光電檢測(cè)技術(shù)復(fù)習(xí)提綱

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1、《光電檢測(cè)技術(shù)》復(fù)習(xí)提綱1、光敏電阻和光敏二極管的基本概念，基本應(yīng)用和兩者的區(qū)別（測(cè)脈搏的電路）；光敏電阻，又稱光敏電阻器或光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏二極管，又叫光電二極管是一種能夠?qū)⒐飧鶕?jù)使用方式，轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號(hào)的光探測(cè)器。管芯常使用一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，對(duì)光的變化非常敏感，具有單向

2、導(dǎo)電性，而且光強(qiáng)不同的時(shí)候會(huì)改變電學(xué)特性，因此，可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。一.功能不同：光敏二極管，是利用半導(dǎo)體材料的光特性實(shí)現(xiàn)二極管的開關(guān)功能。光敏電阻，是利用半導(dǎo)體材料和其他材料的光特性實(shí)現(xiàn)可變電阻的功能。二.材料不同：雖然有些時(shí)候兩者用同樣的材料如硅，砷化鎵，但是光敏電阻的材料范圍比光敏電阻的更廣。三.功能的不同決定了主要參數(shù)不同：光敏二極管,最高工作電壓,暗電流，光電流，光電靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、結(jié)電容和正向壓降等。光敏電阻，標(biāo)稱電阻值、使用環(huán)境溫度（最高工作溫度）、測(cè)量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓（最大工作電壓）、工作電流、溫度系

3、數(shù)、材料常數(shù)、時(shí)間常數(shù)等。四.功能的不同決定了結(jié)構(gòu)不同：光敏二極管，兩個(gè)電極間要求能夠形成一個(gè)PN結(jié)，而且為了加大導(dǎo)通電流，把一個(gè)電極的面積設(shè)計(jì)的很大，另一個(gè)相對(duì)很小。光敏電阻，只需要兩個(gè)電極就行了。測(cè)量信號(hào)的特征:人體信息本身具有不穩(wěn)定性、非線性和概率特性。脈搏波的頻率屬于低頻，且信息微弱，噪聲強(qiáng)，因而信噪比低。脈搏波頻率范圍是0.1~60Hz，主要頻率分量一般在20Hz內(nèi)。人體手指末端含有豐富的小動(dòng)脈，它們和其它部位的動(dòng)脈一樣,含有豐富的信息。測(cè)量原理:隨著心臟的跳動(dòng)手指尖的微血管發(fā)生相應(yīng)的脈搏的容積變化，光發(fā)射電路發(fā)出的特定波長的光透過

4、手指到光電器件，此過程被檢測(cè)生理量(人體的脈搏)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光電器件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送入前級(jí)放大電路將信號(hào)適當(dāng)放大，經(jīng)過濾波電路除去其中的噪聲得到需要頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，再將脈搏信號(hào)進(jìn)行放大和后級(jí)的處理，通過示波器顯示出來，進(jìn)一步進(jìn)行觀測(cè)。3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框圖:電源:實(shí)驗(yàn)室5V、12V直流電源:2、CMOS圖像傳感器的概念及其特點(diǎn)，典型應(yīng)用案例（CMOS+68013）；CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、時(shí)序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口

5、、控制接口等幾部分組成這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復(fù)位、光電轉(zhuǎn)換、積分、讀出幾部分。CMOS圖像傳感器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）、隨機(jī)窗口讀取能力。2）、抗輻射能力。3）、系統(tǒng)復(fù)雜程度和可靠性。4）、非破壞性數(shù)據(jù)讀出方式。5）、優(yōu)化的曝光控制。、具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特點(diǎn)，最近幾年在寬動(dòng)態(tài)、低照度方面發(fā)展迅速。1、CCD圖像傳感器的概念及其特點(diǎn)，典型應(yīng)用案例；CCD圖像傳感器于1969年在貝爾試驗(yàn)室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用

6、的500萬像素。CCD又可分為線型與面型兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī)上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)（DSC）、攝錄影機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多項(xiàng)影像輸入產(chǎn)品上。一般認(rèn)為，CCD傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：1.高解析度2.低雜訊3.高敏感度4.動(dòng)態(tài)范圍廣5.良好的線性特性曲線6.高光子轉(zhuǎn)換效率7.大面積感光8.光譜響應(yīng)廣9.低影像失真10.體積小、重量輕11.低秏電力12.不受強(qiáng)電磁場(chǎng)影響；13.電荷傳輸效率佳：14.可大批量生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易1、CMOS和CCD圖像傳感器原理性的區(qū)別和應(yīng)用性的區(qū)別；CCD：電荷藕合器件，

7、它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。CMOS：互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒什么差別，主要是利

8、用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CM