第8章光電傳感器

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：概述概述光信號(hào)光信號(hào)光電傳感器光電傳感器電信號(hào)電信號(hào)概述概述光電開關(guān)概述概述光柵光柵光電開關(guān)光電開關(guān)光敏電阻光敏電阻光光電電鼠鼠標(biāo)標(biāo)光敏管光敏管 8. 1 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光敏器件主要利用各種光敏器件主要利用各種光電效應(yīng)光電效應(yīng)J 光電效應(yīng)可分為：光電效應(yīng)可分為： 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)。 Ehh 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) ( ) 光的頻率（光的頻率（Hz） 每個(gè)光子具有能量每個(gè)光子具有能量

2、 J.S1/波長(zhǎng)短，頻率高，能量波長(zhǎng)短，頻率高，能量大。式中：式中： 入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電子與光強(qiáng)成正比入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電子與光強(qiáng)成正比 。 光照射物體時(shí)電子吸收入射光子的光照射物體時(shí)電子吸收入射光子的能量能量 ，當(dāng)物體吸入的能量超出物體當(dāng)物體吸入的能量超出物體逸出功逸出功A A 時(shí)，時(shí)，電子就會(huì)逸出物體表面，產(chǎn)生電子就會(huì)逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射光電子發(fā)射。 超出的能量就表現(xiàn)在電子逸出的動(dòng)能上。超出的能量就表現(xiàn)在電子逸出的動(dòng)能上。 能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于光子的能量是光子的能量是否大于物體表面的電子逸出功。否大于物體表面的電子逸出功。2

3、012EhmvA 每個(gè)光子具有的能量可每個(gè)光子具有的能量可由能量守恒定律由能量守恒定律表示為表示為2012mv 為一個(gè)電子逸出的動(dòng)能（能量）；為一個(gè)電子逸出的動(dòng)能（能量）； m 為電子質(zhì)量為電子質(zhì)量 ，0電子逸出物體表面時(shí)的速度；電子逸出物體表面時(shí)的速度； A 為電子的逸出功。為電子的逸出功。 ( (愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程) )外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)光電子光電子光照射光照射e入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)。這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導(dǎo)體都有，在入射光作用下這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導(dǎo)體都有，在入射光作用下電子吸收光子能

4、量電子吸收光子能量，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶過(guò)度到自由狀，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶過(guò)度到自由狀態(tài)，同時(shí)價(jià)帶也因此形成自由空穴，使導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空態(tài)，同時(shí)價(jià)帶也因此形成自由空穴，使導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴濃度增大引起穴濃度增大引起電阻率減小電阻率減小。8.1.2 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 為使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，為使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，入射光子的能量應(yīng)大于禁帶入射光子的能量應(yīng)大于禁帶 寬度的能量寬度的能量 E0Eg基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻光敏電阻。1 1）光電導(dǎo)效應(yīng)）光電導(dǎo)效應(yīng) 為什么為什么PN結(jié)會(huì)因光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)呢？結(jié)會(huì)因光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)呢？PN- - - -+

5、 + + +- -+ +光源下面分兩種情況討論：下面分兩種情況討論：2 2） 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材料吸收光能后，在料吸收光能后，在PN結(jié)上結(jié)上 產(chǎn)生產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。的效應(yīng)。 當(dāng)光照射在當(dāng)光照射在P-N結(jié)時(shí)，如果光電子能量足夠大，就可結(jié)時(shí)，如果光電子能量足夠大，就可激發(fā)出電子激發(fā)出電子空穴對(duì)，在空穴對(duì)，在P-N結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下空穴結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下空穴移向移向P區(qū)，而電子移向區(qū)，而電子移向N區(qū)，使區(qū)，使P區(qū)和區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電區(qū)之間產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓就是壓，這個(gè)電壓就是光生電動(dòng)勢(shì)光生電動(dòng)勢(shì). 基于這種效應(yīng)的器件有基于這種效應(yīng)的器件有光電池。光電池

6、。0SkT PUPhc IchkT s，光生電壓與光功率 、波長(zhǎng) 成正比光速、 普朗克常數(shù)、 、 ，為常數(shù)， 絕對(duì)溫度，I暗電流 二極管二極管PN結(jié)開路電壓有結(jié)開路電壓有PN電子電子空穴空穴- - - -+ + + +- -+ +光源2 2） 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 無(wú)光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很??；無(wú)光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小； 有光照時(shí)，產(chǎn)生光生電子有光照時(shí)，產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，在外電場(chǎng)作用下，空穴對(duì)，在外電場(chǎng)作用下，光生電子光生電子N，空穴，空穴P 運(yùn)動(dòng)，形成光電流運(yùn)動(dòng)，形成光電流Ig。- -+ + 處于反偏時(shí)的處于反偏時(shí)的P-N結(jié)結(jié)（給（給P-N結(jié)加電場(chǎng)）結(jié)加電場(chǎng)） 電流

7、方向與反向電流一致，電流方向與反向電流一致， 光照強(qiáng)光電流越大。光照強(qiáng)光電流越大。 具有這種性能的器件有：具有這種性能的器件有： 光敏二極管光敏二極管、光敏晶體管光敏晶體管 從原理上講，不加偏壓的光從原理上講，不加偏壓的光 電二極管就是光電池。電二極管就是光電池。 光敏二極管通常光敏二極管通常加反向電壓。加反向電壓。PN電子電子空穴空穴- - - -+ + + +光源IgIgE E2 2） 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)8.2 光電器件光電器件 8.2.1 光電管光電管RLUI 光強(qiáng) 光電管是一個(gè)抽真空或充惰性氣體的玻璃管，內(nèi)部有光光電管是一個(gè)抽真空或充惰性氣體的玻璃管，內(nèi)部有光陰極陰極K、陽(yáng)極、陽(yáng)

8、極A，光陰極涂有光敏材料；，光陰極涂有光敏材料； 當(dāng)光線照射在光敏材料上時(shí)，如果光子的能量當(dāng)光線照射在光敏材料上時(shí)，如果光子的能量E大于電大于電子的逸出功子的逸出功A（EA），會(huì)有電子逸出產(chǎn)生光電子發(fā)射），會(huì)有電子逸出產(chǎn)生光電子發(fā)射. 電子被帶有正電的陽(yáng)極電子被帶有正電的陽(yáng)極吸引在光電管內(nèi)形成電吸引在光電管內(nèi)形成電子流，電流在回路電子流，電流在回路電阻阻 RL上產(chǎn)生正比于電流大上產(chǎn)生正比于電流大小的壓降。小的壓降。8.2.1 光電管光電管 光電管主要用于：分析儀器和各種光電管主要用于：分析儀器和各種自動(dòng)控制裝置；如，分光光度計(jì)、自動(dòng)控制裝置；如，分光光度計(jì)、光電比色計(jì)等光電比色計(jì)等 8.2.1

9、 光電管光電管電子管電子管光電管外殼不透明光電管外殼不透明 光照很弱時(shí)，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常光照很弱時(shí)，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。常使用光電倍增管。 光電倍增管是利用光電倍增管是利用二次電子釋放二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進(jìn)行放大。體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進(jìn)行放大。8.2.2 光電倍增管光電倍增管光電倍增管與普通光電管不同光電倍增管與普通光電管不同,在光陰極和陽(yáng)極之間加了在光陰極和陽(yáng)極之間加了許多許多倍增極倍增極（10級(jí)左右），在陽(yáng)極和陰極之間加有幾級(jí)左右），在陽(yáng)極和陰極之間加有

10、幾百上千伏的高壓，每個(gè)倍增極間分壓有百上千伏的高壓，每個(gè)倍增極間分壓有100200V；光電倍增管的電流增益很大在光電倍增管的電流增益很大在105106之間。倍增極外加之間。倍增極外加電壓電壓Ud與與增益增益G的關(guān)系近似為：的關(guān)系近似為：NdGKUKN8.2.2 光電倍增管光電倍增管光電倍增管不能直接受強(qiáng)光照光電倍增管不能直接受強(qiáng)光照射射,否則會(huì)損壞否則會(huì)損壞.通常密封使用。通常密封使用。式中：式中： 常數(shù)常數(shù) 倍增極數(shù)倍增極數(shù) 上式可見(jiàn)，倍增級(jí)外加電壓上式可見(jiàn)，倍增級(jí)外加電壓Ud的變化將引起光電倍的變化將引起光電倍增管增益的變化，因此對(duì)供給光電倍增管的電源電增管增益的變化，因此對(duì)供給光電倍增管

11、的電源電壓要求較高，必須有極好的穩(wěn)定性。壓要求較高，必須有極好的穩(wěn)定性。 射線儀器的電源穩(wěn)定性要求較高，為減少光電倍增射線儀器的電源穩(wěn)定性要求較高，為減少光電倍增管受溫度影響，也可以采用穩(wěn)譜裝置，在核探測(cè)技管受溫度影響，也可以采用穩(wěn)譜裝置，在核探測(cè)技術(shù)中術(shù)中“穩(wěn)譜穩(wěn)譜”是數(shù)據(jù)分析的一個(gè)重要內(nèi)容。是數(shù)據(jù)分析的一個(gè)重要內(nèi)容。/(/)ddG GNUU 增益變化與外加電壓（電源）有關(guān)增益變化與外加電壓（電源）有關(guān)8.2.2 光電倍增管光電倍增管 譜線漂移曲線可見(jiàn)，儀器穩(wěn)定性與光電倍增管的性能指譜線漂移曲線可見(jiàn)，儀器穩(wěn)定性與光電倍增管的性能指標(biāo)、參數(shù)密切相關(guān)。標(biāo)、參數(shù)密切相關(guān)。 光電倍增管受溫度的影響是

12、比較復(fù)雜的光電倍增管受溫度的影響是比較復(fù)雜的, ,溫度影響程度溫度影響程度與入射光線的波長(zhǎng)有關(guān)與入射光線的波長(zhǎng)有關(guān), ,同一只管子波長(zhǎng)不同同一只管子波長(zhǎng)不同, ,同樣溫度同樣溫度條件下影響不同條件下影響不同. .核探測(cè)器的溫度影響和譜線漂移核探測(cè)器的溫度影響和譜線漂移8.2.2 光電倍增管光電倍增管陽(yáng)陽(yáng)極極電電流流溫度溫度( () )紅光紅光藍(lán)光藍(lán)光基于光電倍增管的輸入設(shè)備滾筒掃描儀基于光電倍增管的輸入設(shè)備滾筒掃描儀X X射線熒光儀閃爍探測(cè)器射線熒光儀閃爍探測(cè)器8.2.2 光電倍增管光電倍增管 光電倍增管的陰極前面放一塊閃爍體就可構(gòu)成閃爍計(jì)數(shù)器光電倍增管的陰極前面放一塊閃爍體就可構(gòu)成閃爍計(jì)數(shù)器

13、. 能譜儀、能譜儀、X 射線熒光儀等核儀器中的射線熒光儀等核儀器中的閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器使用的使用的光電倍增管做光電轉(zhuǎn)換元件。光電倍增管做光電轉(zhuǎn)換元件。8.2.2 光電倍增管光電倍增管 光敏電阻的工作原理是光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)基于光電導(dǎo)效應(yīng) 光敏電阻結(jié)構(gòu)光敏電阻結(jié)構(gòu) 是在玻璃底版上涂一層對(duì)光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端是在玻璃底版上涂一層對(duì)光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端 有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。光敏電阻結(jié)構(gòu)光敏電阻結(jié)構(gòu)8.2.3 光敏電阻光敏電阻光敏電阻符號(hào)光敏電阻符號(hào)光導(dǎo)體光導(dǎo)體8.2.3 光敏電阻光敏電阻演示演示 光敏電阻光

14、照特性光敏電阻光照特性 無(wú)無(wú)光照光照時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值；時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值； 有光照有光照時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低；時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低； 光照停止光照停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。光敏電阻主要參數(shù)光敏電阻主要參數(shù) 暗電阻暗電阻、暗電流暗電流, ,無(wú)光照時(shí)的電阻、電流；無(wú)光照時(shí)的電阻、電流； 亮電阻亮電阻、亮電流亮電流, ,受光照時(shí)的阻值、電流；受光照時(shí)的阻值、電流； 亮電流亮電流與與暗電流暗電流之差稱之差稱光電流光電流。8.2.3 光敏電阻光敏電阻1.1.伏安特性伏安特性 給定光照度給定光照

15、度，電壓越大光電流越大；，電壓越大光電流越大； 給定偏壓給定偏壓，光照越大光電流越大；，光照越大光電流越大； 光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲、光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲、 無(wú)飽和，但受最大功耗限制。無(wú)飽和，但受最大功耗限制。光敏電阻伏安特性光敏電阻伏安特性8.2.3 光敏電阻光敏電阻 基本特性基本特性 光照度為單位面積的光通量光照度為單位面積的光通量 Lx = lm（流明）（流明）/s 光敏電阻光敏電阻靈敏度靈敏度與入射與入射波長(zhǎng)波長(zhǎng)有關(guān)有關(guān); 靈敏度與半導(dǎo)體靈敏度與半導(dǎo)體摻雜摻雜的材料有關(guān)，的材料有關(guān)，圖例中材料與相對(duì)靈敏度峰位波長(zhǎng)圖例中材料與相對(duì)靈敏度峰位波長(zhǎng)硫化鎘（硫化鎘（CdS）0.3

16、0.8 (m)硫化鉛（硫化鉛（PbS）1.03.5 (m)硫化鉈（硫化鉈（TlS）1.07.3 (m) 光敏電阻的光譜特性光敏電阻的光譜特性與波長(zhǎng)和材料與波長(zhǎng)和材料8.2.3 光敏電阻光敏電阻2.光譜特性光譜特性溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應(yīng)。溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應(yīng)。溫度溫度T上升上升，波長(zhǎng)波長(zhǎng)變短，曲線向左移動(dòng)。變短，曲線向左移動(dòng)。 光敏電阻溫度特性光敏電阻溫度特性8.2.3 光敏電阻光敏電阻3.溫度特性溫度特性幾種光敏電阻的特性參數(shù)幾種光敏電阻的特性參數(shù)有光照時(shí)有光照時(shí)，光敏電阻，光敏電阻RgRg下降下降, ,繼電器斷開繼電器斷開; ; 無(wú)光照時(shí)無(wú)光

17、照時(shí)，光敏電阻，光敏電阻RgRg上升上升,V,VDW1DW1反向飽和導(dǎo)通反向飽和導(dǎo)通, ,繼電器閉合繼電器閉合. .光敏電阻開關(guān)控制電路光敏電阻開關(guān)控制電路Rg磁電式磁電式繼電器繼電器8.2.3 8.2.3 光敏電阻光敏電阻應(yīng)用應(yīng)用白天白天Rg小，小，VT2導(dǎo)通導(dǎo)通VT3截止截止VT4導(dǎo)通，晶閘管導(dǎo)通，晶閘管VS截止截止H滅；滅；晚上晚上Rg大，大，VT2截止失去對(duì)截止失去對(duì)VT3控制，控制，VT3由由VT1控制，待機(jī)控制，待機(jī);晚上晚上壓電陶瓷片壓電陶瓷片B 接收聲音觸發(fā)信號(hào)，接收聲音觸發(fā)信號(hào)，VT3導(dǎo)通導(dǎo)通VT4截止，晶閘管截止，晶閘管VS導(dǎo)通燈導(dǎo)通燈亮亮 ；同時(shí)整流壓降突然下降，；同時(shí)整

18、流壓降突然下降，VT3集電極保持低電壓，使集電極保持低電壓，使VS處于導(dǎo)通狀態(tài)處于導(dǎo)通狀態(tài);HVSVSB 光敏電阻在聲光控開關(guān)中的應(yīng)用光敏電阻在聲光控開關(guān)中的應(yīng)用H點(diǎn)亮后，點(diǎn)亮后，C3經(jīng)電阻緩慢放電，直到不再維持經(jīng)電阻緩慢放電，直到不再維持VT4截止。調(diào)節(jié)截止。調(diào)節(jié)C3可調(diào)節(jié)燈亮可調(diào)節(jié)燈亮?xí)r間時(shí)間.HVSVSB光敏電阻在聲光控開關(guān)中的應(yīng)用光敏電阻在聲光控開關(guān)中的應(yīng)用 光敏晶體管包括光敏晶體管包括光敏二極管光敏二極管和和光敏三極管光敏三極管，其工作，其工作原理主要基于原理主要基于光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)。 光敏晶體管特點(diǎn)：光敏晶體管特點(diǎn)： 響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)好、靈敏度高、可靠性高響應(yīng)速度快、頻

19、率響應(yīng)好、靈敏度高、可靠性高; ; 廣泛應(yīng)用于可見(jiàn)光和遠(yuǎn)紅外探測(cè)，以及自動(dòng)控制、廣泛應(yīng)用于可見(jiàn)光和遠(yuǎn)紅外探測(cè)，以及自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域和裝置。自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域和裝置。8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管 結(jié)構(gòu)：與一般二極管相似，它們都有一個(gè)結(jié)構(gòu)：與一般二極管相似，它們都有一個(gè)PN結(jié)，結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。 為了提高轉(zhuǎn)換效率有大面積受光，為了提高轉(zhuǎn)換效率有大面積受光，光敏二極管光敏二極管P-N結(jié)結(jié)面積面積比一般二極管大。比一般二極管大。硅光敏二極管結(jié)構(gòu)硅光敏二極管結(jié)構(gòu) + -+ -+ -光敏二極管光敏二極管電路符號(hào)電路符號(hào)8.2.4 光

20、敏晶體管光敏晶體管1）光敏二極管）光敏二極管1）光敏二極管）光敏二極管 光敏二極管光敏二極管工作原理工作原理： 光敏二極管在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)，光敏二極管在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)， 無(wú)光照無(wú)光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很??；時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小； 有光照有光照時(shí)，時(shí)，P-NP-N結(jié)處產(chǎn)生光生電子結(jié)處產(chǎn)生光生電子- -空穴對(duì)；空穴對(duì)； 在電場(chǎng)作用下形成光電流，在電場(chǎng)作用下形成光電流， 光照越強(qiáng)光電流越大；光照越強(qiáng)光電流越大； 光電流方向與反向電流一致光電流方向與反向電流一致。 光敏二極管基本電路光敏二極管基本電路 RE EDgDgI8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管+ -發(fā)

21、光二極管與光敏二極管工作原理不同，發(fā)光二極管是利用發(fā)光二極管與光敏二極管工作原理不同，發(fā)光二極管是利用固體材料發(fā)光（電致發(fā)光），加正向電壓時(shí)，固體材料發(fā)光（電致發(fā)光），加正向電壓時(shí)，P-N結(jié)的電子和結(jié)的電子和空穴在結(jié)合過(guò)程中發(fā)射一定頻率的光信號(hào)?？昭ㄔ诮Y(jié)合過(guò)程中發(fā)射一定頻率的光信號(hào)。 材料不同發(fā)光顏色不同，是一種將材料不同發(fā)光顏色不同，是一種將電能電能光能光能的器件；的器件； + +- - -+ +光敏二極管符號(hào)光敏二極管符號(hào) 發(fā)光二極管符號(hào)發(fā)光二極管符號(hào)8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管 發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED ）與）與光敏二極管光敏二極管發(fā)光二極管工作時(shí)加發(fā)光二極管工作時(shí)加正向電壓，正

22、向電壓，光敏二極管工作時(shí)加光敏二極管工作時(shí)加反向電壓反向電壓。 光敏二極管光敏二極管基本特性基本特性1.1.光照特性光照特性 硅光敏二極管在小負(fù)載電阻情況下，硅光敏二極管在小負(fù)載電阻情況下， 光電流與照度成線性關(guān)系。光電流與照度成線性關(guān)系。 2.2.光譜特性（硅光敏管為例光譜特性（硅光敏管為例) )當(dāng)入射當(dāng)入射波長(zhǎng)波長(zhǎng)0.9m時(shí)，響應(yīng)逐漸時(shí)，響應(yīng)逐漸下降，雖光波長(zhǎng)短能量大，但光下降，雖光波長(zhǎng)短能量大，但光穿穿透深度小透深度小，使光電流減??；，使光電流減小；當(dāng)入射當(dāng)入射波長(zhǎng)波長(zhǎng)0.9m時(shí)，響應(yīng)下降時(shí)，響應(yīng)下降是因波長(zhǎng)長(zhǎng)光子能量小，當(dāng)小于禁是因波長(zhǎng)長(zhǎng)光子能量小，當(dāng)小于禁帶寬度時(shí)帶寬度時(shí) 不產(chǎn)生電子

23、、空穴對(duì)。不產(chǎn)生電子、空穴對(duì)。8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管/Ehh3.3.伏安特性伏安特性 當(dāng)反向偏壓較低時(shí)，光電流隨電壓變化比較敏感，隨反當(dāng)反向偏壓較低時(shí)，光電流隨電壓變化比較敏感，隨反向偏壓的加大，反向電流趨于飽和，這時(shí)光生電流與所加偏向偏壓的加大，反向電流趨于飽和，這時(shí)光生電流與所加偏壓幾乎無(wú)關(guān)，只取決于光照強(qiáng)度。壓幾乎無(wú)關(guān)，只取決于光照強(qiáng)度。4.4.溫度特性溫度特性 由于反向飽和電流與溫度密切有關(guān)，因此光敏二極管的由于反向飽和電流與溫度密切有關(guān)，因此光敏二極管的暗電流對(duì)溫度變化很敏感。暗電流對(duì)溫度變化很敏感。 5.5.頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)光敏管的頻率響應(yīng)是指光敏管輸出的光電流隨頻率的變

24、化光敏管的頻率響應(yīng)是指光敏管輸出的光電流隨頻率的變化關(guān)系。關(guān)系。光敏管的頻率響應(yīng)與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以光敏管的頻率響應(yīng)與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān)。及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān)。光敏二極管頻率響應(yīng)曲線光敏二極管頻率響應(yīng)曲線 8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管圖中圖中硅硅光敏二極管頻率響應(yīng)曲線光敏二極管頻率響應(yīng)曲線說(shuō)明，說(shuō)明，調(diào)制頻率高于調(diào)制頻率高于1000Hz1000Hz時(shí)，時(shí)，光敏晶體管靈敏度急劇下降。光敏晶體管靈敏度急劇下降。硅光敏二極管基本參數(shù)硅光敏二極管基本參數(shù) 結(jié)構(gòu)：與普通晶體管不同的是，光敏晶體管是將結(jié)構(gòu)：與普通晶體管不同的是，光敏晶體管是將基極基極

25、集電極集電極(集電結(jié)集電結(jié))作為光敏二極管（控制結(jié)），集電結(jié)做受作為光敏二極管（控制結(jié)），集電結(jié)做受光結(jié)，另外發(fā)射極的尺寸做的很大，以擴(kuò)大光照面積。光結(jié)，另外發(fā)射極的尺寸做的很大，以擴(kuò)大光照面積。 大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)引線，無(wú)論大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)引線，無(wú)論NPN、PNP一般一般集電結(jié)加反偏。玻璃封裝上有個(gè)小孔，讓光照射到基區(qū)。集電結(jié)加反偏。玻璃封裝上有個(gè)小孔，讓光照射到基區(qū)。光光敏敏三三極極管管結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) NNPc cb be e電路電路符號(hào)符號(hào)8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管2）光敏三極管）光敏三極管2）光敏三極管）光敏三極管 硅（硅（Si Si）光敏三極管）光敏三極管0gCLLUI

26、 Ri R晶體管電流放大系數(shù)電流晶體管電流放大系數(shù)電流ig與光強(qiáng)有關(guān)與光強(qiáng)有關(guān)NNPc cb be e+ +- -光敏三極管光敏三極管等效電路等效電路 在負(fù)載電阻上的輸出電壓為在負(fù)載電阻上的輸出電壓為光敏晶體極管一般是光敏晶體極管一般是NPN結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)；光照射在集電結(jié)的基區(qū)產(chǎn)生光生電子光照射在集電結(jié)的基區(qū)產(chǎn)生光生電子-空穴，空穴，在電場(chǎng)作用下，光生電子被拉向集電極，在電場(chǎng)作用下，光生電子被拉向集電極，基區(qū)留下正電荷（空穴），使基極與發(fā)射極之間的電壓升高；基區(qū)留下正電荷（空穴），使基極與發(fā)射極之間的電壓升高；同時(shí)發(fā)射極大量電子經(jīng)基極流向集電極，形成三極管輸出電流，同時(shí)發(fā)射極大量電子經(jīng)基極流向集電極

27、，形成三極管輸出電流，使晶體管具有電流增益。使晶體管具有電流增益。由伏安特性曲線可見(jiàn)光敏晶體管對(duì)光信號(hào)具有放大作用由伏安特性曲線可見(jiàn)光敏晶體管對(duì)光信號(hào)具有放大作用光敏晶體管伏安特性曲線光敏晶體管伏安特性曲線8.2.4 8.2.4 光敏晶體管光敏晶體管 光敏晶體管伏安特性光敏晶體管伏安特性光敏晶體管的光譜特性光敏晶體管的光譜特性 硅材料的光敏管峰值波長(zhǎng)在硅材料的光敏管峰值波長(zhǎng)在0.9m附近（可見(jiàn)光）附近（可見(jiàn)光） 靈敏度最大；靈敏度最大； 探測(cè)探測(cè)可見(jiàn)光可見(jiàn)光或或赤熱狀赤熱狀物體時(shí)波長(zhǎng)短，一般物體時(shí)波長(zhǎng)短，一般用用硅管硅管負(fù)載電壓：負(fù)載電壓：30V,負(fù)載電流：最負(fù)載電流：最大大200mA，殘留電

28、壓：最大，殘留電壓：最大1V連接連接電纜連接電纜連接保護(hù)電路保護(hù)電路反極性保護(hù)反極性保護(hù),短路保護(hù)短路保護(hù)環(huán)境濕度環(huán)境濕度使用時(shí)使用時(shí) : 35 to 85% RH 存儲(chǔ)時(shí)存儲(chǔ)時(shí) : 35 to 90% RH環(huán)境溫度環(huán)境溫度使用時(shí)使用時(shí) : -20 to +65( 未結(jié)冰狀態(tài)下未結(jié)冰狀態(tài)下 )儲(chǔ)存時(shí)儲(chǔ)存時(shí) : -35 to +70 (未結(jié)冰狀態(tài)下未結(jié)冰狀態(tài)下 )透射式透射式反射式反射式 反射式、透射式光電開關(guān)檢測(cè)物體方法反射式、透射式光電開關(guān)檢測(cè)物體方法計(jì)數(shù)與標(biāo)記位置檢測(cè)方法計(jì)數(shù)與標(biāo)記位置檢測(cè)方法 目標(biāo)位置檢測(cè)方法目標(biāo)位置檢測(cè)方法 工件檢測(cè)方法工件檢測(cè)方法當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)，一個(gè)壓力波會(huì)沿著動(dòng)脈血管

29、以每秒幾米的速度傳遞。當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)，一個(gè)壓力波會(huì)沿著動(dòng)脈血管以每秒幾米的速度傳遞。這個(gè)壓力波會(huì)引起人體組織毛細(xì)血管中血流量的變化，可記錄出脈波。這個(gè)壓力波會(huì)引起人體組織毛細(xì)血管中血流量的變化，可記錄出脈波。光學(xué)測(cè)量法是，在一個(gè)夾子的兩邊分別裝一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)光敏光學(xué)測(cè)量法是，在一個(gè)夾子的兩邊分別裝一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)光敏電阻，然后夾在耳垂上。電阻，然后夾在耳垂上。心臟壓力波引起的毛細(xì)血管中血流量的變化導(dǎo)致耳垂的透光率不同，心臟壓力波引起的毛細(xì)血管中血流量的變化導(dǎo)致耳垂的透光率不同，使光敏電阻的阻值變化，阻值的變化周期就是每秒心跳的次數(shù)。使光敏電阻的阻值變化，阻值的變化周期就是每秒心跳的次數(shù)

30、。心臟跳動(dòng)測(cè)量傳感器（光敏電阻受光）心臟跳動(dòng)測(cè)量傳感器（光敏電阻受光）按照電路圖接測(cè)量電路，制作出簡(jiǎn)易傳感器，經(jīng)采樣、波按照電路圖接測(cè)量電路，制作出簡(jiǎn)易傳感器，經(jīng)采樣、波形和頻譜分析，然后可以用它測(cè)量自己的心臟跳動(dòng)頻率。形和頻譜分析，然后可以用它測(cè)量自己的心臟跳動(dòng)頻率。 心臟跳動(dòng)測(cè)量傳感器（光敏電阻受光）心臟跳動(dòng)測(cè)量傳感器（光敏電阻受光）心臟跳動(dòng)測(cè)量傳感器（光電晶體管受光）心臟跳動(dòng)測(cè)量傳感器（光電晶體管受光）煙霧測(cè)量傳感器（光電晶體管受光）煙霧測(cè)量傳感器（光電晶體管受光）小小車車行行駛駛路路線線 2003 2003年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽題目：年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽題目： 自動(dòng)尋跡小車自動(dòng)尋

31、跡小車傳感器安裝位置傳感器安裝位置自動(dòng)尋跡避障小車自動(dòng)尋跡避障小車反射式紅外光電（開關(guān)）傳感器應(yīng)用反射式紅外光電（開關(guān)）傳感器應(yīng)用 障礙傳感器安裝位置障礙傳感器安裝位置 速度傳感器安裝位置速度傳感器安裝位置自動(dòng)尋跡、避障小車檢測(cè)方法自動(dòng)尋跡、避障小車檢測(cè)方法可設(shè)計(jì)為自動(dòng)存儲(chǔ)記憶可設(shè)計(jì)為自動(dòng)存儲(chǔ)記憶尋跡傳感器安裝位置尋跡傳感器安裝位置 尋跡過(guò)程中的常見(jiàn)的情況尋跡過(guò)程中的常見(jiàn)的情況 反射式紅外傳感器工作原理和電路形式反射式紅外傳感器工作原理和電路形式FS-1WF-045W反射式光電開關(guān)應(yīng)用反射式光電開關(guān)應(yīng)用8.3 8.3 光柵式傳感器光柵式傳感器v 光柵是一種光學(xué)元件，用于測(cè)量的光柵稱為計(jì)量光柵。

32、光柵是一種光學(xué)元件，用于測(cè)量的光柵稱為計(jì)量光柵。v 光柵是光柵是光柵尺光柵尺的簡(jiǎn)稱。光柵尺是一塊尺子，尺面上刻的簡(jiǎn)稱。光柵尺是一塊尺子，尺面上刻有排列規(guī)則和形狀規(guī)則的刻線。有排列規(guī)則和形狀規(guī)則的刻線。v 光柵式傳感器主要用于光柵式傳感器主要用于高精度的機(jī)械位移測(cè)量高精度的機(jī)械位移測(cè)量以及精以及精密測(cè)量系統(tǒng)的傳感裝置。密測(cè)量系統(tǒng)的傳感裝置。v 光柵式傳感器的特點(diǎn)：精度高；可實(shí)現(xiàn)光柵式傳感器的特點(diǎn)：精度高；可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量；大量程測(cè)量兼有高分辨率；具有較強(qiáng)的抗干擾能力。大量程測(cè)量兼有高分辨率；具有較強(qiáng)的抗干擾能力。8.3 8.3 光柵式傳感器光柵式傳感器8.3.1 計(jì)量光柵的種類計(jì)量光柵的種

33、類 長(zhǎng)長(zhǎng)光柵，用于長(zhǎng)度或直線位光柵，用于長(zhǎng)度或直線位移的測(cè)量，刻線相互平行；移的測(cè)量，刻線相互平行； 圓光柵，用來(lái)測(cè)量角度或角圓光柵，用來(lái)測(cè)量角度或角位移，在圓盤玻璃上刻線；位移，在圓盤玻璃上刻線； 根據(jù)光柵用途的不同，可將光柵尺分為根據(jù)光柵用途的不同，可將光柵尺分為長(zhǎng)光柵尺（用作線值測(cè)量），圓光柵盤：長(zhǎng)光柵尺（用作線值測(cè)量），圓光柵盤：8.3.1 計(jì)量光柵的種類計(jì)量光柵的種類長(zhǎng)長(zhǎng)光光柵柵圓圓光光柵柵在玻璃板上設(shè)計(jì)，其中透光縫寬為在玻璃板上設(shè)計(jì)，其中透光縫寬為b ，不透光線寬為，不透光線寬為 a ，一般情況下，光柵的透光縫寬等于不透光的線寬，即一般情況下，光柵的透光縫寬等于不透光的線寬，即a=

34、b。圖中圖中W = a + b，稱為（光柵節(jié)距或光柵常數(shù)）。，稱為（光柵節(jié)距或光柵常數(shù)）。光柵柵距是光柵尺的重要參數(shù)。光柵柵距是光柵尺的重要參數(shù)。 長(zhǎng)光柵尺的設(shè)計(jì)：長(zhǎng)光柵尺的設(shè)計(jì)：8.3.2 莫爾條紋莫爾條紋W = a + b 光柵柵距光柵柵距 形成莫爾條紋的光學(xué)原理形成莫爾條紋的光學(xué)原理8.3.2 莫爾條紋莫爾條紋莫爾條紋通常是由兩塊光柵（莫爾條紋通常是由兩塊光柵（標(biāo)尺標(biāo)尺光柵、光柵、指示指示光柵）疊合光柵）疊合而成的，為了避免摩擦，光柵之間留有間隙，而成的，為了避免摩擦，光柵之間留有間隙，兩光柵的柵線透光部分與透光部分疊加；兩光柵的柵線透光部分與透光部分疊加；光線透過(guò)透光部分光線透過(guò)透光部

35、分形成形成亮帶亮帶；光柵不；光柵不透光部分疊加，互透光部分疊加，互相遮擋，形成相遮擋，形成暗帶暗帶. .這種由光柵重疊形這種由光柵重疊形成的光學(xué)圖案稱為成的光學(xué)圖案稱為莫爾條紋莫爾條紋。 122212122cosWWBWWWW2W1W 標(biāo)尺光柵常數(shù)標(biāo)尺光柵常數(shù) 指示光柵常數(shù)指示光柵常數(shù) 兩光柵的夾角兩光柵的夾角式中：式中：8.3.2 莫爾條紋莫爾條紋 長(zhǎng)光柵莫爾條紋的周期（長(zhǎng)光柵莫爾條紋的周期（條紋間距條紋間距B）8.3.2 莫爾條紋莫爾條紋 長(zhǎng)光柵莫爾條紋的周期演示長(zhǎng)光柵莫爾條紋的周期演示http:/ 長(zhǎng)光柵橫向莫爾條紋長(zhǎng)光柵橫向莫爾條紋莫爾條紋的重要特性：莫爾條紋的重要特性： 運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系

36、運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系：主光柵向右運(yùn)動(dòng)一個(gè)柵距：主光柵向右運(yùn)動(dòng)一個(gè)柵距W1時(shí)時(shí)(W0.005mm)， 莫爾條紋向下移動(dòng)一個(gè)條紋間距莫爾條紋向下移動(dòng)一個(gè)條紋間距B ;8.3.2 莫爾條紋莫爾條紋位移放大作用：位移放大作用：兩光柵夾角很小，若兩光柵夾角很小，若W1=W2 ，莫爾條紋得近似關(guān)系莫爾條紋得近似關(guān)系B W /；莫爾條紋放大倍數(shù)為莫爾條紋放大倍數(shù)為1/。雖柵距很小但莫爾條紋清楚可見(jiàn)；雖柵距很小但莫爾條紋清楚可見(jiàn)；誤差平均效應(yīng)：誤差平均效應(yīng)：莫爾條紋的大柵莫爾條紋的大柵線對(duì)光柵刻劃誤差有平均作用線對(duì)光柵刻劃誤差有平均作用.122212122cosWWBWWWW光柵測(cè)量裝置是指利用光柵原理對(duì)輸入量（位移

37、量）光柵測(cè)量裝置是指利用光柵原理對(duì)輸入量（位移量）進(jìn)行轉(zhuǎn)換、顯示的整個(gè)測(cè)量裝置。包含三大部分：進(jìn)行轉(zhuǎn)換、顯示的整個(gè)測(cè)量裝置。包含三大部分： 光柵光學(xué)系統(tǒng)；光柵光學(xué)系統(tǒng)； 實(shí)現(xiàn)細(xì)分、辨向和顯示等功能的電子系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)細(xì)分、辨向和顯示等功能的電子系統(tǒng)； 相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 v 光柵傳感器構(gòu)成原理：光柵傳感器構(gòu)成原理：光柵式傳感器又稱光柵式讀數(shù)頭，光柵式傳感器又稱光柵式讀數(shù)頭，由由標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵、指示光柵指示光柵、光路系統(tǒng)光路系統(tǒng)和和光電元件光電元件等組成。等組成。8.3.3 光柵傳感器光柵傳感器 光柵傳感器構(gòu)成原理光柵傳感器構(gòu)成原理 光柵傳感器構(gòu)成原理光柵傳感器構(gòu)成原理8.3.3 光

38、柵傳感器光柵傳感器 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭主要由光柵讀數(shù)頭主要由標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵、指示光柵指示光柵、光路系統(tǒng)光路系統(tǒng)和和光電元件光電元件等等組成。標(biāo)尺光柵的有效長(zhǎng)度即為測(cè)量范圍。組成。標(biāo)尺光柵的有效長(zhǎng)度即為測(cè)量范圍。指示光柵比標(biāo)尺光柵短得多指示光柵比標(biāo)尺光柵短得多，但兩者一般刻有同樣的柵距，使用，但兩者一般刻有同樣的柵距，使用時(shí)兩光柵互相重疊，兩者之間有微小的空隙。時(shí)兩光柵互相重疊，兩者之間有微小的空隙。標(biāo)尺光柵一般固定在被測(cè)物體上，隨被測(cè)物體一起移動(dòng)，其長(zhǎng)度標(biāo)尺光柵一般固定在被測(cè)物體上，隨被測(cè)物體一起移動(dòng)，其長(zhǎng)度取決于測(cè)量范圍，指示光柵相對(duì)于光電元件固定。取決于測(cè)量范圍，指示光柵相對(duì)

39、于光電元件固定。 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭兩條暗帶中心線之間的光強(qiáng)變化是從最暗到漸暗，到兩條暗帶中心線之間的光強(qiáng)變化是從最暗到漸暗，到漸亮，一直到最亮，又從最亮再到最暗的漸變過(guò)程。漸亮，一直到最亮，又從最亮再到最暗的漸變過(guò)程。 主光柵移動(dòng)一個(gè)柵距主光柵移動(dòng)一個(gè)柵距W，光強(qiáng)變化一個(gè)周期，若用光，光強(qiáng)變化一個(gè)周期，若用光電元件接收莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化，則將光信號(hào)電元件接收莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化，則將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，接近于正弦周期函數(shù)。轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，接近于正弦周期函數(shù)。WxUUumoo22sin式中：式中：uo 光電元件輸出的電壓信號(hào)；光電元件輸出的電壓信號(hào)； Uo 輸出信號(hào)中的平均直流分量；

40、輸出信號(hào)中的平均直流分量； Um 輸出信號(hào)中正弦交流分量的幅值輸出信號(hào)中正弦交流分量的幅值相距相距B/4放置四個(gè)光電元件，光柵移動(dòng)時(shí)光的放置四個(gè)光電元件，光柵移動(dòng)時(shí)光的信號(hào)強(qiáng)弱變化信號(hào)強(qiáng)弱變化。 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭光柵位移與光強(qiáng)、輸出電壓的關(guān)系光柵位移與光強(qiáng)、輸出電壓的關(guān)系直接接收式光學(xué)系統(tǒng)可以裝調(diào)成四相型系統(tǒng)。對(duì)于橫向莫爾直接接收式光學(xué)系統(tǒng)可以裝調(diào)成四相型系統(tǒng)。對(duì)于橫向莫爾條紋，為了獲得四相信號(hào)，相距條紋，為了獲得四相信號(hào)，相距B/4放置四個(gè)光電元件；放置四個(gè)光電元件；光電元件可采用四極硅光電池或光敏二極管，并調(diào)整莫爾條光電元件可采用四極硅光電池或光敏二極管，并調(diào)整莫爾條紋的寬度使其和紋的

41、寬度使其和四極硅光電池四極硅光電池的寬度的寬度S相同。相同。 辨向邏輯工作原理辨向邏輯工作原理 光柵測(cè)量電路光柵測(cè)量電路光柵讀數(shù)頭實(shí)現(xiàn)位移量由非電量轉(zhuǎn)換為電量，位移是向量，光柵讀數(shù)頭實(shí)現(xiàn)位移量由非電量轉(zhuǎn)換為電量，位移是向量， 因而對(duì)位移量的測(cè)量除了確定大小之外，還應(yīng)確定其方向。因而對(duì)位移量的測(cè)量除了確定大小之外，還應(yīng)確定其方向。在相隔在相隔BH/4間距的位置上間距的位置上,放置兩個(gè)光電元件放置兩個(gè)光電元件 1和和2，得到兩個(gè)相位差得到兩個(gè)相位差/2的電信的電信號(hào)號(hào)u1和和u2（圖中波形是消除（圖中波形是消除直流分量后的交流分量）直流分量后的交流分量）,經(jīng)過(guò)整形后得兩個(gè)方波信經(jīng)過(guò)整形后得兩個(gè)方波

42、信號(hào)號(hào)u1和和u2。 辨向電路原理辨向電路原理 （1 1）辨向原理）辨向原理 在光柵沿在光柵沿A方向移動(dòng)時(shí)，方向移動(dòng)時(shí)，u1的微分脈沖發(fā)生在的微分脈沖發(fā)生在u2為為“0”電平時(shí)，與門電平時(shí)，與門Y1無(wú)無(wú)脈沖輸出；脈沖輸出；而而u1的反相微分脈沖則發(fā)的反相微分脈沖則發(fā)生在生在u2的的“1”電平時(shí)，與電平時(shí)，與門門Y2輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)光柵沿當(dāng)光柵沿A方向移動(dòng)時(shí)，方向移動(dòng)時(shí)，u1經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖, 正好發(fā)生在正好發(fā)生在u2的的“1”電平時(shí)，從而經(jīng)電平時(shí)，從而經(jīng)Y1輸出一個(gè)計(jì)數(shù)輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖；脈沖； 而而u1經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈沖，則與經(jīng)反相并微分

43、后產(chǎn)生的脈沖，則與u2的的“0”電平相遇，與門電平相遇，與門Y2被阻塞無(wú)脈沖輸出。被阻塞無(wú)脈沖輸出。 光柵測(cè)量電路光柵測(cè)量電路辨向電路原理框圖辨向電路原理框圖 （1 1）辨向原理）辨向原理 用用u2的電平狀態(tài)作為與門的控制信號(hào)，來(lái)控制在不同的的電平狀態(tài)作為與門的控制信號(hào)，來(lái)控制在不同的移動(dòng)方向時(shí)移動(dòng)方向時(shí)u1所產(chǎn)生的脈沖輸出。所產(chǎn)生的脈沖輸出。這樣就可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向正確地給出加計(jì)數(shù)脈沖或減計(jì)這樣就可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向正確地給出加計(jì)數(shù)脈沖或減計(jì)數(shù)脈沖；數(shù)脈沖；再將其輸入可逆計(jì)數(shù)器，實(shí)時(shí)顯示出相對(duì)于某個(gè)參考點(diǎn)再將其輸入可逆計(jì)數(shù)器，實(shí)時(shí)顯示出相對(duì)于某個(gè)參考點(diǎn)的位移量。的位移量。 光柵測(cè)量電路光柵測(cè)量電路

44、辨向電路信號(hào)輸出辨向電路信號(hào)輸出辨向電路各點(diǎn)波形8.3.3 光柵傳感器光柵傳感器左移左移 右移右移細(xì)分與末分比較細(xì)分與末分比較8.3.3 光柵傳感器光柵傳感器 (2) (2) 細(xì)分技術(shù)細(xì)分技術(shù)光柵尺以移過(guò)的莫爾條紋的數(shù)量光柵尺以移過(guò)的莫爾條紋的數(shù)量來(lái)確定位移量，其分辨率為光柵來(lái)確定位移量，其分辨率為光柵柵距。柵距。為了提高分辨率和測(cè)量比柵距更為了提高分辨率和測(cè)量比柵距更小的位移量，可采用細(xì)分技術(shù)小的位移量，可采用細(xì)分技術(shù)。8.3.3 光柵傳感器光柵傳感器 (2) (2) 細(xì)分技術(shù)細(xì)分技術(shù)在相差在相差BH/4位置上安裝兩個(gè)光電元位置上安裝兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位相差件，得到兩個(gè)相位相差/2的電

45、信號(hào)。的電信號(hào)。 若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四個(gè)依次相差個(gè)依次相差/2的信號(hào)，從而可以在的信號(hào)，從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。因?yàn)樵谝粋€(gè)莫爾條紋的間距內(nèi)不可因?yàn)樵谝粋€(gè)莫爾條紋的間距內(nèi)不可能安裝更多的光電元件。能安裝更多的光電元件。 優(yōu)點(diǎn)是，優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)莫爾條紋產(chǎn)生的信號(hào)波形沒(méi)有嚴(yán)對(duì)莫爾條紋產(chǎn)生的信號(hào)波形沒(méi)有嚴(yán)格要求。格要求。四倍頻細(xì)分電路原理框圖 光柵傳感器構(gòu)成原理光柵傳感器構(gòu)成原理演示演示演示演示本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：理解各種光電效應(yīng)，了解認(rèn)識(shí)普通光電器件，了解器理解各種光電效應(yīng)，了解認(rèn)識(shí)普通光電器件，了解器件結(jié)構(gòu)、器件工作原理、輸出特性、光譜特性、光照件結(jié)構(gòu)、器件工作原理、輸出特性、光譜特性、光照特性、溫度特性以及頻率特性等。特性、溫度特性以及頻率特性等。掌握各種光電傳感器電路符號(hào)、基本測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和掌握各種光電傳感器電路符號(hào)、基本測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和應(yīng)用方式。應(yīng)用方式。重點(diǎn)：光電效應(yīng)；光敏電阻；光敏二極管；光電開關(guān)。重點(diǎn)：光電效應(yīng)；光敏電阻；光