光電信號(hào)轉(zhuǎn)換
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的實(shí)例教程
數(shù)字式環(huán)境光傳感器（Digital Ambient Light Sensor, ALS）是一種將環(huán)境光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為?數(shù)字信號(hào)?的光電轉(zhuǎn)換器件，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本、智能家居等設(shè)備的自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)，以提升視覺(jué)舒適度并降低功耗。
四大核心工作原理：
一、光電轉(zhuǎn)換?：采用?光電二極管?或?光電晶體管?作為感光元件。當(dāng)可見(jiàn)光（通常覆蓋380–780 nm）照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，光子激發(fā)電子-空穴對(duì)，產(chǎn)生與光照強(qiáng)度成正比的?微弱光電流??。
二、信號(hào)調(diào)理?：光電流經(jīng)?跨阻放大器?（TIA）轉(zhuǎn)換為電壓，并通過(guò)?可編程增益放大器?（PGA）進(jìn)行放大，以適配不同光照范圍?。
三、模數(shù)轉(zhuǎn)換?：放大后的模擬信號(hào)由?高精度ADC?（如16位Σ-Δ或SAR型）轉(zhuǎn)換為數(shù)字值?。
四、?數(shù)字輸出?：最終結(jié)果通過(guò)?I2C?或?SPI?等數(shù)字接口輸出，可直接由MCU讀取，無(wú)需外部ADC?。
由工采網(wǎng)代理的WH81120UF是一種光數(shù)轉(zhuǎn)換器，它結(jié)合了光電二極管、電流放大器、模擬電路和數(shù)字信號(hào)處理器。內(nèi)置紅外線(xiàn)濾光片的環(huán)境光傳感器（ALS）提供與人眼響應(yīng)相近的光譜；能準(zhǔn)確捕捉周?chē)h(huán)境中的光變化，使產(chǎn)品更智能化。
WH81120UF采用緊湊型表面貼裝封裝，尺寸僅為2.0x2.0x0.7mm，非常適合空間有限的小型電子產(chǎn)品；電壓范圍：1.7V～3.6V，工作溫度范圍-40°C至+85°C，能在惡劣環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行；具有高分辨率的數(shù)字輸出和可編程動(dòng)態(tài)范圍比率，支持I2C接口，以400kHz/s快速模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。
WH81120UF具有高/低閾值的可編程中斷功能。電源需要確保VDD旋轉(zhuǎn)率至少為0.5V/ms。WH81120UF具有電源復(fù)位功能。當(dāng)VDD在室溫下低于1.4V時(shí)，集成電路將自動(dòng)重置。
展開(kāi) 1.總體流程如下：
2.基本原理
時(shí)域和頻域信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)傅里葉變化實(shí)現(xiàn)，要點(diǎn)如下：
1.FFT給出了頻率信號(hào)的幅值和相位信息，而PSD表征的是各頻率下幅值的均方根值，不包含相位信息；
2.PSD多用于穩(wěn)態(tài)隨機(jī)過(guò)程的表征；
3.為實(shí)現(xiàn)PSD到時(shí)域信號(hào)的轉(zhuǎn)換，我們假設(shè)初始信號(hào)是平穩(wěn)和隨機(jī)的，我們可以生成隨機(jī)的相位信息并將其添加到PSD信號(hào)中去，并通過(guò)傅里葉逆變換將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)；上述過(guò)程是通過(guò)在頻域中將輸入的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變化并與PSD信號(hào)進(jìn)行復(fù)乘，并通過(guò)傅里葉逆變換得到最終結(jié)果。在這里，PSD就相當(dāng)于預(yù)定義的傳遞函數(shù)和濾波器。
4.PSD轉(zhuǎn)換為的時(shí)域信號(hào)不是唯一的、確定的，但是具有PSD的頻率信息。
5. Custom Fourier能夠根據(jù)給定的傳遞函數(shù)(PSD)導(dǎo)出包含傳遞函數(shù)頻率信息的時(shí)域信號(hào)。
具體操作過(guò)程見(jiàn)pdf。
ncodePSD信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)的方法.pdf
展開(kāi) 工采網(wǎng)代理的WH4517V是一款將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，它集成了先進(jìn)的環(huán)境光傳感器、先進(jìn)的接近傳感器以及高效率的紅外線(xiàn)垂直腔面發(fā)射激光器。傳感器和VCSEL的間距僅為2.1毫米，因此非常適合用于小型紅外孔的設(shè)計(jì)。
WH4517V是一款具有超高靈敏度和超高紅外抑制的環(huán)境光傳感器。芯片有兩個(gè)光電二極管陣列來(lái)感應(yīng)不同光譜的光。內(nèi)置光學(xué)濾光片以阻擋紅外線(xiàn)的環(huán)境光傳感器（ALS），其提供的光譜與人眼的反應(yīng)接近。而CLEAR通道可用于感應(yīng)340~1100nm的光源，通過(guò)與ALS通道的數(shù)據(jù)比較，從而區(qū)分外部光源類(lèi)型。ALS能在從黑暗到強(qiáng)光的范圍內(nèi)正常工作，可選的檢測(cè)范圍約為40分貝。在不同光照條件下，ALS具有出色的光比。
WH4517V具有獨(dú)立的中斷引腳，其中斷功能可以取消數(shù)據(jù)輪詢(xún)的需要，進(jìn)而簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。同時(shí)集成了一個(gè)與SMBus兼容的I2C接口 (高達(dá)0.75MHz)，以便輕松連接到微控制器。是一種光數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)合了一個(gè)先進(jìn)的環(huán)境光傳感器先進(jìn)的接近傳感器和高效率下文VCSEL光。內(nèi)置了一個(gè)940nm的光學(xué)濾光片，以抗ambienl光，因此PS可以消除反射的紅外光，具有高精度和優(yōu)良的抑制性能。WH4517V具有可編程中斷功能，可用于A(yíng)LS和PS，具有基于閾值的遲滯。
展開(kāi) 數(shù)字式環(huán)境光傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)，通過(guò)感光元件將光線(xiàn)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。
數(shù)字式環(huán)境光傳感器主要采用光電二極管或半導(dǎo)體材料作為感光元件。當(dāng)光線(xiàn)照射到這些材料表面時(shí)，光子激發(fā)電子躍遷，產(chǎn)生與光線(xiàn)強(qiáng)度成正比的光電流。例如，光電二極管的電流大小直接反映入射光線(xiàn)強(qiáng)度。
信號(hào)處理流程：
光敏轉(zhuǎn)換?：光線(xiàn)強(qiáng)度變化引發(fā)感光元件（如光電二極管）的電流變化，該電流與光線(xiàn)強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系。
信號(hào)放大與轉(zhuǎn)換?：通過(guò)電路將微弱電流信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)或模擬電壓，便于微控制器讀取。
自動(dòng)調(diào)節(jié)?：數(shù)字信號(hào)被用于控制設(shè)備（如手機(jī)屏幕）的亮度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能。
由工采網(wǎng)代理的WH11867UF是一種光數(shù)轉(zhuǎn)換器，它結(jié)合了光電二極管、電流放大器、模擬電路和數(shù)字信號(hào)處理器。電源需要確保VDD旋轉(zhuǎn)率至少為0.5V/ms。WH11867UF具有電源開(kāi)啟復(fù)位功能。當(dāng)VDD在室溫下低于1.4V時(shí)，集成電路將自動(dòng)重置。然后以需求轉(zhuǎn)換速率返回電源，并將寄存器寫(xiě)入所需的值。
環(huán)境光傳感器（ALS）內(nèi)置了一個(gè)抑制紅外光譜的濾光片，并提供了一個(gè)接近人眼反應(yīng)的光譜。肌萎縮性側(cè)索硬化癥可以從黑暗到陽(yáng)光直射，可選擇的檢測(cè)范圍約為40 dB。雙通道輸出（人眼），因此在不同的光條件下具有良好的光比。ALS在不同光照條件下具有良好的光比。
在時(shí)鐘（SCL）陷入LOW的情況下，如果您的I2C設(shè)備有HW重置輸入，優(yōu)先程序使用HW重置信號(hào)重置總線(xiàn)。如果I2C設(shè)備沒(méi)有硬件復(fù)位輸入，則循環(huán)供電至設(shè)備，以激活強(qiáng)制性的內(nèi)部通電復(fù)位（POR）電路。如果數(shù)據(jù)線(xiàn)（SDA）卡低，主線(xiàn)應(yīng)發(fā)送9個(gè)時(shí)鐘脈沖。保持總線(xiàn)低的設(shè)備應(yīng)該在這9個(gè)時(shí)鐘內(nèi)的某個(gè)時(shí)候釋放它。
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PLC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理過(guò)程
1、模擬量信號(hào)與PLC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換
從以上內(nèi)容知道，從PLC直接讀取到的模擬量信號(hào)為整型數(shù)據(jù)，整型數(shù)據(jù)無(wú)法直觀(guān)的反饋出實(shí)際的物理量大小，故為了能夠直觀(guān)的反饋出現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程信號(hào)情況，還應(yīng)該將這些整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反饋直觀(guān)真實(shí)的浮點(diǎn)數(shù)信號(hào)。這里以臺(tái)達(dá)PLC模擬量輸入模塊的數(shù)據(jù)處理過(guò)程為例說(shuō)明。
以上為臺(tái)達(dá)PLC電流輸入信號(hào)與讀取信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
通過(guò)以上對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，可以知道對(duì)于一個(gè)任意的電流輸入信號(hào)(X)，與讀取到的數(shù)值信號(hào)(Y)，有如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：
將以上公式變換，則可以得到以下直接轉(zhuǎn)換公式，如下：
由以上公式，可以將PLC讀取到的整數(shù)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為PLC接收到的模擬量電流信號(hào)值。
2、實(shí)際物理值與模擬量數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換
實(shí)際物理值與模擬量數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換方式同上面的轉(zhuǎn)換方式相同。如下為某壓力變送器的壓力與模擬量信號(hào)范圍(0.1-10bar，4-20mA)，同樣的，壓力與電流之間有如下的轉(zhuǎn)換關(guān)系公式：
將以上公式變換，則可以得到以下直接轉(zhuǎn)換公式，如下：
由以上公式，可以直接將模擬量電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓力值數(shù)據(jù)。
3、實(shí)際物理值與PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)直接的轉(zhuǎn)換
將PLC讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理值，通過(guò)以上兩步轉(zhuǎn)換就可以得到。
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數(shù)字式環(huán)境光傳感器是一種將環(huán)境光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為?數(shù)字信號(hào)?的光電轉(zhuǎn)換器件-WH81120UF1個(gè)月前
數(shù)字式環(huán)境光傳感器（Digital Ambient Light Sensor, ALS）是一種將環(huán)境光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為?數(shù)字信號(hào)?的光電轉(zhuǎn)換器件，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本、智能家居等設(shè)備的自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)，以提升視覺(jué)舒適度并降低功耗。
四大核心工作原理：
一、光電轉(zhuǎn)換?：采用?光電二極管?或?光電晶體管?作為感光元件。
顏色傳感器是從發(fā)射器發(fā)射光，由接收器檢測(cè)檢測(cè)物體反射的光的“光電傳感器”的一種。其核心工作原理基于光的吸收、反射與透射特性，結(jié)合光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，將顏色信息轉(zhuǎn)化為可處理的電信號(hào)。顏色傳感器能夠檢測(cè)紅色、藍(lán)色、綠色各自的受光量，能夠判別目標(biāo)物的顏色。發(fā)射寬頻譜波長(zhǎng)的光后由接收器接受并區(qū)分目標(biāo)物反射光中的3 種顏色類(lèi)型。檢測(cè)各種類(lèi)型的紅色、藍(lán)色、綠色各自的受光量，算出受光比例。
顏色傳感器是一種能夠檢測(cè)并識(shí)別物體顏色的電子設(shè)備
工采網(wǎng)代理的WH4517V是一款將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，它集成了先進(jìn)的環(huán)境光傳感器、先進(jìn)的接近傳感器以及高效率的紅外線(xiàn)垂直腔面發(fā)射激光器。傳感器和VCSEL的間距僅為2.1毫米，因此非常適合用于小型紅外孔的設(shè)計(jì)。
WH4517V是一款具有超高靈敏度和超高紅外抑制的環(huán)境光傳感器。芯片有兩個(gè)光電二極管陣列來(lái)感應(yīng)不同光譜的光。內(nèi)置光學(xué)濾光片以阻擋紅外線(xiàn)的環(huán)境光傳感器
數(shù)字式環(huán)境光傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)，通過(guò)感光元件將光線(xiàn)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。
數(shù)字式環(huán)境光傳感器主要采用光電二極管或半導(dǎo)體材料作為感光元件。當(dāng)光線(xiàn)照射到這些材料表面時(shí)，光子激發(fā)電子躍遷，產(chǎn)生與光線(xiàn)強(qiáng)度成正比的光電流。例如，光電二極管的電流大小直接反映入射光線(xiàn)強(qiáng)度。
信號(hào)處理流程：
光敏轉(zhuǎn)換?：光線(xiàn)強(qiáng)度變化引發(fā)感光元件（如光電二極管）的電流變化，該電流與光線(xiàn)強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系。
接收器中的光電元件通過(guò)光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物體的檢測(cè)與測(cè)量。
二、光電效應(yīng)在檢測(cè)中的應(yīng)用
1.光電開(kāi)關(guān)
光電開(kāi)關(guān)是一種常見(jiàn)的光電傳感器，通過(guò)檢測(cè)光線(xiàn)的有無(wú)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)光束被遮擋時(shí)，接收器無(wú)法接收到足夠的光信號(hào)，進(jìn)而觸發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
在硅平臺(tái)上的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，都能算在硅光子技術(shù)范疇，過(guò)程中需克服的面向也不同。也因此，為了讓讀者更好理解，我們會(huì)以硅光子發(fā)展至今的每個(gè)階段，作為分享的主軸。
海底主基站是海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)中最核心、最復(fù)雜的組網(wǎng)裝備，負(fù)責(zé)接入若干海底觀(guān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高壓直流電能降壓變換和分配、高速光電信號(hào)轉(zhuǎn)換傳送、數(shù)據(jù)匯聚交換和時(shí)間同步，監(jiān)控所有內(nèi)部和外部負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)故障診斷和隔離實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。目前典型海底主基站的最高工作電壓為10 kV、最大處理功率為10 kW，線(xiàn)路側(cè)總通信帶寬為10 Gb/s，具備8個(gè)海底設(shè)備適配器接口。
光電式傳感器是利用光電器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。其核心的敏感元件是光電器件，光電器件的工作基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。圖6為光電式接近開(kāi)關(guān)。
圖6 光電式接近傳感器實(shí)物圖
2.溫度傳感器
為了滿(mǎn)足不同場(chǎng)合、不同物質(zhì)的溫度測(cè)量要求，測(cè)量溫度的方法有接觸式和非接觸式兩種。
模擬量信號(hào)是自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)中最基本的過(guò)程信號(hào)(壓力、溫度、流量等)輸入形式。系統(tǒng)中的過(guò)程信號(hào)通過(guò)變送器，將這些檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電壓、電流信號(hào)，并將這些信號(hào)實(shí)時(shí)的傳送至控制器(PLC)。
PLC通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換，將這些模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的數(shù)值信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控及控制
到此為止，便完成了光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
說(shuō)明：現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有很多也有光口（光纖接口），但如果沒(méi)有配光模塊（類(lèi)似光纖收發(fā)器功能），該口也不能使用。
