虚拟现实技术(又称灵境技术)，是从真实存在的现实社会环境中，用照相、录像、绘画等方法，采集几个方向必要的数据，输入计算机，经过计算机的计算补插处理，模拟生成三维虚拟环境。使用者通过传感器技术手段和计算机三维软件，感触和融入该虚拟环境，对虚拟世界对象(如园林、建筑、设备、零件、人物、服饰、医疗、游戏等)进行可视化操作，实现人机交互，获得设计、模拟和仿真。头戴VR 显示器是用两个显示器分别向两只眼睛显示两幅图像，两幅图像有细小差别，类似于人的双眼视差，从而给人以三维沉浸感。

对计算机显示器或头戴VR 显示器显示的三维虚拟现实对象进行可视化操作的传感器，有光电、电磁波、超声波、机械力等多种类型，其中虚拟现实三维空间跟踪球是一种可以提供6 自由度控制的光电传感器，是一种简单实用、应用较多的桌面控制设备。

虚拟现实三维空间跟踪球，如图4-43 所示，跟踪球被安装在一个小型平台上，可以扭转、挤压、下按、上拉、摇摆。球的中心是固定的，球面与半球形凹洞之间留有间隙，半球形凹洞均匀装有6 个发光二极管，球面相对位置安装有6 个光敏传感器。当使用者以不同方式施加外力作用于跟踪球时，6 个光敏传感器接收光的强度不同，产生不同强度的电信号，通过无线或USB 接口送入计算机。计算机根据这6 个不同的电信号计算出虚拟对象平移和旋转运动的量值，根据这些量值改变显示器上显示的虚拟对象的运动状态。

图4-43　虚拟现实三维空间跟踪球

1. 熟悉常用光敏元器件的性能指标

在众多的光电式传感器中，最为成熟且应用最广的是可见光和近红外光传感器，如CdS、Si、Ge、InGaAs 光传感器，已广泛应用于工业电子设备的光电子控制系统、光纤通信系统、雷达系统、仪器仪表、电影电视及摄影曝光等方面，以提供光信号检测、自然光检测、光量检测和光位检测之用。随着光纤技术的开发，近红外光传感器(包括Si、Ge、InGaAs 光探测器)已成为重点开发的传感器，这类传感器有PIN 和APD 两大结构型。PIN结型具有低噪声和高速的优点，但内部无放大功能，往往需与前置放大器配合使用，从而形成PIN+FET 光传感器系列。APD 雪崩型光传感器的最大优点是具有内部放大功能，这对简化光接收机的设计十分有利。高速、高探测能力和集成化的光传感器是这类传感器的发展趋势。

光敏元器件品种较多，且性能差异较大，为方便选用，表4-5 列出了进行光敏元器件特性比较，以供参考。同时还要熟悉光敏元器件性能技术指标及其表示的意义。

表4-5　光敏元器件性能技术指标及其表示的意义

2. 测光文具盒电路的装配与测试

测光文具盒电路，如图4-44 所示。测光文具盒是在文具盒上加装测光电路组成的，它不但有文具盒的功能，而且能显示光线的强弱，可指导学生在合适的光线下学习，以保护视力。

图4-44　测光文具盒电路

测光文具盒电路中采用2CR11 硅光电池作为测光传感器，它被安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱，采用两个发光二极管作为光照强弱的指示。当光照度小于100ix 较暗时，光电池产生的电压较低，晶体管VT 压降较大或处于截止状态，两个发光二极管都不亮。当光照度在100 ～200ix 时，发光二极管VL2点亮，表示光照度适中。当光照度大于200ix 时，光电池产生的电压较高，晶体管VT 压降较小，此时两个发光二极管均被点亮，表示光照太强了，为了保护视力，应减弱光照。调试时可借助测光表的读数，调电路中的电位器RP 和电阻R 使电路满足上述要求。

制作印制电路板或利用面包板装调该电路，过程如下。

(1)准备电路板和元器件，认识元器件。

(2)电路装配调试。

(3)电路各点电压测量。

(4)记录测光实验过程和结果。

(5)调电位器RP 和电阻R，再进行电路各点电压测量和测光实验结果分析比较。

思考该电路的扩展用途。(www.daowen.com)

(1)光电效应有哪几种? 与之对应的光电元器件有哪些? 请简述其特点。

(2)光电式传感器可分为哪几类? 请分别举例并加以说明。

(3)某光电开关电路如图4-45(a)所示，施密特触发反相器CD40106 的输出特性图如图4-45(b)所示。

①试分析该电路的工作原理。

②列表说明各元器件的作用。

③当光照从小到大逐渐增加时，继电器K 的状态如何改变? 反之，当光照由大变小逐渐减弱时，继电器K 的状态如何改变?

图4-45　光电开关电路及输出特性

(a)电路；(b)CD40106 的输出特性

(4)某光电晶体管在强光照时的光电流为2.5mA，选用的继电器吸合电流为50mA，直流电阻为200Ω。现将设计两个简单的光电开关，其中一个是当有强光照时继电器吸合，另一个相反，是当有强光照时继电器释放。试分别画出两个光电开关的电路图(只允许采用普通晶体管放大光电流)，并标出电源极性及选用的电压值。

(5)造纸工业中经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量，试设计一个自动检测纸张“白度”的测量仪，要求：

①画出传感器简图。

②画出测量电路简图。

③简要说明其工作原理。

(6)在物理学中，与重力加速度g 有关的公式为

式中，υ0为落体初速度，t 为落体经设定距离S 所花的时间。根据上式，试设计一台测量重力加速度g 的教学仪器，要求同第5 题(提示：υ0可用落体通过一小段路程S0的平均速度υ0代替)。

(7)标准化考试，学生用2B 铅笔填涂答题卡，由机器阅卷评分。答题卡机器光电头首先将正确答题卡填涂信息录入到答题卡机器软件系统，然后将需要阅读的答题卡用光电头录入，与正确答题卡填涂信息对比，给出得分。试用学过的光电式传感器知识，设计一答题卡机器方案，画出框图。

(8)光电耦合器有哪几种结构? 能做哪些用途? 光电耦合器在插卡式电源开关中起什么作用?

(9)简单叙述热释电红外传感器工作原理和电路组成。

(10)光纤传感器有哪两种类型? 简单叙述光纤传感器水源检测设备的工作原理。

(11)试画出条形码识读设备的电路组成框图。