光电信息转换浅析.ppt

第三章 光电信息转换 1、光电隔离器 光电隔离器是把输入端的发光器件和输出端的光电接收器件组装在同一管壳中，且两者的管芯相对配置、互相靠近，除光路部分外，其他部分完全遮光。光电隔离器组合方式其部分结构原理图如图所示： GD-210型光电耦合器 GD-310型光电耦合器 五、光电耦合器结构和类型 根据结构和用途，可将光电耦合器件分为两类：一类是光电隔离器，它的功能是在电路之间传送信息，以便实现电路间的电气隔离和消除噪声影响；另一类称为光传感器，是一种固体传感器，主要用以检测物体的位置或检测物体有无的状态。 接收管为光敏二极管-高速开关三极管 达林顿光电耦合器件 为了提高频率响应和电流传输比，可采用集成组件作为光接收器件的光电耦合器件。 双光电耦合器件 四光电耦合器件 2、光电传感器 按结构的不同光传感器又可分为透过型（又称为光断续器）和反射型两种 透过型传感器是将相互之间保持一定距离的发光器件和光接收器件相对组装而成，如图，它可以检测物体 通过两器件之间时引起的透射光量的变 1 2 3 4 1、发光器件 2、光敏器件 3、基座 4、被测物体 1 2 3 4 反射型光传感器则是把发光器件和光接收器件相互间以某一交叉角度安放在同一方向，如图，它可以检测物体经过时反射光量的变化，通过这些光量变化可自动检测物体的数目、长度。 由于各种集成电路所用的电源电压是不同的，如果在一个系统中用二种材料的集成电路芯片，则需要进行电平的转换。另外各种传感器的电源电压有时也难于与集成电路相同，故进行电平转换有时是必要的。 图3.3.1－3是PMOS电路电平转到TTL电路电平的电路图。该电路中，输入是－20伏到0伏的脉冲，输出是0伏到5伏的脉冲，前后电路完全是隔离的。 四．光电耦合器在电子线路中的应用 1．用于电平转换 2．在脉冲数字逻辑电路中的应用 a) 光电耦合器构成的与门电路 二．热释电的结构及特性 1、热释电的结构 热释电外形和内部结构如图所示。实用的热释电由敏感元件、场效应管、高阻电阻、滤波片等组成，并向壳内充入氮气封装起来。敏感元件用红外热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极。 二．热释电的结构及特性 2、热释电的种类 热释电材料以压电陶瓷和陶瓷氧化物最多，而钽酸锂、硫酸三甘肽以及 锆钛酸铅目前用得极为广泛。 3、热释电的特性 热释电的输出阻抗很高，可达1012以上，并且其输出电压非常微弱，因 此需要进行阻抗变换和信号放大。 图为热释电的输出电路，选择具有高输入阻抗以及低噪声的场效应管作前置放大器，高阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管安全正常工作。RL是负载需外接。 一般热释电在0.2～20μm光谱范围内的灵敏度是非常平坦的，由于不同检测需要，采用不同材料的滤光片作为窗口，如用于人体探测和防盗报警的热释电，由于人体辐射在9.4μm处最强，故红外滤波片选取7.5～14μm波段。 三．菲涅尔透镜 1、作用 热释电信息转换器件前面需安装菲涅尔透镜，外来移动的辐射能量通过菲涅尔透镜断续的聚光于热释电上，使热释电输出相应的电信号。同时，菲涅尔透镜也能增加热释电的探测距离。不加菲涅尔透镜时，热释电的探测距离为2米左右，加上菲涅尔透镜后，探测距离可达10米以上。 2、结构 它是一种由特殊设计的塑料透镜组，透镜组的每个透镜都有一个不大的视场，而相邻两个透镜的视场不连续，也不重叠，彼此相隔一个微小的盲区。见图。 四．热释电的应用 热释电信息转换器件用途广泛，主要用于防盗报警和安全报警装置（防止人们误入危险区）、自动门、自动照明装置、火灾报警等一些自动控制系统中。 1、热释电防盗报警器 2、自动门控制电路 五．热电成象器件 目前，热释电也可制成探测器阵列，已有320?240像敏元的热释电热成象系统上市，主要用于红外摄像机。 另一类热电探测器是碲镉汞（CMT）器件，这也是一种热成象器件，可以单元使用，也可以线阵或面阵使用，具有极高的灵敏度，已成功的应用在我国风云一号和风云二号卫星上。但碲镉汞（CMT）器件使用时一定要制冷，一般采用半导体制冷。 1、热释电防盗报警器 2、自动门控制电路 无论I、II（两部分的传感器分别装在门的里、外两边）哪一个有信号输出或者两者都有信号，都会使三极管VT导通，VT输出低电平，此低电平触发集成块555的单稳态电路，使其3脚输出高电平，继电器吸合，驱动门电机旋转，使门打开。 光电位置传感器（PSD）是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件。即当入射光点落在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号。通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光点在PSD的位置。入射光点的强度和尺寸大小对PSD的位置输出