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1、毕业论文_光电计数器设计及制作毕业论文:光电计数器设计及制作目录摘要3第一章 光电转换部分61.1光源的基本特性和选择61.1.1热辐射光源61.1.2气体放电光源61.1.3固体发光光源71.1.4激光器71.2 光电探测器81.2.1光伏探测器的原理91.2.2光伏探测器的特性101.2.3 快速硅PIN光电二极管111.3 光电信号输出12第二章 计数电路132.1 十进制计数电路设计132.2 显示译码电路设计152.3 数码显示16第三章 光电计数器电路的安装及改进173.1 器件准备173.1.1 器件清单表173.1.2 其它使用的仪器：183.2 电路连接183.2.1 光电部
2、分183.2.2 计数部分183.2.3 显示译码部分193.2.4 显示部分193.3 电路分步测试203.3.1 光电二极管的测试203.3.2 555定时器的测试203.3.3 计数电路的测试203.3.4显示电路的测试203.4 电路总体调试213.5 光电转换电路改进213.5.1阻抗匹配改进213.5.2 光电计数器适用性改进22参考文献24致谢25摘要 数字式计数器因为其有使用方便，计数精确，显示直观等优点，被广泛应用于各行业生产线上的物件计数。本论文利用光电二极管接收激光光源发射的光信号，并通过数字计数与显示电路设计了一种光电计数器。当物件从光电二极管与激光器之间通过时会对光束
3、进行遮挡，光电二极管的电压发生变化。该信号经过放大和处理后，经计数电路和LED数码管显示计数的数值。该光电计数器可以将机械或者人工的计数方式转变为电子自动计数，工业实用性很强。关键词:光电二极管，激光器，计数器， LED数码管Abstract As the digital counter has advantages in convenient using, accurate counting, direct display , it is widely used in industry production line for counting the objects.This paper d
4、esigned a photoelectric counter,the photoelectric receivers optical signal sent from the laser,and then through the digital count and display circuit.when objects cross the middle of the laser ,the beam will be kept out, photoelectric receivers voltage would have a change.The voltage signal will be
5、amplified and processed, then input it to the count circuit, and then the number can be displayed on the LED digital display tube.The photoelectric counter can change mechanical counting or artificial counting into electronic automatic counting, it has strong industrial usability.Key Words: photodio
6、de,laser,counter,LED digital tube引言随着自动化技术的高速发展，工业上的生产越来越趋向于自动化。在流水生产线中，自动化的计数装置已经普及。采用自动化计数不仅可以提高生产计数的效率，还可以提高计数的准确性。对于工业生产的现代化具有很大的推进作用。生产自动化、设备数字化、机电一体化不断发展，工业中对光电计数器的需求量也逐渐在增大，因此，设计光电计数器是十分具有现实意义的。光电技术是一门以光电子学为基础，将光学技术、现代微电子技术、精密机械及计算机技术紧密结合，成为获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段的课程。光电技术在现代科技、经济、军事、文化、医学等领域发挥着极
7、其重要的作用，以此为支撑的光电子产业是当今世界争相发展的支柱产业，是竞争激烈、发展最快的信息技术产业的主力军。光电技术迅速发展，半导体激光器、上千万像素的CCD与CMOS固体图像传感器、PIN与APD光电二级管及液晶显示等在工业与民用领域随处可见，热成像技术也已广泛应用于军事和工业领域。光电技术不断渗透到国民经济的各个方面，成为信息社会的支撑技术之一。光电计数器主要分为光电检测转换部分和电子显示部分。光电传感器是一种将光信号转化为电信号的装置，它实现工作的理论基础是光电效应。光电效应大致可以分成三个类型：第一类就是外光电效应，在光的照射下使电子从物质的表面逸出；第二类是内光电效应，在光的照射下
8、，物质的电阻率改变；第三类是光生伏特效应，在光的照射下，物质内产生电动势。实现转换的器件主要有光电二极管、光电三极管、光电倍增管、光电雪崩管等等。光电计数器的工作原理是，从光源发出一束集中的平行有效光，在流水线上，每出现一个物体，就会对光进行一次遮挡，光接收器无法接受到光源信息，电路的光电流就会产生改变，经过信号处理后计数器计数一次，即通过了一个器件。光电计数器常用来统计成品数量和参加展会人数。计数技术在不断发展和完善，出现了多种辅助计数功能。多功能计数器的响应度较高，功耗低，在交流和直流电源下都可以工作，无机械碰撞，无磨损，造价低等等。还有很多依据实际的工作环境添加了个性化功能，如毛线生产线
9、上的断线报警功能。通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。由于光电计数器设计理念的不断创新，光电计数器的功能也在不断发展。在电子计数器行业的需求增长有所减缓的市场环境下，光电计数器需要大力进行新产品的开发，以满足客户的不同需求，提高产品的性价比，以期获得更好的市场效益。第一章 光电转换部分1.1光源的基本特性和选择光源在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。在成份分析、结构研究、光电检测、照明设计等方面，都离不开一定型式的光源。因此，为适应各种高科技工作的实际需要人们生产了各种不同光学性质和结构特点的光源。在光电技术系统中，光源往往起着关键的作用。因此，了解光源
10、的基本特性参数，然后按照实际的工作需要选取合适光源，是我们设计光电系统和解决光电检测问题时成功的关键之一。光源的基本特性参数主要包括辐射效率和发光效率、光谱功率分布、空间光强分布、光源的色温、光源的颜色。在进行光源选择的时候，主要会考虑一下几点基本要求：1、对光源发光光谱特性的要求 2、对光源发光强度的要求 3、对光源稳定性的要求 4、对光源其它方面的要求 。本次设计不需要使用特殊光源，因此参考几种常用光源的基本特性进行选择：1.1.1热辐射光源 热辐射光源是基于物体的热辐射现象制造的。热辐射光源有三个特点：1、它们的发光特性都可以用普朗克公式进行精确的估算，即可以精确掌握和控制它们发光或辐射
11、性质；2、它们发出的光通量构成连续的光谱，且光谱范围很宽，因此使用的适应性强。但在通常温度下，紫外辐射和可见辐射含量很少，这又限制了这类光源的使用范围；3、采用适当的稳压或稳流供电，可使者类光源的光输出获得很高的稳定度。1.1.2气体放电光源利用该气体放电原理制成的光源成为气体放电光源，蜜蜂在泡壳内的气体或金属气体在电场的作用下激励出电子和离子，电子和离子从电场中获得能量分别向阴极和阳极运动，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子，这一过程中会引起原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出辐射，这既是气体放电原理。与白炽灯相比，具有发光效率高、结构紧凑、寿命长以及光色适应性强等特点，
12、因而具有较强的竞争力，在光电技术和照明工程中得到广泛的应用。1.1.3固体发光光源固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象叫场致发光，也称为电致发光。电子仪器的固体化和小型化、新的显像技术和照明技术的需求以及半导体材料、集成化技术和光电子技术的发展，大大加速了场致发光光源的研究和应用，不但能使人们得到全固化的光源，而且为全固化显示开辟了途径。目前常见的场致发光有三种形态，即粉末、薄膜和结型。有场致发光本领的固体材料很多，但达到实际应用水平的主要是族和族化合物半导体。 族化合物既是发光效率很高的光致发光和阴极射线发光材料，亦是目前用于实际的唯一的粉末和薄膜场致发光材料。族发光材料在发光二
13、极管方面得到广泛应用。1.1.4激光器 激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦源组成。当高能态离子从高能态跃迁到低能态，产生辐射后，它通过受激原子时会感应出同相位同频率的辐射。这些辐射波沿由两平面构成的谐振腔来回传播时，沿轴线的来回反射次数最多，它会激发出更多的辐射，从而使辐射能量放大。这样，受激和经过放大的辐射就可以通过部分投射的平面镜输出到腔外，产生激光。1 图1为激光器的工作原理。泵浦源激光部分反射镜全反射镜 图1.激光器的工作原理 目前已研制成功的激光器达数百种，输出波长范围从近紫外直到远红外，辐射功率从几毫瓦至上万瓦，一般按工作物质分类，激光器可分为气体激光器、固体激光器、染料激光器和
14、半导体激光器等。 气体激光器的激励方式多样，发射波长也最广。固体激光器所使用的工作物质是具有特殊能力的高质量的光学玻璃或光学晶体，里面掺入具有发射激光能力的金属离子。染料激光器以燃料为工作物质。半导体激光器的工作物质是半导体材料。 本次实验需要光源可以发出一束集中的且强度足够的可见光，因此采用半导体激光器作为光源。半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结
15、等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器优点是体积小，重量轻，运转可靠，耗电少，效率高等。 图2.半导体激光器的结构激光器与普通光源相比，具有光束集中，亮度高等优点，所以本次设计采用激光器而不选择普通光源。1.2 光电探测器光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中个的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器按照探测机理的物理效应可以分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化效应的热探测器。由于光源采用的是半
