半導(dǎo)體光電器件如光導(dǎo)管、光電池、光電二極管、光電晶體管等；半導(dǎo)體熱電器件如熱敏電阻、溫差發(fā)電器和溫差電致冷器等。
對于光電器件本站已經(jīng)介紹的很多了，但發(fā)現(xiàn)詢問者依然很多，考慮原因主要是搜索能力差，不會舉一反三。這次將我們在醫(yī)療器械中常見的光電器件綜述一下，希望對大家有所幫助。
半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率是由載流子濃度決定的。載流子就是由半導(dǎo)體原子 逸出來的電子及其留下的空位----- 空穴。電從原子中逃逸出來，必須吉兇服原子的束縛而做功，而光照正是向電子提供能量，使它有能力逃逸出來的一種形式。因此，光照可以改變載流子的濃度，從而必變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。
其原理大致如下：
光電三極管是在光電二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光電器件，它本身具有放大功能。常見的光電三極管外形如圖l所示，文字符號表示為VT或V.目前的光電三極管是采用硅材料制作而成的。這是由于硅元件較鍺元件有小得多的暗電流和較小的溫度系數(shù)。硅光電三極管是用N型硅單晶做成N-P-N結(jié)構(gòu)的。管芯基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積卻做得較小，入射光線主要被基區(qū)吸收。與光電二極管一樣，入射光在基區(qū)中激發(fā)出電子與空穴。在基區(qū)漂移場的作用下，電子被拉向集電區(qū)，而空穴被積聚在靠近發(fā)射區(qū)的一邊。由于空穴的積累而引起發(fā)射區(qū)勢壘的降低，其結(jié)果相當(dāng)于在發(fā)射區(qū)兩端加上一個正向電壓，從而引起了倍率為β+1（相當(dāng)于三極管共發(fā)射極電路中的電流增益）的電子注入，這就是硅光電三極管的工作原理。
A圖是光電三極管，很多是沒有基極引出的，也就是說6腳是空的，B圖是光電可控硅，這個在F820的負(fù)壓泵電路上運用。1、2腳就是一個二極管，只不過是發(fā)光二極管，否則就是損壞。如果1腳沒有電壓，則是電源沒有接通，需要檢查前面的觸發(fā)電路，后面會講到。輸出的判斷，靜態(tài)二極管測量4、5腳，正反向都是不導(dǎo)通的。半通電測量，就是在輸入端1、2腳接2.5V左右的電壓，4、5腳會測量到導(dǎo)通的信號，1、2腳斷電，則4、5腳不導(dǎo)通，前提是斷開4、5腳相連的電路。如果沒有這個變化，則可以斷定輸出端損壞。全電路在線測量，1、2腳通電或斷電，5腳的電壓由5v（或者12v）下降到0v,或者相反由0v上升到5v（或者12v），這是根據(jù)電路的不同會有區(qū)別，只要有這個變化，就是正常的，否則就是損壞，也有的電路不同，這個電壓可能是半幅，也就是說5v（12v）到2v（5v）的變化，這也是正確的。這個前提是輸出連接的電源是5V或者12V,直流，如果輸出連接的高電壓或者交流電路，那就另外測量了。
此種電路的替換原則還是同類型的替換，有人詢問是否可以用槽型光電開關(guān)替換，這種固態(tài)的光電開關(guān)響應(yīng)速度極快，槽型光電開關(guān)是沒有這么快的速度的，除非你要求不嚴(yán)格，否則替換后其他問題就出來了。
自反射型的光電器件應(yīng)用很多，多用在定位方面，也有應(yīng)用到液體檢測方面（液面對光的折射反射）。
應(yīng)用到定位方面時，一般在移動部件上有個反射區(qū)，例如泰利特50尿機上的白色光點就是反射區(qū)。
其發(fā)射和接收（也就是輸出）的好壞判斷，完全與1樓的固態(tài)光電器件一樣，只不過用于定位和液體檢測方面的輸出電壓不會超過5v（或12v）。
所有的自反射光電器件都有一個反射角度，例如45度，60度，90度，120度等，所以，測試的時候，除了用鏡子當(dāng)反射區(qū)外，也要注意角度問題。還有就是反射區(qū)離自反射光電器件的距離，太遠也是無效的，就需要重新對機械部分進行裝配。此類光電器件穩(wěn)定性極高，絕少有損壞的，大部分是反光區(qū)太臟或者機械裝配出現(xiàn)問題導(dǎo)致無法反射造成的。
槽型光電器件應(yīng)用更為廣泛，位置傳感器或者門限開關(guān)（當(dāng)然采用彈簧開關(guān)例外）等都能見到。此類開關(guān)損壞率很高，破損率也很高，一般是由于機械部件位置發(fā)生改變導(dǎo)致定位塊沖撞槽型開關(guān)導(dǎo)致機械損傷。
檢測方法也是與1樓完全一樣，作為位置開關(guān)使用時，電路及其簡單，發(fā)射部分近需要一個電阻分流分壓，接收部分一般會經(jīng)過一個限流電阻給下一級提供一個高（低）電平信號。在發(fā)射通電的情況下，阻擋或不足擋光電開關(guān)，接收端輸出有高低的變化，就說明正常，否則可以判斷為損壞。
這種電路有兩種狀態(tài)，如下圖：
A圖是常見的常開電路，也就是說輸出平時是關(guān)閉的，只有當(dāng)輸入端出現(xiàn)高電平信號，三極管BG導(dǎo)通，12V電源通過分壓電阻--發(fā)射管--BG--地形成回路，發(fā)射管發(fā)光，接收管（輸出）導(dǎo)通。
B圖是常閉電路，發(fā)射管平時總是處于通電狀態(tài)，總是發(fā)光的，接收管總是導(dǎo)通的，當(dāng)輸入端出現(xiàn)高電平信號，三極管BG導(dǎo)通，對發(fā)射管產(chǎn)生偏置，電流就通過BG流走了，不會經(jīng)過發(fā)射管了，發(fā)射管不通電，輸出也就關(guān)閉了。
在槽型光電器件中，判斷是否是開關(guān)的好壞，需要注意的是下面兩點：
第一，更換原則和質(zhì)量。此類槽型開關(guān)，一般只要尺寸合適就可以替換，但替換質(zhì)量多少要注意，安裝上去之后要么很快損壞，要么就是脫落，這里的脫落指的是槽型開關(guān)的外殼與發(fā)射和接收管之間脫落。由于外殼是注塑的，差的干脆就插進去了事，安裝到機器上后，由于震動，發(fā)射接收管脫落，就剩下一個槽在機器上固定著，發(fā)射和接收管根本就不在里面，也就失去了作為開關(guān)的作用了。
第二，機械和操作問題。大多數(shù)機械傳動機構(gòu)都有自動復(fù)位功能，除了KX21的沖洗塊，因為設(shè)計者認(rèn)為，無論怎么動作都會回到初始位置的，也就是上端，不會出現(xiàn)在下端不上來的情況，但設(shè)計者沒有考慮到?jīng)_洗塊在下部的時候突然停電，再通電的時候就會報位置錯誤的。
自動復(fù)位的，一般也就是單方向復(fù)位，如果動作前沒有在傳感器上檢測到移動機構(gòu)，那么，會自動從遠離傳感器的方向向傳感器方向旋轉(zhuǎn)馬達，使移動機構(gòu)到達傳感器檢測位置?？聪聢D：
上圖中，紅線區(qū)域是傳感器的檢測位置，當(dāng)移動裝置處于B和C點之間的情況時，再動作開始時，程序會自動讓移動裝置從C點往B點移動，直到移動裝置達到監(jiān)測區(qū)，然后才開始正常的動作。這樣的情況下，如果人為的把移動塊移動到A和B之間的話，光電開關(guān)也是檢測不到的，程序依然認(rèn)為移動塊會在B和C之間，所以通知馬達從C向B移動，而實際上是從B向A移動，當(dāng)移動到A點時，傳感器依然沒有檢測到，馬達依然旋轉(zhuǎn)，也就帶動移動塊不斷的沖撞頂點，發(fā)出很大的噪音。這個時候，只要手工將移動塊移動到B和C之間就可以解決這個問題，所有，要細心檢查，不一定都是損壞。還有就是有些程序在C向B移動的時候，是記憶步進數(shù)，而不受光電器件的監(jiān)控的，當(dāng)下降受阻，沒有下降到應(yīng)有的位置而上升時又要按照步數(shù)上升，自然就會撞倒頂端，下次動作的時候也就會出錯。還是這種情況，如果是光耦損壞，發(fā)射或者接收損壞，輸出端沒有開關(guān)信號的改變，就是說總是開路的，那么電路會認(rèn)為移動部件在光電檢測位置，動作開始時需要將移動部件拉離這個位置，但由于損壞，無論怎么運動都沒有短路信號的出現(xiàn)，也就繼續(xù)拉動直到到頭，這就是單方向遠離光耦運動。如果接收端短路，無論移動部件在什么位置都認(rèn)為沒有到位，于是程序引導(dǎo)移動部件繼續(xù)朝光耦方向運動直到到頭。這就是兩種單方向運動的狀態(tài)。
如果替換的時候，由于標(biāo)示不清，無法分辨那是發(fā)射那是接收時，通過二極管測量正向?qū)ǚ聪蚪刂恋脑?，即可判斷出發(fā)射端，至于接收端由于是開關(guān)，所以集電極或者發(fā)射極方向都是無所謂的。
有些情況下，替換后，依然不起作用，經(jīng)過測量得知發(fā)射端依然是5V（12V）也就是沒有導(dǎo)通，那么這種情況就是那個限流電阻的問題了，不同的發(fā)射管其限流電阻也不同，都有一個范圍，超出這個范圍也就不會導(dǎo)通發(fā)射管，所以，適當(dāng)改變限流電阻的阻值會解決這一問題的。
在作為液體檢測使用的光電開關(guān)中，槽型開關(guān)還是很多的，常見的ABX,POCH100,COULTER的設(shè)備都是采用槽型光電開關(guān)的，只不過電路有些不同罷了。
這些光電開關(guān)本身的判斷根1樓完全一樣。電路的不同是在發(fā)射端，發(fā)射端有一個可調(diào)電位器，用來調(diào)整發(fā)射光的強度，這是因為這種開關(guān)由于通過管路檢測液體，如果固定發(fā)射電壓的話，造成不必要的麻煩和費用，在管路太臟的情況下，適當(dāng)提高發(fā)射電壓就可以繼續(xù)使用了。大概電路如下：
上圖可以看出，發(fā)射端接了一個可調(diào)電位器，這個電位器可以在5V以內(nèi)的范圍內(nèi)自由調(diào)整，接收端連接的是放大器，在放大器的輸入端會有一個測試點，這個測試點是用來監(jiān)測閾值的。目的是調(diào)整可調(diào)電位器使OFFSET達到高電平標(biāo)準(zhǔn)。
調(diào)整的原則是這樣的，當(dāng)管路中沒有液體的時候，這個點的閾值也就是OFFSET電壓一定大于3V,因為這是高電平的標(biāo)準(zhǔn)。常見的有3,5V,4V,4.5V等，有液體的時候，這個點的電壓一定是小于1V的，一般是0.2以下。但注意的是，只能通過無液體的時候調(diào)整，有液體調(diào)整不準(zhǔn)確。
但有時候替換件的性能跟原件不是那么相符，無液體閾值雖然調(diào)整到了要求，但有液體時電壓卻達到1V以上甚至2V以上，這就無法達到低電平的要求。這樣的情況就要調(diào)整有液體的 狀態(tài)下，此點電壓要1V以下，并且驗證無液體的情況下要達到3V以上，這樣反復(fù)調(diào)整才可以。當(dāng)然這是臨時處理方案。
還有的類似光電開關(guān)是完全分離的，就是說發(fā)射和接收是完全不同的兩個東西。這種光電開關(guān)最常見的是在血球中定量管檢測電路中，例如ABBOTT的定量監(jiān)測，分別替換檢查就是。
要說明的是，上述光電開關(guān)都是非可見光的，也就是紅外線發(fā)光的，可見光不會對其有任何影響，有些人用強光手電照射來判斷是否損壞是無效的。
在HGB比色中，也是光電檢測電路，不過不同點還是很多的?？聪聢D：
首先是HGB比色中的發(fā)射光是可見光，而且有波長要求，采用氰化高鐵比色法的，采用540NM波長，采用無氰比色法的，采用550-555NM波長，這些發(fā)射管一般采用定做波長的LED,也有采用白色光加濾光片的，效果都是一樣的。
主要任務(wù)是PCM編碼和信號的多路復(fù)用。 多路復(fù)用是指將多路信號組合在一條物理信道上進行傳輸，到接收端再用專門的設(shè)備將各路信號分離出來，多路復(fù)用可以極大地提高通信線路的利用率。 在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M制光脈沖"0"碼和"1"碼，它由二進制數(shù)字信號對光源進行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM（pulsecode modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機產(chǎn)生。
其次，發(fā)射端一定是恒流源，電流的恒定才能保證發(fā)光的穩(wěn)定，不會導(dǎo)致閃爍的發(fā)生。恒流源一般采用專用的電源電路進行匹配，一般導(dǎo)通的時候發(fā)射管電壓為2-2.5V左右。有兩個可能，一個是發(fā)射管老化導(dǎo)致光亮度下降，這個時候就要更換發(fā)射管，或者提高恒流源的電壓來提高發(fā)射管的亮度（至于如何調(diào)整，就要看恒流電路是如何的了），另一個是池子或者濾光片透光性不好了。
還有就是接收端的電路差別，一般HGB接收電路需要經(jīng)過2級以上的放大電路，初級放大是用來放大信號的，次級放大是用來調(diào)整和放大信號的。
由于發(fā)射端的不可調(diào)整，那么在有稀釋液的時候，接收端二級放大電路中，就需要有一個增益的調(diào)整，將初級放大信號調(diào)整到高電平的范圍，也就是3V以上。常見的有3.5V,4V,4.5V,4.8V等等，一般在5V以下。當(dāng)溶血劑作用下的標(biāo)本進入的時候，電壓會下降，下降的幅度不定，根據(jù)標(biāo)本的HGB濃度改變。
由于接收端一般采用光電接收二極管，這樣靈敏度很高，準(zhǔn)確性線性都很好，很少采用光電接收三極管或者光電池的，但電路標(biāo)示一般都畫成三極管模樣。直接進行光線的阻擋，并且光線強度的不同，導(dǎo)通狀態(tài)也隨之改變。通過此法可以簡單的判斷接收管是否損壞。
由于接收管接收到的信號很微弱，需要通過MV才能測量出來，而且由于是可見光，受光線的影響也非常大，因此需要避光，所以，經(jīng)常見到HGB單元是黑色密閉容器或者有黑色屏蔽裝置。
當(dāng)出現(xiàn)HGB值混亂的時候，排除發(fā)射管和其他因素后，問題固定到接收和電路部分的時候，可以通過測量接收管的空白電壓和標(biāo)本電壓來進行計算，來判斷一下接收管是否正常。用已知HGB值得標(biāo)本，例如HGB為110g/L,空白接收電壓為45mv,標(biāo)本電壓為35MV,說明接收管沒有問題，初級放大就會到V級， 如果每一級都準(zhǔn)確，那么就是A/D轉(zhuǎn)換電路或者設(shè)置問題了。
還有一點要注意的是，HGB比色系統(tǒng)，往往是發(fā)射管和接收管與比色池制作在一起，遠離放大電路，因此，發(fā)射接收絕對不能受潮的，否則，系統(tǒng)就會報錯甚至停止工作。
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