余成波《传感器》3.9-3.14.pptVIP

3.9.3 光电耦合器件 光电耦合器（光电隔离器）是利用发光元件与光敏元件封装为一体而构成电－光－电转换的器件。 3.9.3 光电耦合器件 （1）光电隔离器 光电隔离器由一发光二极管和光敏晶体管封装在同一个管壳内组成，在装配上要使LED辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。 选用哪种形式的光电隔离器要根据使用要求和目的来确定当然在实用中都应尽量选用结构简单的组合形式的器件，且无论选用何种组合形式，均要使发光元件与接收元件的工作波长相匹配，保证器件具备较高的灵敏度。 3.9.3 光电耦合器件 光电隔离器主要应用与以下几个方面： 1）将输入与输出端两部分电路的地线分隔开，并各自使用一套电源供电 3.9.3 光电耦合器件 2）实现电平转换。 3.9.3 光电耦合器件 3）提高驱动能力。采用如达林顿电路和可控硅 输出型等形式的光电隔离器，不但可以实现隔离作用，而且还具有较强的带负载的能力，利用这类光电隔离器，微机输出信号可以直接驱动负载。 3.9.3 光电耦合器件 （2）光电开关 光电开关是通过把光的强度变化转变为电信号变化，并以此来实现控制的一种电子开关。对金属或非金属都能作出反应，无机械磨损，无电火花，是一种安全、可靠、长寿命、无触点的开关。在一些简单的自动控制场合，因输入信号往往是开关信号（高电平或低电平），其控制量也是开关量，即接通电源或断开电源等，故可用电子开关在一定距离内检测物体的有无。 3.9.3 光电耦合器件 3.9.3 光电耦合器件 光电开关以其结构和工作方式的不同，可分为沟式、对射式、反光板反射式、扩散反射式、聚焦式、光纤式等类型。 3.9.3 光电耦合器件 3.9.3 光电耦合器件 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） 电荷耦合器件(Charge—Coupled Devices，简称CCD)是一种在70年代初问世的新型半导体器件。利用CCD作为转换器件的传感器，称为CCD传感器，或称CCD图像传感器。 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） CCD器件有两个特点：一是它在半导体硅片上制有成百上千个(甚至数百万个)光敏元，它们按线阵或面阵有规则地排列。当物体通过物镜成像于半导硅平面上时。这些光敏元就产生与照在它们上面的光强成正比的光生电荷。二是它具有自扫描能力，亦即将光敏元上产生的光生电荷依次有规则地串行输出，输出的幅值与对应的光敏元上的电荷量成正比。由于它具有集成度高、分辨率高、固体化、低功耗和自扫描能力等一系列优点。 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） MOS光敏元结构及其势阱 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） （1）电荷耦合器件原理 电荷耦合器件分为线阵器件和面阵器件两种，其基本组成部分是MOS光敏元列阵和读出移位寄存器。 CCD最基本结构是一系列彼此非常靠近的相互独立的MOS电容器，它们按线阵或面阵有规则地排列，且用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化物，并在其上制作许多金属电极，各电极按三相（也有二相和四相）配线方式连接。 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） 2）读出移位寄存器 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） （2）CCD传感器的应用 CCD传感器利用光敏元件的光电转换功能将透射到光敏元件上的光学图像转换为电信号“图像”，即光强的空间分布转换为与光强成比例的、大小不等的电荷包空间分布，然后经读出移位寄存器的移位功能将电信号“图像”转送，并输出放大器输出。依照其光敏元件排列方式的不同，CCD传感器主要分为线阵、面阵两种。 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） 在非电量的测量中，CCD传感器的主要用途大致可归纳为以下三个方面： 1）组成测试仪器，可以测量物位、尺寸、工件损伤、自动焦点等。 2）用作光学信息处理装置的输入环节，例如用于传真技术、光学文字识别技术(OCR)与图像识别技术、光谱测量及空间遥感技术、机器人视觉技术等方面。 3）作为自动化流水线装置中的敏感器件，例如可用于机床、自动售货机、自动搬运车以及自动监视装置等方面。 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） 当所用光源含红外光时，可在透镜与传感器之间加红外滤光片。若所用光源过强时，可再加一滤光片。 利用几何光学知识，可以很容易地推导出被测对象长度L与系统诸参数之间的关系： 3.9.4 电荷耦合器件（CCD） 3.9.5 光电式传感器 光电式传感器的工作原理如图3.84所示。首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电传感元件变换成电信号。 这种传感器具有结构简单、隔离性能好、可靠性高、体积小、重量轻、价廉、灵敏度高和反应快等优点。在自动化、检测技术领域