第7章光电信息变换下

第七章模拟电视基础小结一、像素：组成图像的基本单元。

每个像素具有单值的光特性（亮度和色度）和几何位臵。

像素亮度既是空间（二维）函数，同时又是时间函数。

二、顺序制传送：按一定顺序将一个个像素的光学信息轮流转换成电信号，用一条传输通道依次传送出去，在接收端的屏幕上再按同样的顺序将电信号在相应的位臵上转换成光学信息。

特点：（1）发送端和接收端各有一个转换开关。

（2）转换开关用电子方法实现的，有很高的接通速度。

（3）收、发两端开关的接通要同步，保证图像的正确重现。

三、扫描：电视系统中顺序分解像素和综合像素的实现过程。

将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程（或逆过程）。

1、隔行扫描：指将一帧电视图像分成奇数场和偶数场两场来扫描，奇数场扫描画面的奇数行，偶数场扫描画面的偶数行，奇数场和偶数场图像嵌套在一起形成一幅完整的图像。

2、隔行扫描优点：（1）克服逐行扫描方式电视信号的带宽过宽。

（2）能在不改变帧频的条件下克服闪烁现象。

3、扫描同步：（1）同频：收发两端的扫描速度相同；（2）同相：收发两端的时空对应关系一致。

4、我国电视标准规定：（1）一帧扫描总行数为625行，其中，帧正程575行，帧逆程50行；（2）采用隔行扫描方式，每场扫描312.5行，场正程287.5行，场逆程25行；（3）场频为50Hz，场周期为20ms；（4）行频为15625Hz，行周期为64μs，行正程时间为52μs ，行逆程时间为12μs ；（5）扫描光栅的宽高比为4:3。

四、摄像器件产生图像信号原理：都是基于电荷储能原理（Charge Storage Principle）。

1、摄像管：利用了光电靶的作用和电子束的扫描来实现光电转换的摄像器件。

2、电荷耦合器件CCD：以电荷的多少代表图像信号的亮暗、以时钟信号控制代替电子束扫描实现图像信号的摄取、光电变换和输出的摄像器件。

CCD工作过程：光输入⇒电荷包存储⇒电荷包转移⇒信号电荷输出五、显像器件1、阴极射线管CRT：利用电子束的强弱随图像信号的大小变化，将一帧时域的图像信号在屏幕上变成一幅平面光学图像的显示器件。

•第七章光敏传感器•1．光电效应通常分为哪几类？简要叙述之。

与之对应的光电器件有哪些？•2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？•4．试述光电倍增管的组成及工作原理？•5．简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别？•6．为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再•随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？•7．试举出几个实例说明光电传感器的实际应用，并进行工作原理的分析。

答案：一、光电效应分为两类：外光电效应和内光电效应外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。

基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。

内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。

分为光电导效应（如：光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池、光电二极管、光电三极管）。

二、、对于不同的本征半导体材料，禁带宽度Eg不同，对入射光的波长或频率的要求也不同，一般都必须满足：7he1.24「hv=T^^-Eg式中v、A分别为入射光的频率和波长。

对于杂质半导体：Ei为杂质电离能三、1、欧姆漏电欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。

欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献小。

在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要部分。

在使用光电倍增管时，保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。

2、热发射由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电子发射，并被电子倍增系统倍增。

要减小热电子发射，应选用热发射小的阴极材料，并在满足使用的前提下，尽量减小光电阴极的面积，降低光电倍增管温度。

3、残余气体放电光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流。

这种效应在工作电压高时特别严重，使倍增管工作不稳定。

第7章光电式传感器习题1. 什么是光电效应? 什么是内、外光电效应?当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。

这种现象称为光电效应。

2 试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异．给出什么情况下应选用哪种器件最为合适的评述。

3假如打算设计—种光电传感器，用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮，天明白动熄灭)。

试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。

4光电转速传感器的测量原理是将被测轴的转速变换成相应频率的脉冲信号，然后，测出脉冲频率即可测得转速的数值。

试根据这一思路画出光电转速传感器的检测变换部分的工作原理示意图，图中的光电转换元件选用哪种光电器件比较合适?为什么？5 利用光敏器件制成的产品计数器，具有非接触、安全可靠的特点，可广泛应用于自动化生产线的产品计数，如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。

还可以用来统计出入口入员的流动情况。

试利用光电传感器设计一产品自动计数系统，简述系统工作原理。

产品计数器的工作原理，如图所示。

产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。

产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。

该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来一、单项选择题1、晒太阳取暖利用（）；人造卫星的光电池利用（）；植物生长利用了（）；A光电效应 B 光化学效应 C 光热效应 D 感光效应2、蓝光的波长比红光（），相同光通量的蓝光能量比红光（）。

A大 B 小 C长 D短3、光敏二极管属于（ B ），光电池属于（）。

A外光电效应 B 内光电效应 C光生伏特效应4、光敏二极管在测光电路中应处于（）偏置状态，光电池处于偏置状态( )A正向 B反向 C零5、光纤通信中，与出射光纤耦合的光电元件选用（）。

第七章光电转换器件第七章光电转换器件1、什么是光电探测器件的光谱响应特性？了解它有何重要性？2、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？结型光电器件必须工作在哪种偏置状态？3、如何理解“热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件”?4、光敏电阻和热敏电阻其阻值随光照强度的变化规律分别是什么？5、光电探测器的“电压响应度”和“电流响应度”如何定义？6、光电导探测器的“截止频率”如何定义？7、光敏电阻的“亮电阻”、“暗电阻”的含义是？实际应用中，选择光敏电阻时，其暗电阻阻值越大越好还是越小越好？为什么？8、光电导探测器的工作电路如左图所示，试推导光敏电阻的最佳负载电阻阻值。

9、一块半导体样品，有光照时电阻为50Ω，无光照时为5000Ω，求该样品的光电导。

10、已知CdS 光敏电阻的最大功耗为40mW ，光电导灵敏度lx s S g /105.06-?=，暗电导00=g ，若给CdS 光敏电阻加偏压20V ，此时入射到CdS 光敏电阻上的极限照度为多少勒克斯？11、敏电阻R 与Ωk R L 2=的负载电阻串联后接于V U b 12=的直流电源上，无光照时负载上的输出电压为mW U 201=，有光照时负载上的输出电压为V U 22=。

求：（1）光敏电阻的亮电阻和暗电阻阻值；（2）若光敏电阻的光电导灵敏度lx s S g /1066-?=，求光敏电阻所受的照度。

12、已知CdS 光敏电阻的暗电阻ΩM R D 10=，在照度为100lx 时亮电阻Ωk R 5=，用此光敏电阻控制继电器，如右图所示。

如果继电器的线圈电阻为4Ωk ，继电器的吸合电流为2mA ，问需要多少光照度时才能使继电器吸合？13、太阳能电池的“开路电压”、“短路电流”、“转换效率”、“最佳负载电阻”如何定义？14、（1）硅光电池的的开路电压为oc U ，当光照度增加到一定值后，oc U 为何不随光照度的增加而增加，只是接近0.6V ？（给出开路电压饱和的物理解释）（2）随着光照度的增加，光电池的短路电流是否会出现饱和现象？为什么？15、在太阳能电池的伏安特性曲线中，（1）“光电压区域”和“光电流区域”如何定义？（2）用光电池探测缓变光信号时，应工作在哪个区域？16、（1）PIN 管和普通PN 结光电二极管相比在结构上有何区别？（2）简述PIN 管、雪崩光电二极管的工作原理。

南京理工大学光电检测-习题解答南京理工大学光电检测课后习题答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。

（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机钞票的荧光反映，可判别钞票真假。

（4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。

（5）喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管，用来检测是否有钞票放入或取出。

2、如何实现非电量的测量？为实现非电量的电测量，首先要实现从非电量到电量的变换，这一变换是靠传感器来实现的。

传感器接口电路是为了与传感器配合将传感器输出信号转换成低输出电阻的电压信号以方便后续电路的处理。

一般说来，信号都需要进一步放大并滤除噪声。

放大后的信号经模拟/数字变换后得到数字信号，以便于微处理器或微控制器。

微处理器或微控制器是测控系统的核心，它主要有两个作用：一是对数字信号进行进一步处理并将信号输出显示、存储和控制。

二是管理测控系统的各个部分以实现测控系统的智能化，即根据信号和测量条件的变化，自动地改变放大器的增益、滤波器的参数及其它的电路参数。