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1、光学传感器,第五节 光敏二极管及其应用 第六节 光敏三极管及其应用,第五节 光敏二极管及其应用,光敏二极管(photodiode) 的基本工作原理是当光照射半导体的PN结时，在反向电压的作用下，其反向电流随光照强度变化而变化，由此来实现将光信号转换成电信号的功能,光敏二极管的结面积较大，安装在管子顶部以接受光的照射，结的深度较浅,5.1 光敏二极管结构原理与等效电路,光照射光敏二极管时，光子打在PN结附近，使空间电荷 区产生电子一空穴对，它们在外电场的作用下与P区和N 区的少数载流子作定向运动而形成电流，此时的电流要 比无光照时的漏电流大的多,6,PIN光电二极管,雪崩式二极管,光谱特性,0.
2、9m,5.2 光敏二极管特性,光照特性,温度特性,伏安特性,5.3 光敏二极管的典型应用电路,第六节 光敏三极管及其应用,6.1 光敏三极管的结构和原理,当集电极加上正电压，基极开路 时，集电结处于反向偏置状态。 当光线照射在集电结的基区时， 产生电子、空穴对，光生电子被 拉到集电极，基区留下空穴，使 基极与发射极间的电压升高，相当于给发射结加了正向偏压，使电子大量流向集电极，形成输出电流,6.2 光敏三极管的特性,光谱特性,光照特性光电流,伏安特性,温度变化对光电流的影响很小，对暗电流的影响很大。故电子线路中应对暗电流进行温度补偿,6.3 光敏三极管典型应用电路,光敏三极管在生物医学测量中的
3、应用,典型应用血氧饱和度测量 血氧饱和度：指血液中单位体积内氧合血红蛋白（HbO2）的数量与血红蛋白（Hb+HbO2）的总数之比 血红蛋白（Hb）和氧合血红蛋白（HbO2）对不同波长的光有着不同的吸收系数。对波长为805nm左右的光，两者吸收率相等，对波长为660nm左右的光，两者吸收率相差最大,第八节 光电耦合器件,发光器件一般选用发光二极管，光敏器件可用光敏二极 管、光敏三极管,8.1 光电耦合器件的结构原理,输入特性参数 光电耦合器件的输入元件是发光二极管，因此其输入特性参数有：最大工作电流IFM、正向压降VF、反向漏电流IR 输出特性参数 输出电流io（光电流）：向光电耦合器的输入端注
4、入一定的工作电流（一般10mA），使发光二极管发光，在此情况下，接有一定的负载（约500），并加一定电压（通常为10伏）的光电耦合器输出端所产生的电流 饱和压降Vces：在输入端加一定电流，输出侧加一定电压，接入负载电阻后，光耦合器两输出端之间的压降,8.1 光电耦合器件的结构原理,传输特性 电流传输比CTR：在直流工作状态下，光耦合器的输出电流io与输入电流iF之比，称为其电流传输比CTR（或称转换效率） 传输线性,传输特性 传输速度：光耦合器的传输速度是指信号由输入至输出所需要的传输时间，有时也用响应时间来描述，包括：延迟时间to，上升时间tr和下降时间tf 隔离特性：光电耦合器由于输入与
5、输出间是通过光来耦合的，输入与输出间有完全的电气隔离，但由于结构材料的影响以及难免的漏电和分布电容的存在，使输入与输出间的隔离特性不完全,8.2 光电耦合器件的应用电路,第四节 光纤传感器及其医学应用,纤维芯,覆盖层,在纤维芯和覆盖层界面上发生折射,4.1 光纤传感器的结构和工作原理,数值孔径： 数值孔径NA反映了光纤对入射光的接受能力。NA越大，说明光纤能够使光线全反射的入射角范围越大，接受能力越强 传输损耗 由于纤维芯的吸收、散射及弯曲处的辐射效应，光纤传播光时会产生损耗，常用衰减率表示,4.1 光纤传感器的主要参数,光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感
6、元件（光纤或非光纤的）、光接收器、信号处理系统以及光纤构成 由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量,4.2 光纤传感器的基本原理,式中 E0电场E的振幅矢量； 光波的振动频率； 光相位； t光的传播时间。,可见，只要使光的强度、偏振态（矢量A的方向）、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，即可获得所需要的被测量的信息。,4.2 光纤传感器的基本原理,光纤压力传感器,9.2 光纤传感器及其在医学上的应用,
