 载 能 力 强 和 寿 命 长 等 。不 足 ： 需 要 外 部 电 源 ， 有 电 流 时 会 发 热 。 上 一 页 下 一 页返 回 光 敏 电 阻 又 称 为 光 导

15、 管 ， 是 基 于 内 光 电 效 应 中 的 光 电导 效 应 （ 即 光 照 改 变 电 导 率 ） 。 上 一 页 下 一 页返 回 接 受 光 照 时 ： 其 共 价 键 中 的 价 电 子 吸 收 光 子 能 量 ， 由 价 带 穿 越 禁 带 到达 导 带 ， 成 为 光 生 自 由 电 子 ， 使 得 半 导 体 中 自 由 电 子 空 穴对 增 加 ， 导 电 率 提 高 ， 电 阻 值 下 降 。光 照 停 止 时 ： 失 去 光 子 能 量 的 光 生 自 由 电 子 又 重 新 迭 落 回 价 带 与 空 穴复 合 ， 自 由 电 子 空 穴 对 减 少 ， 导 电 率

16、 下 降 ， 电 阻 值 提 高 。Eg禁 带 宽 度 ， 价 电 子 吸 收 光 子 能 量 E Eg， 才 能 穿 越 禁带 成 为 自 由 电 子 。u 光 照 越 强 、 E越 大 ， 光 生 自 由 电 子 越 多 ， 电 阻 值 越 小 。u 光 照 停 止 或 光 强 减 小 使 E Eg时 ， 光 生 自 由 电 子 又 迭 回 价带 成 为 价 电 子 ， 使 电 阻 值 增 加 或 恢 复 高 阻 状 态 。 形 成 原 因 ： 上 一 页 下 一 页返 回 偏 压 U一 定 时 ， 检 流 计 指 示 电 流 I的 大 小决 定 于 光 敏 电 阻 上 的 光 照 强 度

17、 ：无 光 照 时 ： I很 小 ， 此 电 流 称 之 为 暗 电 流 ； 光 敏 电 阻 的 阻 值 很 高 ， 相 应 称 之 为 暗 电 阻 （ 兆 欧 级 ）有 光 照 时 ： I较 大 ， 此 电 流 称 之 为 亮 电 流 ； 光 敏 电 阻 的 阻 值 显 著 减 小 ， 相 应 称 之 为 亮 电 阻 （ 千 欧以 内 ）光 电 流 ： 由 光 照 所 产 生 的 自 由 电 子 空 穴 流 ， 为 亮 电 流 与 暗 电 流之 差 。由 于 暗 电 流 很 小 ， 在 工 程 分 析 时 可 把 亮 电 流 看 成 光 电 流 。 光 敏 电 阻 光 电 效 应 实 验 电

18、 路 1.玻 璃 2.光 电 导 层 3.电 极 4.绝 缘 衬 底 5.金 属 壳 6.黑 色 绝 缘 玻 璃 7.引 线光 敏 电 阻 的 灵 敏 度 易 受 潮 湿 的 影 响 ，因 此 要 将 光 电 导 体 严 密 封 装 在 带 有 玻 璃 的 壳 体 中 。 上 一 页 下 一 页返 回 光 敏 电 阻 是 一 个 纯 电 阻 性 两 端 器 件 ， 适 用 于 交 、 直 流 电 路， 因 而 应 用 广 泛 ， 种 类 很 多 。 对 光 照 敏 感 的 半 导 体 光 敏 元 件 都可 以 制 成 光 敏 电 阻 。 半 导 体 光 敏 元 件 的 敏 感 光 波 长 为

19、纳 米 波 ，按 其 最 佳 工 作 波 长 范 围 分 三 类 ：（ 1） 对 紫 外 光 敏 感 元 件 紫 外 光 是 指 紫 外 线 (波 长 10 380nm)的 内 侧 光 波 ， 波 长约 300 380nm。 对 这 类 光 敏 感 的 材 料 有 氧 化 锌 、 硫 化 锌 等 ， 适于 作 射 线 检 测 及 光 电 控 制 电 路 。 （ 2） 对 可 见 光 敏 感 元 件 可 见 光 波 长 范 围 约 380 760nm， 对 这 类 光 敏 感 的 材 料 有 硒、 硅 、 锗 等 ， 适 用 于 光 电 计 数 、 光 电 耦 合 、 光 电 控 制 等 场 合

20、 。（ 3） 对 红 外 光 敏 感 元 件 红 外 光 是 红 外 线 (波 长 760 1 10 6nm)的 内 侧 光 波 ， 波长 约 760 6000nm。 对 这 类 光 敏 感 的 材 料 有 硫 化 铅 、 硒 化 钳 等， 主 要 用 来 探 测 不 可 见 目 标 。 上 一 页 下 一 页返 回 （ 1） 暗 电 阻 和 暗 电 流 光 敏 电 阻 在 室 温 条 件 下 ， 在 全 暗 后 经 过 一 定 时间 测 量 的 电 阻 值 ， 称 为 暗 电 阻 。 此 时 流 过 的 电流 ， 称 为 暗 电 流 。 越 小 越 好 （ 2） 亮 电 阻 光 敏 电 阻

21、在 某 一 光 照 下 的 阻 值 ， 称 为 该 光 照 下的 亮 电 阻 ， 此 时 流 过 的 电 流 称 为 亮 电 流 。 越 大 越 好 （ 3） 光 电 流 亮 电 流 与 暗 电 流 之 差 ， 称 为 光 电 流 。 越 大越 好 上 一 页 下 一 页返 回 （ 1） 光 谱 特 性（ 2） 光 照 特 性（ 3） 伏 安 特 性 （ 4） 响 应 时 间 和 频 率 特 性（ 5） 温 度 特 性（ 6） 稳 定 性 上 一 页 下 一 页返 回 定 义 ： 光 电 流 对 不 同 波 长 的 单 色 光 ， 灵 敏 度 是 不 同 的 ， 即即 产 生 的 光 电 流

22、的 大 小 不 同 。 上 一 页 下 一 页返 回 光 波 ： 波 长 为 10106nm的 电 磁 波可 见 光 ： 波 长 380780nm紫 外 线 ： 波 长 10380nm， 波 长 300380nm称 为 近 紫 外 线 波 长 200300nm称 为 远 紫 外 线 波 长 10200nm称 为 极 远 紫 外 线 ，红 外 线 ： 波 长 780106nm因 为 f不 同 ， 光 的 能 量 不 同 ， 所 以 光 电 组 对 不 同 f的 光 具 有不 同 的 灵 敏 度 。 光 谱 特 性 与 光 敏 电 阻 的 材 料 有 关 。 从 图 中 可 知 ， 硫 化铅 光

23、敏 电 阻 在 较 宽 的 光 谱 范 围 内 均 有 较 高 的 灵 敏 度 ， 峰 值在 红 外 区 域 ； 硫 化 镉 、 硒 化 镉 的 峰 值 在 可 见 光 区 域 。结 论 ： 在 选 用 光 敏 电 阻 时 ， 应 把 光 敏 电 阻 的 材 料 和 光 源 的 种类 结 合 起 来 考 虑 ， 才 能 获 得 满 意 的 效 果 。 上 一 页 下 一 页返 回2040 6080100400 800 1200 1600 2000 2400/nm31 2相对灵敏度 1硫 化 镉2硒 化 镉3硫 化 铅 一 般 光 敏 电 阻 具 有 较 高 的 灵 敏 度 、 很 好 的 光

24、谱 特 性， 其 光 谱 响 应 可 从 紫 外 区 到 红 外 区 。 定 义 ： 在 一 定 电 压 下 ， 光 敏 电 阻 的 光 电 流 I与 光 强 E之 间的 关 系 。 上 一 页 下 一 页返 回 01234 5I/mA L/lx1000 2000 右 图 表 示 CdS硫 化 镉 光 敏 电 阻的 光 电 流 和 光 通 量 之 间 的 关 系 。 不同 类 型 光 敏 电 阻 光 照 特 性 不 同 ， 但光 照 特 性 曲 线 均 呈 非 线 性 。 因 此 它不 宜 作 定 量 检 测 元 件 ， 这 是 光 敏 电阻 的 不 足 之 处 。 一 般 在 自 动 控 制

25、 系统 中 用 作 光 电 开 关 。 定 义 ：在 一 定 强 度 的 光 照 下 ， 光 敏 电 阻 的 端 电 压 与 光 电 流 的 关 系 。 上 一 页 下 一 页返 回 图 中 曲 线 1、 2分 别 表 示 照 度 为 零 及照 度 为 某 值 时 的 伏 安 特 性 。 由 曲 线 可 知， 在 给 定 偏 压 下 ,光 照 度 越 大 ， 光 电 流也 越 大 。 在 一 定 的 光 照 度 下 ， 所 加 的 电压 越 大 ， 光 电 流 越 大 ， 而 且 无 饱 和 现 象。 但 是 电 压 不 能 无 限 地 增 大 ， 因 为 任 何光 敏 电 阻 都 受 额 定

26、 功 率 、 最 高 工 作 电 压和 额 定 电 流 的 限 制 。 超 过 最 高 工 作 电 压和 最 大 额 定 电 流 ， 可 能 导 致 光 敏 电 阻 永久 性 损 坏 。 50100150200 1220I/ A0 40 U/V 时 延 特 性 ： 当 光 敏 电 阻 受 到 脉 冲 光 照 射 时 ， 光 电 流 要 经 过一 段 时 间 才 能 达 到 稳 定 值 ， 而 在 停 止 光 照 后 ， 光 电流 也 不 立 刻 为 零 ， 这 就 是 光 敏 电 阻 的 时 延 特 性 。 通 常 用 响 应 时 间 t表 示 。 上 一 页 下 一 页返 回 频 率 特 性

27、 ： 是 指 光 照 的 交 变 （ 调 制 ） 频 率 与 光 敏 电 阻 光 电流 输 出 的 关 系 。 其 原 因 在 于 光 敏 电 阻 突 然 受 到 光 照 ， 光 电流 并 不 是 立 刻 上 升 到 饱 和 值 ， 光 突 然 消 失 光 电 流 也 不 是 立刻 降 为 0， 在 时 间 上 有 一 个 滞 后 。 不 同 材 料 的 光 敏 电 阻 具 有不 同 的 响 应 时 间 ， 所 以 它 们 的频 率 特 性 也 就 不 尽 相 同 。 上 一 页 下 一 页返 回 20406080 100I / % f / Hz0 10 102 103 104硫 化 铅硫 化

28、 镉 如 图 。 硫 化 铅 的 使 用 频 率比 硫 化 镉 高 得 多 ， 但 多 数 光 敏电 阻 的 时 延 都 比 较 大 ， 所 以 ，它 不 能 用 在 要 求 快 速 响 应 的 场合 。 光 敏 电 阻 性 能 (灵 敏 度 、 暗 电 阻 )受 温 度 的 影 响 较 大 。随 着 温 度 的 升 高 ， 其 暗 电 阻 和 灵 敏 度 下 降 ， 光 谱 特 性 曲线 的 峰 值 向 波 长 短 的 方 向 移 动 。 硫 化 镉 的 光 电 流 I和 温 度T的 关 系 如 图 所 示 。 有 时 为 了 提 高 灵 敏 度 ， 或 为 了 能 够 接收 较 长 波 段

29、 的 辐 射 ， 将 元 件 降 温 使 用 。 例 如 ， 可 利 用 制冷 器 使 光 敏 电 阻 的 温 度 降 低 。 上 一 页 下 一 页返 回I / A100150200-50 -10 30 5010-30 T / C 204060801000 1.0 2.0 3.0 4.0 /mI/mA+20 C -20 C 上 一 页 下 一 页返 回 图 中 曲 线 1、 2分 别 表 示 两 种 型 号 CdS硫 化 镉 光 敏 电 阻 的 稳 定 性 。初 制 成 的 光 敏 电 阻 ， 由 于 体 内 机 构 工 作 不 稳 定 ， 以 及 电 阻 体 与 其 介 质的 作 用 还

30、没 有 达 到 平 衡 ， 所 以 性 能 是 不 够 稳 定 的 。 但 在 人 为 地 加 温 、I / %4080120160 21 T/h0 400 800 1200 1600 光 照 及 加 负 载 情 况 下 ， 经 一 至 二 周 的老 化 ， 性 能 可 达 稳 定 。 光 敏 电 阻 在 开始 一 段 时 间 的 老 化 过 程 中 ， 有 些 样 品阻 值 上 升 ， 有 些 样 品 阻 值 下 降 ， 但 最后 达 到 一 个 稳 定 值 后 就 不 再 变 了 。 这就 是 光 敏 电 阻 的 主 要 优 点 。 光 敏 电 阻 的 使 用 寿 命 在 密 封 良 好

31、、使 用 合 理 的 情 况 下 ， 几 乎 是 无 限 长 的 。 上 一 页 下 一 页返 回 光 电 池 是 利 用 光 生 伏 特 效 应 把 光 直 接 转 变 成 电 能 的 器 件 。 由于 它 可 把 太 阳 能 直 接 变 电 能 ， 因 此 又 称 为 太 阳 能 电 池 。 它 是 发 电式 有 源 元 件 ， 有 较 大 面 积 的 PN结 ， 当 光 照 射 在 PN结 上 时 ， 在 结的 两 端 出 现 电 动 势 。命 名 方 式 ： 把 光 电 池 的 半 导 体 材 料 的 名 称 冠 于 光 电 池 (或 太 阳 能 电池 )之 前 。 如 ， 硒 光 电

32、 池 、 砷 化 镓 光 电 池 、 硅 光 电 池 等 。 目 前 ， 应用 最 广 、 最 有 发 展 前 途 的 是 硅 光 电 池 。u 硅 光 电 池 价 格 便 宜 ， 转 换 效 率 高 ， 寿 命 长 ， 适 于 接 受 红 外 光 。u 硒 光 电 池 光 电 转 换 效 率 低 (0.02 )、 寿 命 短 ， 适 于 接 收 可 见 光(响 应 峰 值 波 长 0.56m)， 最 适 宜 制 造 照 度 计 。u 砷 化 镓 光 电 池 转 换 效 率 比 硅 光 电 池 稍 高 ， 光 谱 响 应 特 性 则 与太 阳 光 谱 最 吻 合 。 且 工 作 温 度 最 高

33、 ， 更 耐 受 宇 宙 射 线 的 辐 射 。 因此 ， 它 在 宇 宙 飞 船 、 卫 星 、 太 空 探 测 器 等 电 源 方 面 的 应 用 是 有 发展 前 途 的 。 光 电 池 的 结 构 和 工 作 原 理 上 一 页 下 一 页返 回 硅 光 电 池 的 结 构 如 图 所 示 。 它 是 在 一 块 N型 硅 片 上 用 扩 散 的 办 法掺 入 一 些 P型 杂 质 (如 硼 )形 成 PN结 。 当 光 照 到 PN结 区 时 ， 如 果 光 子 能量 足 够 大 ， 将 在 结 区 附 近 激 发 出 电 子 -空 穴 对 ， 在 N区 聚 积 负 电 荷 ， P区

34、 聚 积 正 电 荷 ， 这 样 N区 和 P区 之 间 出 现 电 位 差 。 若 将 PN结 两 端 用 导线 连 起 来 ， 电 路 中 有 电 流 流 过 ， 电 流 的 方 向 由 P区 流 经 外 电 路 至 N区 。若 将 外 电 路 断 开 ， 就 可 测 出 光 生 电 动 势 。光 电 池 的 示 意 图+光 PN SiO2R L(a) 光 电 池 的 结 构 图 I 光(b) 光 电 池 的 工 作 原 理 示 意 图 P N 上 一 页 下 一 页返 回 光 电 池 的 表 示 符 号 、 基 本 电 路 及 等 效 电 路 如 图 所 示 。I U Id UI RLI

35、(a) (b) (c)光 电 池 符 号 和 基 本 工 作 电 路 (1) 光 谱 特 性(2) 光 照 特 性(3) 频 率 响 应 (4) 温 度 特 性 (5) 稳 定 性 上 一 页 下 一 页返 回 上 一 页 下 一 页返 回 光 电 池 对 不 同 波 长 光 的 灵 敏 度 是 不 同 的 ， 不 同 材 料 的 光 电 池 对 入 射 光波 长 的 敏 感 范 围 是 不 同 的 ， 因 此 光 电 池 的 光 谱 特 性 决 定 于 材 料 。 从 曲 线 可看 出 ， 硒 光 电 池 在 可 见 光 谱 范 围 内 有 较 高 的 灵 敏 度 ， 峰 值 波 长 在 5

36、40nm附近 ， 适 宜 测 可 见 光 。 硅 光 电 池 应 用 的 范 围 400nm1100nm， 峰 值 波 长 在850nm附 近 ， 因 此 硅 光 电 池 可 以 在 很 宽 的 范 围 内 应 用 。20406080100 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.2I / % 1 2/m 1硒 光 电 池2硅 光 电 池实 际 中 ， 使 用 时 可 根 据 光 源 选 择 光 电 池 ， 也 可 以 根 据 光 电 池来 选 择 相 应 的 光 源 。 上 一 页 下 一 页返 回 开 路 电 压 曲 线 ： 光 生 电 动 势 与 照 度 之 间 的 特 性 曲 线 ，

37、 当 照 度 为 2000lx时趋 向 饱 和 。 （ 呈 非 线 性 关 系 ）短 路 电 流 曲 线 ： 光 电 流 与 照 度 之 间 的 特 性 曲 线 。 （ 呈 线 性 关 系 ）所 以 ： 当 光 电 阻 作 为 测 量 元 件 时 应 取 短 路 电 流 形 式 。 L/klx L/klx 543210 0.10.20.30.40.52 4 6 8 10开 路 电 压 Uoc /V 0.10.20.30.4 0.50.30.10 1 2 3 4 5Uoc/VIsc /mAIsc/mA(a) 硅 光 电 池 (b)硒 光 电 池开 路 电 压短 路 电 流 短 路 电 流 上 一

38、 页 下 一 页返 回 定 义 ： 指 外 接 负 载 相 对 于 光 电 池 内 阻 而 言 是 很 小 的 。 光 电 池 在 不 同 照 度 下 ， 其 内 阻 也 不 同 ， 因 而 应 选 取 适 当 的 外 接 负 载 近似 地 满 足 “ 短 路 ” 条 件 。 下 图 表 示 硒 光 电 池 在 不 同 负 载 电 阻 时 的 光 照 特 性 。0 2 4 6 8 100.10.20.30.40.5 I/mA L/klx 50 10010005000RL=0结 论 ： 负 载 RL越 小 ， 光 电 流 与 强 度 的 线 性 关 系 越 好 ， 且 线 性 范 围 越 宽 。

39、 结 论 ： 硅 光 电 池 具 有 较 高 的 频 率 响 应 ,用 于 高 速 计 数 的 光 电 转 换 上 一 页 下 一 页返 回 光 电 池 作 为 测 量 、 计 数 、 接 收 元 件 时 常 用 调 制 光 输 入 。 光 电 池 的 频 率响 应 就 是 指 输 出 电 流 随 调 制 光 频 率 变 化 的 关 系 。 由 于 光 电 池 PN结 面 积 较大 ， 极 间 电 容 大 ， 故 频 率 特 性 较 差 。 图 示 为 光 电 池 的 频 率 响 应 曲 线 。204060801000I / % 1 2 3 4 51 2 f / kHz1硒 光 电 池2硅 光

40、 电 池总 趋 势 ： f， I， 这 是 因 为 响 应 有 滞 后 。 上 一 页 下 一 页返 回 光 电 池 的 温 度 特 性 是 指 开 路 电 压 和 短 路 电 流 随 温 度 变 化 的 关 系 。 由 图 可 见， 开 路 电 压 与 短 路 电 流 均 随 温 度 而 变 化 ， 它 将 关 系 到 应 用 光 电 池 的 仪 器 设 备的 温 度 漂 移 ， 影 响 到 测 量 或 控 制 精 度 等 主 要 指 标 ， 因 此 ， 当 光 电 池 作 为 测 量元 件 时 ， 最 好 能 保 持 温 度 恒 定 ， 或 采 取 温 度 补 偿 措 施 。200 40

41、60 904060UOC/ mV T / CISCUOC ISC / A600400200 UOC开 路 电 压ISC 短 路 电 流硅 光 电 池 在 1000lx照度 下 的 温 度 特 性 曲 线结 论 ： 1.Uoc随 T上 升 ， 下 降 很 快 3mv/ ； 2.Isc随 T上 升 ， 缓 慢 上 升 2 10-6A/ ； 3.光 电 池 作 为 光 测 量 元 件 使 用 时 ， 应 注 意 采 取 相 应 的 温 度 补 偿 措 施 。 l当 光 电 池 密 封 良 好 、 电 极 引 线 可 靠 、 应用 合 理 时 ， 光 电 池 的 性 能 是 相 当 稳 定 的 硅 光

42、 电 池 的 性 能 比 硒 光 电 池 更 稳 定 l影 响 性 能 和 寿 命 因 素 ：光 电 池 的 材 料 及 制 造 工 艺使 用 环 境 条 件 上 一 页 下 一 页返 回 l1 工 作 原 理l2 基 本 特 性 上 一 页 下 一 页返 回 上 一 页 下 一 页返 回 光 电 二 极 管 和 光 电 池 一 样 ， 其 基 本 结构 也 是 一 个 PN结 。 它 和 光 电 池 相 比 ， 重 要的 不 同 点 是 结 面 积 小 ， 因 此 它 的 频 率 特 性特 别 好 。 光 生 电 势 与 光 电 池 相 同 ， 但 输 出电 流 普 遍 比 光 电 池 小

43、， 一 般 为 几 A到 几 十A。 1） 光 敏 二 极 管 上 一 页 下 一 页返 回 光 敏 二 极 管 的 结 构 与 一 般 二 极 管 相 似 、 它 装 在 透 明 玻 璃 外 壳 中 ，其 PN结 装 在 管 顶 ， 可 直 接 受 到 光 照 射 。 光 敏 二 极 管 在 电 路 中 一 般 是 处于 反 向 工 作 状 态 ， 如 图 所 示 。P N光光 敏 二 极 管 符 号 RL 光P N光 敏 二 极 管 接 线 上 一 页 下 一 页返 回 光 敏 二 极 管 在 没 有 光 照 射 时 ， 反 向 电 阻 很 大 ， 反 向 电流 很 小 。 反 向 电 流

44、 也 叫 做 暗 电 流 当 光 照 射 时 ， 光 敏 二 极管 的 工 作 原 理 与 光 电 池 的 工 作 原 理 很 相 似 。 受 光 照 射 时 ，PN结 附 近 受 光 子 轰 击 ， 吸 收 其 能 量 而 产 生 电 子 -空 穴 对 ，从 而 使 P区 和 N区 的 少 数 载 流 子 浓 度 大 大 增 加 ， 因 此 在 外 加反 向 偏 压 和 内 电 场 的 作 用 下 ， P区 的 少 数 载 流 子 渡 越 阻 挡层 进 入 N区 ， N区 的 少 数 载 流 子 渡 越 阻 挡 层 进 入 P区 ， 从 而使 通 过 PN结 的 反 向 电 流 大 为 增

45、加 ， 这 就 形 成 了 光 电 流 。 光敏 二 极 管 的 光 电 流 I 与 照 度 之 间 呈 线 性 关 系 。 光 敏 二 极 管的 光 照 特 性 是 线 性 的 ， 所 以 适 合 检 测 等 方 面 的 应 用 。 2） 光 敏 三 极 管 上 一 页 下 一 页返 回 光 敏 三 极 管 有 PNP型 和 NPN型 两 种 ， 如 图 。 其 结 构 与 一 般 三 极 管 很相 似 ， 具 有 电 流 增 益 ,只 是 它 的 发 射 极 一 边 做 的 很 大 ,以 扩 大 光 的 照 射 面 积 ,且 其 基 极 不 接 引 线 。 当 集 电 极 加 上 正 电

46、压 ,基 极 开 路 时 ,集 电 极 处 于 反 向 偏置 状 态 。 当 光 线 照 射 在 集 电 结 的 基 区 时 ,会 产 生 电 子 -空 穴 对 ,在 内 电 场 的作 用 下 ,光 生 电 子 被 拉 到 集 电 极 ,基 区 留 下 空 穴 ,使 基 极 与 发 射 极 间 的 电 压升 高 ,这 样 便 有 大 量 的 电 子 流 向 集 电 极 ,形 成 输 出 电 流 ,且 集 电 极 电 流 为 光电 流 的 倍 。 P PNN NPe b c R L Ee c b 光 敏 三 极 管 对 光 电 流 有 放 大 作 用 ， 较 二 极 管 灵 敏 度 高 。和 普

47、 通 三 极 管 对 基 极 电 流 的 放 大 作 用 原 理 相 同 。 （ 1） 光 谱 特 性 （ 2） 光 照 特 性（ 3） 伏 安 特 性（ 4） 频 率 特 性（ 5） 温 度 特 性 上 一 页 下 一 页返 回 存 在 一 个 最 佳 灵 敏 度 的 峰 值 波 长 。 当 入 射 光 的 波 长 增 加 时 ， 相 对 灵敏 度 要 下 降 。 因 为 光 子 能 量 太 小 ， 不 足 以 激 发 电 子 空 穴 对 。 当 入 射 光 的波 长 缩 短 时 ， 相 对 灵 敏 度 也 下 降 ， 这 是 由 于 光 子 在 半 导 体 表 面 附 近 就 被吸 收 ，

48、 并 且 在 表 面 激 发 的 电 子 空 穴 对 不 能 到 达 PN结 ， 因 而 使 相 对 灵 敏 度下 降 。硅 和 锗 光 敏 二 极 （ 晶 体 ） 管 的 光 谱 特 性 可 见 光 或 探 测 赤 热 状 态 物 体 时 ，一 般 都 用 硅 管 。在 红 外 光 进 行 探 测 时 ， 则 锗 管 较为 适 宜 。 上 一 页 下 一 页返 回 定 义 ： 在 一 定 照 度 下 ， 其 灵 敏 度 （ 输 出 光 电 流 ） 与 光 波 波 长变 化 的 关 系 。 硅 光 敏 管 的 光 照 特 性 上 一 页 下 一 页返 回 光 敏 二 极 管 与 光 敏 晶 体

49、 管 的 光 照 特 性 明 显 不 同 ， 以 硅 管 为 例 如 图 所 示 。光 敏 二 极 管 的 光 照 特 性 近 似 为 线 性 关 系 ， 光 敏 晶 体 管 的 光 照 特 性 为 非 线 性 ， 照 度 较 小 时 ， 光 电 流 随 光 照 度 加 强 而 缓 慢 增 加 ， 当 光 照 度 较 大 时 ， 光 电 流 又趋 于 饱 和 。 从 而 使 光 敏 三 极 管 既 可 作 线 性 转 换 元 件 ， 也 可 作 开 关 元 件 。 定 义 ： 在 一 定 偏 压 下 ， 输 出 光 电 流 与 光 照 强 度 之 间 的 关 系 。可 见 ： 光 敏 二 极

50、管 光 照 特 性 线 性 好 ， 常 用 作 检 测 元 件 。 上 一 页 下 一 页返 回 u 光 敏 管 的 输 出 电 流 与 所 加 的 偏 量 电 压 关 系 不 大 ， 具 有 近 似 的 恒 流 特 性 ；u 光 敏 晶 体 管 比 光 敏 二 极 管 的 光 电 流 大 近 百 倍 ， 因 而 具 有 更 高 的 灵 敏 度 ；u 光 敏 二 极 管 在 零 偏 压 下 就 有 一 定 的 电 流 输 出 ， 光 敏 晶 体 管 却 有 一 段 死 区电 压 。 硅 光 敏 晶 体 管 的 频 率 响 应 上 一 页 下 一 页返 回 0 100 1000500 5000

51、1000020406010080 RL=1kRL=10kRL=100k 入 射 光 调 制 频 率 / HZ相对灵敏度/% 定 义 ： 光 敏 管 光 电 流 输 出 与 调 制 光 频 率 的 关 系 。1、 无 论 是 哪 一 类 光 敏 管 ， 其 负 载 电 阻 越 大 ， 频 率 特 性 愈 差 。因 此 可 以 根 据 实 际 频 率 来 适 当 选 择 RL。 2、 硅 管 的 响 应 频 率 比 锗 管 大 一 个 数 量 级 。硅 管 截 止 频 率 50KH z， 锗 管 截 止 频 率 3KH z。3、 光 敏 晶 体 管 比 光 敏 二 极 管 的 响 应 频 率 要

52、小 的 多 。锗 晶 体 管 截 止 频 率 ， 锗 二 极 管 截 止 频 率 。 无 论 是 硅 管 还 是 锗 管 ， 对 温 度 的 变 化 都 比 较 敏 感 。 温 度 升 高 ， 热 激 发 产 生 的 电 子 电 穴 对 增 加 ， 使 暗 电 流 上 升 。尤 其 是 锗 管 ， 其 暗 电 流 较 大 ， 温 度 特 性 较 差 。 温 度 升 高 对 光 电 流 影 响 不 大 。 对 于 高 温 低 照 度 下 工 作 的 光 敏 晶 体 管 ， 此 时 暗 电 流 上 升 、 亮 电流 下 降 ， 使 信 噪 比 减 小 ； 为 了 提 高 信 噪 比 ， 应 采 取

53、 相 应 的 温 度 补 偿或 降 温 措 施 。 上 一 页 下 一 页返 回 1. 光 电 耦 合 器2. 光 电 转 速 器3. 反 射 式 固 体 表 面 粗 糙 度 计4. 透 射 式 薄 膜 厚 度 计5. 烟 尘 浊 度 监 测 仪 上 一 页 下 一 页返 回 上 一 页 下 一 页返 回 定 义 ： 光 电 耦 合 器 是 由 一 个 发 光 元 件 和 一 个 光 电 传 感 器 同 时 封装 在 一 个 外 壳 内 组 合 而 成 的 转 换 元 件 。 可 做 隔 离 电 路 或 负 载 接口 用 。 绝 缘 玻 璃 发 光 二 极 管透 明 绝 缘 体光 敏 三 极

54、管 塑 料发 光 二 极 管光 敏 三 极 管透 明 树 脂采 用 金 属 外 壳 和 玻 璃 绝 缘 的 结构 ， 在 其 中 部 对 接 ， 采 用 环 焊以 保 证 发 光 二 极 管 和 光 敏 二 极管 对 准 ， 以 此 来 提 高 灵 敏 度 。(a)金 属 密 封 型 (b)塑 料 密 封 型采 用 双 列 直 插 式 用 塑 料 封 装 的 结构 。 管 心 先 装 于 管 脚 上 ， 中 间 再用 透 明 树 脂 固 定 ， 具 有 集 光 作 用， 故 此 种 结 构 灵 敏 度 较 高 。 上 一 页返 回 反 射 式 固 体 表 面 粗 糙 度 计 上 一 页返 回

55、光 源 发 出 一 定 照 度 的 光 入 射 到 被 测 固 定 的 表 面 上 ， 一 部 分 被 表 面 吸收 ， 一 部 分 反 射 到 光 电 池 上 。 被 测 表 面 越 光 滑 ， 反 射 到 光 电 池 上 的 光 越强 ， 光 电 池 输 出 电 压 越 大 。 根 据 电 压 表 指 示 的 电 压 数 ， 就 可 以 判 断 被 测表 面 的 组 糙 度 。 上 一 页返 回 光 源 发 出 一 定 照 度 的 光 经 准 直 透 镜 调 制 成 平 行 光 束 ， 垂 直 入 射 到 被测 薄 膜 上 ， 一 部 分 被 薄 膜 吸 收 ， 一 部 分 穿 过 薄 膜

56、 出 射 到 光 电 他 上 ； 薄 膜越 薄 ， 出 射 光 越 强 ， 光 电 池 输 出 电 压 越 大 。 根 据 这 种 原 理 ， 不 但 可 以 用于 检 测 薄 膜 的 厚 度 ， 印 刷 机 纸 张 监 控 ， 还 可 以 检 测 液 体 的 混 浊 度 ， 或 气体 和 固 体 的 透 明 度 。 烟 尘 浊 度 监 测 仪 上 一 页返 回 防 止 工 业 烟 尘 污 染 是 环 保 的 重 要 任 务 之 一 。 为 了 消 除 工业 烟 尘 污 染 ， 首 先 要 知 道 烟 尘 排 放 量 ， 因 此 必 须 对 烟 尘 源 进行 监 测 、 自 动 显 示 和 超

57、 标 报 警 。 烟 道 里 的 烟 尘 浊 度 是 用 通 过光 在 烟 道 里 传 输 过 程 中 的 变 化 大 小 来 检 测 的 。 如 果 烟 道 浊 度增 加 ， 光 源 发 出 的 光 被 烟 尘 颗 粒 的 吸 收 和 折 射 增 加 ， 到 达 光检 测 器 的 光 减 少 ， 因 而 光 检 测 器 输 出 信 号 的 强 弱 便 可 反 映 烟道 浊 度 的 变 化 。 上 一 页返 回 平 行光 源 光 电探 测 放 大 显 示刻 度 校 正 报 警 器吸 收 式 烟 尘 浊 度 检 测 系 统 原 理 图烟 道 5.2.1 莫 尔 条 纹5.2.2 光 栅 传 感

58、器 的 组 成5.2.3 辨 向 原 理5.2.4 细 分 技 术 上 一 页 下 一 页返 回 上 一 页 下 一 页返 回 光 栅 传 感 器 是 用 于 测 位 移 的 光 电 传 感 器 。 光 透 过光 栅 照 射 到 光 电 器 件 上 ， 根 据 光 栅 的 莫 尔 条 纹 现 象 ，可 实 现 角 位 移 或 线 位 移 的 测 量 。u 直 光 栅 ： 用 于 测 量 直 线 位 移 的 光 栅 ；u 圆 光 栅 ： 用 于 测 量 角 位 移 的 光 栅 。 上 一 页 下 一 页返 回 1.光 栅 光 栅 又 叫 光 栅 尺 ， 是 由 在 光 学 玻 璃 上 均 匀 刻

59、 有许 多 线 条 ， 形 成 规 律 排 列 的 透 光 和 不 透 光 的 明 暗 条纹 所 组 成 。 W m n称 为 光 栅 的 栅 距 或 光 栅 常 数 把 光 栅 常 数 W相 等 的 两 光 栅尺 相 对 叠 合 在 一 起 ， 栅 条 间保 持 很 小 夹 角 ， 在 与 栅 条近 乎 垂 直 的 方 向 出 现 明 暗 相间 的 条 纹 ， 称 为 莫 尔 条 纹 。莫 尔 条 纹 间 距 WWBCABBH 2sin22sin莫 尔 条 纹 宽 度 BH 由 光 栅常 数 与 光 栅 夹 角 决 定 上 一 页 下 一 页返 回 （ 1） 莫 尔 条 纹 的 间 距 BH

60、 对 光 栅 常 数 W具 有 放 大 作 用 调 整 夹 角 即 可 得 到 很 大 的 莫 尔 条 纹 的 宽 度 ， 起 到 了 放 大作 用 ， 又 提 高 了 测 量 精 度 。（ 2） 莫 尔 条 纹 具 有 消 除 光 栅 尺 局 部 缺 陷 引 起 的 误 差 由 于 光 栅 尺 在 制 作 时 工 艺 的 分 散 性 ， 难 免 有 的 光 栅 尺 的栅 条 或 栅 条 间 距 存 在 着 局 部 缺 陷 ， 但 这 些 缺 陷 不 会 引 起 莫 尔条 纹 的 误 差 。 因 为 在 测 量 时 ， 光 电 元 件 上 接 收 到 的 光 信 号 ，是 透 过 众 多 栅

61、条 形 成 亮 带 的 光 信 号 ， 光 栅 尺 的 局 部 缺 陷 对 亮带 透 光 量 影 响 极 小 。 上 一 页 下 一 页返 回 （ 3） 莫 尔 条 纹 的 移 动 大 小 和 方 向 可 以 反 映 两 光 栅 尺 相 对 移 动大 小 和 方 向 当 固 定 斜 光 栅 尺 、 左 右 移 动 直 光 栅 尺 时 ， 莫 尔 条 纹 则 作上 下 移 动 。 若 被 测 体 跟 随 直 光 栅 尺 移 动 ， 则 可 根 据 莫 尔 条 纹移 动 的 大 小 和 方 向 ， 判 断 被 测 体 移 动 的 大 小 和 方 向 。 （ 4） 莫 尔 条 纹 的 光 强 度 变

62、 化 近 似 正 弦 变 化 ， 便 于 将 电 信 号 作进 一 步 细 分 ， 即 采 用 “ 倍 频 技 术 ” 。 这 样 可 以 提 高 测 量 精 度或 可 以 采 用 较 粗 的 光 栅 。 上 一 页 下 一 页返 回 根 据 莫 尔 条 纹 特 性 制 作 的 光 栅 位 移 传感 器 ， 按 光 路 形 成 方 式 可 分 为 两 大 类 ， 即反 射 式 光 栅 传 感 器 和 透 射 式 光 栅 传 感 器 。 上 一 页 下 一 页返 回 上 一 页 下 一 页返 回 此 光 路 适 合 于 粗 栅 距 的 黑 白 透 射 光 栅 。 特 点 ： 结 构 简 单 ，

63、位 置 紧 凑 ， 调 整 使 用 方 便 ， 应 用 广 泛 。 上 一 页 下 一 页返 回 该 光 路 适 用 于 黑 白反 射 光 栅 。 光 源 发 射 的 光 ， 经 聚 光 镜 和 物 镜 后 形 成 平 行 光 束 ， 以 一定 的 角 度 穿 过 指 示 光 栅 、 射 向 主 光 栅 。 这 里 的 主 光 栅 不 形 成透 射 光 。 照 射 到 主 光 栅 上 的 光 产 生 反 射 光 后 与 指 示 光 栅 形 成莫 尔 条 纹 ， 此 莫 尔 条 纹 光 再 经 反 射 镜 反 射 、 物 镜 组 聚 焦 后 投射 到 光 电 元 件 上 ， 以 实 现 位 移

64、的 测 量 。 单 个 光 电 元 件 接 收 一 固 定 点 的 莫 尔 条 纹 信 号 ，只 能 判 别 明 暗 的 变 化 而 不 能 辨 别 莫 尔 条 纹 的 移动 方 向 ， 因 而 就 不 能 判 别 运 动 零 件 的 运 动 方 向 ，以 致 不 能 正 确 测 量 位 移 。如 果 能 够 在 物 体 正 向 移 动 时 ， 将 得 到 的 脉 冲 数累 加 ， 而 物 体 反 向 移 动 时 可 从 已 累 加 的 脉 冲 数中 减 去 反 向 移 动 的 脉 冲 数 ， 这 样 就 能 得 到 正 确的 测 量 结 果 。 上 一 页 下 一 页返 回 在 相 距 的

65、位 置 上 设 置 两 个 光 电 元 件 1和 2，以 得 到 两 个 相 位 互 差 90 的 正 弦 信 号 ， 再以 这 两 个 正 弦 信 号 为 输 入 接 入 辩 向 电 路 。 上 一 页 下 一 页返 回 正 向 移 动 时 脉 冲 数 累 加 ， 反 向 移 动 时 ， 便 从 累 加 的 脉 冲 数 中减 去 反 向 移 动 所 得 到 的 脉 冲 数 ， 这 样 光 栅 传 感 器 就 可 辨 向 。上 一 页 下 一 页返 回 l提 高 分 辨 力 方 法 ：在 选 择 合 适 的 光 栅 栅 距 的 前 提 下 ， 以 对栅 距 进 行 测 微 ， 电 子 学 中

66、称 “ 细 分 ” ，来 得 到 所 需 的 最 小 读 数 值 。l细 分 就 是 在 莫 尔 条 纹 变 化 一 周 期 时 ， 不只 输 出 一 个 脉 冲 ， 而 是 输 出 若 干 个 脉 冲 ，以 减 小 辨 向 电 路 输 出 脉 冲 间 隔 ， 提 高 分辨 力 。 上 一 页 下 一 页返 回 定 义 ： 指 在 同 一 半 导 体 衬 底 上 生 成 若 干 个 光 敏 单 元 与 移 位 寄存 器 构 成 一 体 的 集 成 光 电 器 件 ， 其 功 能 是 把 按 空 间 分 布 的 光强 信 息 转 换 成 按 时 序 串 行 输 出 的 电 信 号 。优 点 ： 体 积 小 、 重 量 轻 、 耗 电 少 、 耐 振 动 、 抗 电 磁 干 扰 、 坚固 耐 用缺 点 ： 分 辨 率 不 高 ， 图 像 质 量 还 赶 不 上 摄 像 管 。 固 态 图 像 传 感 器 的 敏 感 元 件 有 多 种 类 型 ， 日 前 应 用 最广 泛 的 是 电 耦 合 器 件 (CCD)， 它 是 一 个 硅 光 敏 半 导 体 器 件 ，由 MOS光 敏 元 件