光电式传感器4优秀课件

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1、 返回主目录返回主目录第第8 8章章 光电式传感器光电式传感器* *光电器件光电器件 * *光纤传感器光纤传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光光光光电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器0 0 概述概述 指纹锁指纹锁门禁门禁光光电电鼠鼠标标传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光光光光电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器概述概述 料料位位自自动动控控制制光电开关传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章

2、光光光光电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器概述概述 光栅光栅光纤光纤光电管光电管光敏电阻光敏电阻 光电器件光电器件 将光能转换为电能的一种传感器件将光能转换为电能的一种传感器件. . 构成光电式传感器最主要的部件。构成光电式传感器最主要的部件。 工作的物理基础工作的物理基础: :光电效应。光电效应。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光光电电效效应应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电光电光电光电式传感器式传感器式传感器式传感器 传传统统的的光光敏敏器器件件利利用用各各种种光光电电

3、效效应应，光电效应可分为：光电效应可分为： 外光电效应外光电效应 内光电效应内光电效应 光电导效应光电导效应 光生伏特效应光生伏特效应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (1)(1)外光电效应外光电效应在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射。在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射。光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光子具有的能量是：光子具有的能量是： 普朗克常数普朗克常数()光的频率（光

4、的频率（Hz），波长短，频率高，能量），波长短，频率高，能量大传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.1 8.1 光光电电效效应应 8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 如果光子的能量如果光子的能量E E大于电子的逸出功大于电子的逸出功A A，超出的超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。产生光电子发射。 由能量守恒定律有：由能量守恒定律有：传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电

5、式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器u光电导效应：光电导效应： 入射光强改变物质导电率的入射光强改变物质导电率的物理现象。物理现象。 基于光电导效应的光电器件基于光电导效应的光电器件 有有光敏电阻光敏电阻。8.1 8.1 光电效应光电效应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.1 8.1 光光电电效效应应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)

6、内光电效应内光电效应 u光生伏特效应：光生伏特效应： 半导体材料吸收光能后，在半导体材料吸收光能后，在PNPN结上产生电动势结上产生电动势的效应。的效应。 两种情况：两种情况： 不加偏压的不加偏压的不加偏压的不加偏压的PNPNPNPN结结结结 加反偏压的加反偏压的加反偏压的加反偏压的PNPNPNPN结结结结传感器原理及应用传感器原理及应用第第8 8章章 光电传感器光电传感器 不加偏压的不加偏压的PNPN结结 当光照射在当光照射在PNPN结时，如果电子能量大结时，如果电子能量大 , ,可激发出电子可激发出电子空穴对，在空穴对，在PNPN结内电场作用下结内电场作用下空穴移向空穴移向P P区，电子移

7、向区，电子移向N N区，区， 使使P P区和区和N N区之间产生电压，区之间产生电压， 即光生电动势即光生电动势. . 基于这种效应的器件有基于这种效应的器件有 光电池光电池 8.1 8.1 光光电电效效应应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 加反偏压加反偏压加反偏压加反偏压的的PNPN结结： 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；无光照时，反向电阻很大，反向电流很小； 有光照时，光子能量足够大产生光生电子

8、有光照时，光子能量足够大产生光生电子空穴对，空穴对， 在在PNPN结电场作用下，形成光电流，结电场作用下，形成光电流， 光照越大光电流越大。光照越大光电流越大。 具有这种性能的器件有：具有这种性能的器件有： 光敏二极管、光敏晶体管光敏二极管、光敏晶体管. . 8.1 8.1 光光电电效效应应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应1.1.外光电效应外光电效应 光线作用下光线作用下, , 使电子逸出物体表面的现象使电子逸出物体表面的现象. . 如如: :光电管、光电倍增管光电管、光电倍增管2.2.内光电效应内光电效应 光线

9、作用下光线作用下, , 物体的电导性能改变的现象物体的电导性能改变的现象. . 如如: :光敏电阻光敏电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 内光电效应又可分为以下两类：内光电效应又可分为以下两类： (1)(1)光电导效应光电导效应 在在光光线线作作用用下下，使使载载流流子子浓浓度度增增加加，半半导导体体的的导电性增加，阻值减低。导电性增加，阻值减低。 光敏电阻是基于光电导效应的光电器件。光敏电阻是基于光电导效应的光电器件。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感

10、器感器感器感器 (2)(2)光生伏特效应光生伏特效应 在在光光线线的的作作用用下下能能够够使使物物体体产产生生一一定定方方向向的的电电动动势的现象。势的现象。 光电器件有光电器件有光电池光电池。 光敏二极管、光敏晶体管光敏二极管、光敏晶体管是基于内光电效应。是基于内光电效应。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电电器件器件 光敏电阻光敏电阻 工作原理是基于工作原理是基于光电导效应光电导效应

11、，其结构是在玻璃底，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的版上涂一层对光敏感的半导体物质半导体物质，两端有梳状金，两端有梳状金属电极，在半导体上覆盖一层漆膜。属电极，在半导体上覆盖一层漆膜。 光敏电阻结构及符号光敏电阻结构及符号 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电电器器件件光敏电阻光敏电阻 *光敏电阻光敏电阻 结构与工作原理结构与工作原理 光光敏敏电电阻阻又又称称光光导导管管, , 无无光光照照时时, , 光光敏敏电电阻阻值值（暗暗电阻）很大电阻）很大, , 电路中电流（暗电流）很小。电路中电流（

12、暗电流）很小。 当当受受到到一一定定波波长长范范围围的的光光照照时时, , 它它的的阻阻值值（亮亮电电阻阻）急剧减少急剧减少, , 电路中电流迅速增大。电路中电流迅速增大。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 一般希望暗电阻越大越好一般希望暗电阻越大越好, , 亮电阻越小越好亮电阻越小越好, , 此时光敏电阻的灵敏度高。此时光敏电阻的灵敏度高。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光敏电阻光照特性光敏电阻光照特性 无光照，内部电子被原子束缚，有很

13、高的电阻值；无光照，内部电子被原子束缚，有很高的电阻值； 有光照时，电阻值随光强增加而降低；有光照时，电阻值随光强增加而降低； 光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电阻受到当光敏电阻受到光照，光生电子光照，光生电子空穴对增加，空穴对增加，阻值减小，电流阻值减小，电流增大。增大。暗电流（越小

14、越好）暗电流（越小越好）传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 主要参数主要参数 （）（） 暗电阻暗电阻 光敏电阻在不受光时的阻值光敏电阻在不受光时的阻值. . 流过的电流称为暗电流。流过的电流称为暗电流。 （）（） 亮电阻亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻光敏电阻在受光照射时的电阻. . 流过的电流称为亮电流。流过的电流称为亮电流。 （） 光光电电流流 亮亮电电流流与与暗暗电电流流之之差差称称为为光光电电流流。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器

15、 基本特性基本特性（1 1） 伏安特性伏安特性 在一定照度下在一定照度下, , 流过光敏电阻的流过光敏电阻的电流电流与其两端与其两端的的电压电压的关系的关系. .传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 在一定的电压范围内在一定的电压范围内, , 其其I-UI-U曲线为直线，其阻曲线为直线，其阻值与入射光量有关值与入射光量有关, , 而与电压、电流无关。而与电压、电流无关。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8

16、 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器(2)(2)光照特性光照特性 描述光电流描述光电流 I I 和光照强度之间的关系，和光照强度之间的关系，传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 （3 3） 光谱特性光谱特性 光敏电阻的光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长相对光敏灵敏度与入射波长的关系的关系. . 亦称为亦称为光谱响应光谱响应。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章

17、章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器(4)(4)频率特性频率特性 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 （5 5） 温度特性温度特性 温温度度变变化化影影响响光光敏敏电电阻阻的的光光谱谱响响应应, , 它它的的灵灵敏敏度度和和暗电阻都要改变暗电阻都要改变, , 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及

18、应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光电器件光电器件 （3 3）光敏电阻）光敏电阻应用应用光敏电阻开关电路光敏电阻开关电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电电器件器件 （3 3）光敏电阻）光敏电阻应用应用光敏电阻在声

19、、光控开关中的应用光敏电阻在声、光控开关中的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管光敏二极管 光敏二极管结构与一光敏二极管结构与一般二极管相似，它们都般二极管相似，它们都有一个有一个PNPN结，结，PNPN结面结面积比一般二极管大。积比一般二极管大。硅光敏二极管结构硅光敏二极管结构 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 工作原理：工作原理： 光敏二极管在电

20、路中一般处于反向偏置状态，光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态， 无光照时，反向电阻很大，无光照时，反向电阻很大， 反向电流很小；反向电流很小； 有光照时，有光照时，PNPN结处产生光生结处产生光生 电子空穴对；电子空穴对； 在电场作用下形成光电流，在电场作用下形成光电流， 光照越强光电流越大；光照越强光电流越大； 光电流方向与反向电流一致。光电流方向与反向电流一致。 8.2 8.2 光光电电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管基本电路光敏二极管基本电路 *光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管 结构原理结构原理没有光照射时没有光照射时, , 反向电阻很大

21、反向电阻很大, , 反向电流很小反向电流很小, ,当光照射在当光照射在PNPN结上时结上时, , 形成光电流。形成光电流。光的照度越大光的照度越大, , 光电流越大。光电流越大。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光敏二极管光敏二极管 在不受光照射时在不受光照射时, , 处于截止状态处于截止状态, , 受受光光照照射射时时, , 处处于于导导通通状状态态。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章

22、章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 当当无无光光照照时时，光光敏敏二二极极管管截截止止，T T截截止止，继继电电器器K K断开。断开。 当当有有光光照照时时，光光敏敏二二极极管管导导通通，T T也也导导通通，继继电器吸合，实现光电开关的控制。电器吸合，实现光电开关的控制。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光

23、电式传感器感器感器感器 大多数光敏晶体管的基极大多数光敏晶体管的基极无引线，集电结加反偏。玻璃无引线，集电结加反偏。玻璃封装上有个小孔，让光照射到封装上有个小孔，让光照射到基区。基区。 8.2 8.2 光光电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏三极管光敏三极管光敏晶体管结构光敏晶体管结构 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 硅（硅（SiSi）光敏晶体极管一般都是光敏晶体极管一般都是NPNNPN结构，光照射结构，光照射在集电结的基区，产生电子、空穴，光生电子被拉向在集电结的基区，产生电子、空穴，光

24、生电子被拉向集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极之间的电压升高，发射极便有大量电子经基极流向集之间的电压升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，形成较大三极管输出电流。电极，形成较大三极管输出电流。负载电阻负载电阻RLRL上的上的输出电压为：输出电压为： 8.2 8.2 光光电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏三极管光敏三极管晶体管电流放大系数晶体管电流放大系数 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光敏晶体管具有放大作用，伏安特性曲线光敏

25、晶体管具有放大作用，伏安特性曲线 如图所示如图所示 8.2 8.2 光光电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管光敏晶体管等效电路光敏晶体管等效电路 光敏晶体管伏安特性光敏晶体管伏安特性传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器当无光照时，光敏三极管截止当无光照时，光敏三极管截止. .有光照时，光敏三极管中集电极电流是基极电流有光照时，光敏三极管中集电极电流是基极电流( (光光生电流生电流) )的的 倍。倍。光敏三极管具有放大作用，比光敏二极管灵敏度高。光敏三极管具有放大作用，比光敏二极管灵敏度高。传感器原理及

26、应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 当当无无光光照照时时，光光敏敏三三极极管管截截止止，T T截截止止，继继电电器断开。器断开。 当当有有光光照照时时，光光敏敏三三极极管管导导通通，T T导导通通，继继电电器吸合。实现开关控制的功能。器吸合。实现开关控制的功能。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8

27、章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 基本特性基本特性 （） 光光谱谱特特性性 （）（） 伏安特性伏安特性传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光敏晶体管的光谱特性光敏晶体管的光谱特性 硅材料的光敏管峰值波长在硅材料的光敏管峰值波长在0.9m0.9m附近（可见光）附近（可见光） 灵敏度最大；灵敏度最大； 可见光或探测赤热状可见光或探测赤热状 物体时一般都用硅管物体时一般都用硅管 锗管的峰值波长约

28、为锗管的峰值波长约为 1.5m1.5m（红外光）红外光） 对红外进行探测时用对红外进行探测时用 锗管较适宜。锗管较适宜。 8.2 8.2 光光电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏三极管光敏三极管光敏晶体管光谱特性光敏晶体管光谱特性 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器(3)(3)频率特性频率特性 指指光光敏敏管管输输出出的的光光电电流流( (或或相相对对灵灵敏敏度度) )随随频频率率变化的关系。变化的关系。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电

29、式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器（4 4） 温度特性温度特性 指其指其暗电流暗电流及及光电流光电流与与温度的关系温度的关系。温度变化对光电流影响很小温度变化对光电流影响很小, , 而对暗电流影响很大而对暗电流影响很大. .传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章

30、章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 工作原理是基于光生伏特效应，可以直接将光能工作原理是基于光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，广泛用转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。 光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光光电池种类很多，有硒光电池、

31、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。电池、砷化镓、氧化铜等等。 8.2 8.2 光光电器件器件 光电池（有源器件）光电池（有源器件）光光 电电 池池 符符 号号传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 光电池（有源器件）光电池（有源器件）太阳能手机充电器太阳能手机充电器太阳能供 LED电警示太阳能电池传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 结构结构：光电池实质是一个大面积：光电池实质是一个大面积PNPN结，上电极为栅结

32、，上电极为栅状受光电极，下电极是一层衬底铝。状受光电极，下电极是一层衬底铝。 原理原理：当光照射：当光照射PNPN结的一个面时，电子结的一个面时，电子空穴对空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。可产生的电动势。可产生0.2V0.2V0.6V0.6V电压电压50mA50mA电流。电流。 8.2 8.2 光光电器件器件 光电池（有源器件）光电池（有源器件）光电池结构光电池结构光电池工作原理图光电池工作原理图传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光电池光照特

33、性光电池光照特性光电池光照与负载的关系光电池光照与负载的关系 作为测量元件使用时，一般不做电压源使用，作为测量元件使用时，一般不做电压源使用， 而作为电流源的形式应用。而作为电流源的形式应用。 8.2 8.2 光光电器件器件 光电池（有源器件）光电池（有源器件）传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 基本特性：基本特性： （）（） 光谱特性光谱特性 对不同波长的光的灵敏度是不同的。对不同波长的光的灵敏度是不同的。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传

34、感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 （）（） 光照特性光照特性 光电流和光生电动势之间的关系。光电流和光生电动势之间的关系。 短路电流与光照强度成线性关系短路电流与光照强度成线性关系, , 开路电压与光照度的关系是非线性的开路电压与光照度的关系是非线性的, , 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器(3)(3)频率特性频率特性 传感器原理及应

35、用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 (4) (4) 温度特性温度特性 光电池的开路电压和短路电流随温度变化。光电池的开路电压和短路电流随温度变化。开路电压随温度升高而下降的速度较快开路电压随温度升高而下降的速度较快, , 短路电流随温度升高而缓慢增加。短路电流随温度升高而缓慢增加。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 (

36、5) (5) 光电池（有源器件）光电池（有源器件）温度特性温度特性传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器v电路连接电路连接 作为控制元件时通常接非线性负载，控制晶作为控制元件时通常接非线性负载，控制晶体管工作。体管工作。 作为电源使用时，根据使用要求进行连接。作为电源使用时，根据使用要求进行连接。 需要高电压时应将光电池串联使用；需要高电压时应将光电池串联使用； 需要大电流时应将光电池并联使用。需要大电流时应将光电

37、池并联使用。 8.2 8.2 光光电器件器件 光电池（有源器件）光电池（有源器件）传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 硅管的发射结导通电压为硅管的发射结导通电压为0.60.6V V0.7V0.7V，光电池的光电池的 0.50.5V V电压起不到控制作用，可将两个光电池串联电压起不到控制作用，可将两个光电池串联 后接入基极。后接入基极。 有光照度变化时，引起基极电流有光照度变化时，引起基极电流IbIb变化，集电极变化，集电极 电流发生电流发生倍的变化。电流倍的变化。电流IcIc与光照近似线性关系。与光照近似线性关系。光电

38、池电路连接光电池电路连接传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器PINPIN型硅光电二极管型硅光电二极管，高速光电二极管，响应时间，高速光电二极管，响应时间达达1nS1nS，适用于，适用于遥控装置遥控装置。 雪崩式光电二极管雪崩式光电二极管，具有高速响应和放大功能，具有高速响应和放大功能，高电流增益，可有效读取微弱光线，用于高电流增益，可有效读取微弱光线，用于0.8m0.8m范围的范围的光纤通信光纤通信、光磁盘受光元件装置。、光磁盘受光元件装置。 光电闸流晶体管光电闸流晶体管（光激可控硅），由入射光线触（光激可控硅），由入射

39、光线触发导通的可控硅元件。发导通的可控硅元件。 8.2 8.2 光光电器件器件 其他光电管其他光电管传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器达林顿光电三极管达林顿光电三极管（光电复合晶体管），（光电复合晶体管），输入是光电三极管，输出是普通晶体管，输入是光电三极管，输出是普通晶体管，增益大，增益大，I=IgI1I2 I=IgI1I2 。 光敏场效应晶体管光敏场效应晶体管，具有灵敏度高、线性，具有灵敏度高、线性动态范围大、光谱响应范围宽、输出阻抗动态范围大、光谱响应范围宽、输出阻抗低、低、体积小等优点。广泛用于体积小等优点。广

40、泛用于对微弱信号对微弱信号和和紫外光的检测紫外光的检测。 半导体色敏传感器半导体色敏传感器，可直接测量从可见光，可直接测量从可见光到红外波段的单色辐射波长。到红外波段的单色辐射波长。 8.2 8.2 光光电器件器件 其他光电管其他光电管 光电耦合器件光电耦合器件由由发发光光元元件件和和光光电电接接收收元元件件合合并并使使用用, , 以以光光作作为为媒媒介介传递信号的光电器件。传递信号的光电器件。 发光元件发光元件是发光二极管是发光二极管, , 光光电电接接收收元元件件有有光光敏敏电电阻阻、光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管或光可控硅等。或光可控硅等。 传感器原理及应用传感器原理及应用第

41、第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器发光管辐射可见光或红外光，发光管辐射可见光或红外光，受光器件在光辐射作用受光器件在光辐射作用 下控制输出电流大小。下控制输出电流大小。通过电通过电光、光光、光电，电， 两次转换进行输入输出耦合两次转换进行输入输出耦合。 8.2 8.2 光光电器件器件 光电耦合器件光电耦合器件传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 “ “光耦光耦”集成器件的

42、集成器件的特点特点：输入输出完全：输入输出完全隔离隔离，有独立的输入输出阻抗，器件有很强的抗干扰有独立的输入输出阻抗，器件有很强的抗干扰能力和隔离性能，可避免振动、噪声干扰。能力和隔离性能，可避免振动、噪声干扰。 特别适宜做数字电路特别适宜做数字电路 开关信号传输、逻辑开关信号传输、逻辑 电路隔离器、计算机电路隔离器、计算机 测量、控制系统中做测量、控制系统中做 无触点开关等。无触点开关等。 8.2 8.2 光光电器件器件 其他光电管其他光电管传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 其他光电

43、管其他光电管光电耦合器用于光电耦合器用于天然气点火器电路天然气点火器电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光电开关光电开关利利用用感感光光元元件件对对变变化化的的入入射射光光加加以以接接收收, , 进进行行光光电电转转换换, , 信信号号放放大大和和控控制制, , 获获得得控控制制输输出出“开开”、 “关关”信号的器件。信号的器件。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传

44、光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器透射式，当不透明物质位透射式，当不透明物质位于中间时会阻断光路，接于中间时会阻断光路，接受器产生相应的电信号。受器产生相应的电信号。 反射式，光电开关的发射反射式，光电开关的发射与接受器件光轴在同一平与接受器件光轴在同一平面上，以某一角度相交，面上，以某一角度相交，交点处为待测点，当有物交点处为待测点，当有物体经过待测点时，接受元体经过待测点时，接受元件接收到物体表面反射的件接收到物体表面反射的光线。光线。 8.2 8.2 光光电器件器件 其他光电管其他

45、光电管 光电开关光电开关光电开关结构与外形光电开关结构与外形透射式的光电开关透射式的光电开关, , 当当不不透透明明的的物物体体位位于于或或经经过过它它们们之之间间时时, , 会会阻阻断断光光路路, , 使使接接收收元元件件接接收收不不到到来来自自发发光光元元件件的的光光, , 这样起到检测作用。这样起到检测作用。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器反射式的光电开关反射式的光电开关, , 当当有有物物体体经经过过时时, , 接接收收元元件件将将接接收收到到从从物物体体表表面反射的光面反射的光, , 没有物体时则接收不到

46、。没有物体时则接收不到。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 用用光光电电开开关关检检测测物物体体时时, , 大大部部分分只只要要求求其其输输出出信号有信号有“高高- -低低”（1-01-0）之分即可。）之分即可。 应应用用于于工工业业控控制制、自自动动化化包包装装线线及及安安全全装装置置中中作作光控制和光探测装置。光控制和光探测装置。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传

47、光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 光电器件的测量方法光电器件的测量方法 电梯平层用光电开关电梯平层用光电开关传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 光电器件的测量方法光电器件的测量方法 透射式透射式反射式反射式传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器电荷耦合器件，又称电荷耦合器件，又

48、称CCDCCD图象传感器。具有光电转图象传感器。具有光电转 换，信息存储、延时、传输、处理等功能。换，信息存储、延时、传输、处理等功能。 特点：集成度高、尺寸小、电压低（特点：集成度高、尺寸小、电压低（DC7DC712V12V）、）、 功耗小。功耗小。 应用航天、遥感、天文、通讯、工业、农业、军用应用航天、遥感、天文、通讯、工业、农业、军用等各个领域。等各个领域。 8.2 8.2 光光电器件器件 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCDCCD） ChargeCoupled Devices ChargeCoupled Devices传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传

49、光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 电荷耦合器件电荷耦合器件传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 电荷耦合器件电荷耦合器件基于基于CCDCCD光电耦器件的输入光电耦器件的输入设备：数字摄像机、数字相设备：数字摄像机、数字相机、平板扫描仪、指纹机机、平板扫描仪、指纹机传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 电荷耦合器件电荷耦合器件图象传感器发展趋势传感

50、器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCDCCD）2651801339066453322分辨率不同的图象比较传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.2 8.2 光光电器件器件 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCDCCD） 典型的典型的CCDCCD器件器件CCD产品产品 1.电荷耦合器件电荷耦合器件（CCDCCD）是是一一种种金金属属氧氧化化物物半半导导体体（MOSMOS）集集成成电电路路器件

51、。器件。以电荷作为信号以电荷作为信号, , 进行电荷的存储和电荷的转移。进行电荷的存储和电荷的转移。 适用于图像识别技术。适用于图像识别技术。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器CCDCCD的结构及工作原理的结构及工作原理 (1) (1)结构结构 由若干个电荷耦合单元组成的。由若干个电荷耦合单元组成的。 基本单元是基本单元是MOSMOS电容器电容器. .传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器( (). CCD). CCD原理原理 构成构成CCDCC

52、D的基本单元是的基本单元是MOSMOS电容器电容器, , MOS MOS电容器能够存储电荷电容器能够存储电荷 。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 在在金金属属电电极极上上施施加加一一个个正正电电压压时时, , 其其电电极极下下形形成成耗尽层耗尽层, , 电子在耗尽层势能较低电子在耗尽层势能较低, , 形成电子的形成电子的势阱势阱, , 电电压压从从1 1相相移移到到2 2相相时时, , 1 1相相电电极极下下势势阱阱消消失失, , 2 2相电极下形成势阱。相电极下形成势阱。 储储存存于于1 1相相电电极极下下势势阱阱

53、中中的的电电荷荷移移到到邻邻近近的的2 2相相电极下势阱中电极下势阱中, , 实现电荷的耦合与转移。实现电荷的耦合与转移。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器CCDCCD的信号电荷产生有两种方式的信号电荷产生有两种方式: : 光信号注入和电信号注入。光信号注入和电信号注入。 用作固态图像传感器时用作固态图像传感器时, ,接收的是光信号接收的是光信号, , 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章

54、章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光信号注入光信号注入: :光信号照射到光信号照射到CCDCCD硅片表面时硅片表面时, , 形成信号电荷形成信号电荷, ,存储电荷的多少正比于照射的光强。存储电荷的多少正比于照射的光强。电信号注入电信号注入: :是是CCDCCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样通过输入结构对信号电压或电流进行采样, ,将信号电压或电流转换为信号电荷。将信号电压或电流转换为信号电荷。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电

55、式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 CCDCCD输出端结构输出端结构: : 在在负负载载R RL L上上形形成成脉脉冲冲电电流流的的大大小小与与信信号号电电荷荷大大小小成正比，并通过负载电阻成正比，并通过负载电阻R RL L变为信号电压变为信号电压U U0 0输出。输出。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器CCDCCD器器件件具具有有存存储储、 转转移移电电荷荷和和逐逐一一读读出出信信号号电电荷荷的功能

56、。的功能。 2. 2.CCDCCD的应用的应用: :CCDCCD固态图像传感器固态图像传感器 作为摄像或像敏的器件。作为摄像或像敏的器件。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 由由感光部分感光部分和和移位寄存器移位寄存器组成。组成。感光部分由若干光敏单元组成阵列元件感光部分由若干光敏单元组成阵列元件, , 光光敏敏单单元元的的光光电电转转换换功功能能将将投投射射到到光光敏敏单单元元上上的的光光学学图像转换成电信号图像转换成电信号, , 将光强转换电荷包将光强转换电荷包, , 利利用用移移位位寄寄存存器器的的移移位位功功

57、能能将将电电信信号号传传送送, , 经经输输出出放放大器输出。大器输出。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光敏元件排列形式光敏元件排列形式, ,分为分为线型和面型两线型和面型两种。种。 （1 1） 线型线型CCDCCD图像传感器图像传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器线线型型CCDCCD图图像像传传感感器器可可以以直直接接接接收收

58、一一维维光光信信息息, , 不不能能直直接接将将二二维维图图像像转转变变为为视视频频信信号号输输出出, , 为为了了得得到到整整个个二二维维图图像像的的视视频频信信号号, , 就就必必须须用用扫扫描描的的方方法法来来实实现。现。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 面型面型CCDCCD图像传感器图像传感器 将将一一维维线线型型光光敏敏单单元元及及移移位位寄寄存存器器排排列列成成二二维维阵阵列列, , 可以构成面型可以构成面型CCDCCD图像传感器。图像传感器。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章

59、章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 有有三种基本类型三种基本类型: : 线转移线转移、 帧转移帧转移和和隔列转移隔列转移. .线转移线转移由行扫描发生器、由行扫描发生器、 感光区和输出寄存器组成。感光区和输出寄存器组成。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 帧转移面型帧转移面型CCDCCD由由光光敏敏区区（感感光光区区）、 存存储储区区和和水水平平读读出出寄寄存存器器构构成。成。隔离转移型隔离转

60、移型CCDCCD图像传感器图像传感器. .它将一列光敏单元与一列存储单元交替排列。它将一列光敏单元与一列存储单元交替排列。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器线阵CCD进行工件尺寸测量实例实例2 2：传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器M2A胶囊 CCD在医疗诊断中的应用实例实例3 3：8.1.6 8.1.6 光电传感器的应用光电传感器的应

61、用1. 1. 火焰探测报警器火焰探测报警器PbsPbs硫硫化化铅铅为为光光敏敏电电阻阻火火焰焰的的闪闪动动信信号号, ,经经V V2 2、V V3 3构构成成二二级级负负反反馈馈互互补补放放大大器器后后送送给给中中心心控控制制站站进进行行报报警警处处理。理。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 2. 2. 光电式纬线探测器光电式纬线探测器当当纬纬线线在在喷喷气气作作用用下下前前进进时时，红红外外发发射射管管V V

62、D D发发出出的的红红外外光光，经经纬纬线线反反射射，由由光光电电池池接接收收，如如光光电电池池接接收收不不到反射信号时，说明纬线已断。到反射信号时，说明纬线已断。利利用用光光电电池池的的输输出出信信号号，通通过过后后续续电电路路放放大大、脉脉冲冲整整形等，控制机器正常运转还是关机报警。形等，控制机器正常运转还是关机报警。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 3. 3. 燃气热水器中脉冲点火控制器燃气热水器中脉

63、冲点火控制器当当高高压压打打火火针针对对打打火火确确认认针针放放电电时时，光光电电耦耦合合器器中中的的发发光光二二极极管管发发光光， 耦耦合合器器中中的的光光敏敏三三极极管管导导通通， 经经V V1 1、V V2 2、V V3 3放放大大，驱驱动动强强吸吸电电磁磁阀阀，将将气气路路打打开开，燃气碰到火花即燃烧。燃气碰到火花即燃烧。若若高高压压打打火火针针与与打打火火确确认认针针之之间间不不放放电电，则则光光电电耦耦合器不工作，合器不工作，V V1 1等不导通，燃气阀门关闭。等不导通，燃气阀门关闭。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感

64、器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 4. CCD4. CCD图像传感器应用图像传感器应用 进行工件尺寸检测进行工件尺寸检测 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器物物体体成成像像聚聚焦焦在在图图像像传传感感器器的的光光敏敏面面上上，视视频频处处理理器器对对输输出出的的视视频频信信号号进进行行存存储储和和数数据据处处理理，被被测测物物体体尺尺寸计算公式，寸计算公式， 即即 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光

65、电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 激激 光光 传传 感感 器器一、激光的产生和特点一、激光的产生和特点激发激发：原子在正常状态下，处于稳定的低能级原子在正常状态下，处于稳定的低能级E E1 1。原子得到外界能量原子得到外界能量(h)(h)后，会由低能级后，会由低能级(E (E 1 1) )向向高能级高能级(E (E 2 2 ) )跃迁的过程。跃迁的过程。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器受激辐射受

66、激辐射：处在高能级处在高能级E E 2 2上的原子，在外来光子的激发下，上的原子，在外来光子的激发下，跃迁至低能级跃迁至低能级E E 1 1而发光。而发光。外来光子的频率符合如下关系时：外来光子的频率符合如下关系时： h = E h = E 2 2一一E E 1 1处于激发能级处于激发能级E E 2 2的原子才能在外来光子的激励下的原子才能在外来光子的激励下而发光。而发光。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器特点特点：如高方向性、高亮度、高单色性、高相干性。如高方向性、高亮度、高单色性、高相干性。激光是目前最亮的光源，

67、而且是颜色最纯、射程激光是目前最亮的光源，而且是颜色最纯、射程最远、会聚最小、光束最准直、相干性最好的光最远、会聚最小、光束最准直、相干性最好的光源。源。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 二、常用的激光器二、常用的激光器 按增益介质可分如下几类。按增益介质可分如下几类。 1 1固体激光器固体激光器 它的增益介质为固态物质。它的增益介质为固态物质。 2 2液体激光器液体激光器 工作物质是液体，液体激光器工作物质是液体，液体激光器, ,最大特点是它最大特点是它发出的激光波长可在一波段内连续可调，连续发出的激光波长可在一波

68、段内连续可调，连续工作，而不降低效率。工作，而不降低效率。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 3 3气体激光器气体激光器 工工作作物物质质是是气气体体，其其特特点点是是小小巧巧，能能连连续续工工作作，单色性好，输出功率不及固体激光器。单色性好，输出功率不及固体激光器。 4 4半导体激光器半导体激光器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器三、激光探测器的应用三、激光探测器的应用激光技术用于检测是将它作为光源，配以光电激光技术用于检测是将它作为光源，

69、配以光电元件来实现的元件来实现的。 主要用来测量长度、位移、速度、振动等参数。主要用来测量长度、位移、速度、振动等参数。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 1 1激光测流速激光测流速激光多普勒流速计激光多普勒流速计：可以测量火箭燃料的流速，：可以测量火箭燃料的流速，飞行器喷射气流的速度，风洞气流速度以及化飞行器喷射气流的速度，风洞气流速度以及化学反应中粒子的大小及会聚速度等。学反应中粒子的大小及会聚速度等。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感

70、器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器多普勒原理：多普勒原理： 观察者所测得的流速不仅取决于光源，还取决观察者所测得的流速不仅取决于光源，还取决于光源或观察者的运动速度。于光源或观察者的运动速度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 当激光照射到跟流体一起运动的微粒上时，激当激光照射到跟流体一起运动的微粒上时，激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率相对光被运动着的微粒所散射，散射光的频率相对于入射光将产生正比于流体速度的偏移。于入射光将产生正比于流体速度

71、的偏移。 测出散射光的偏移量，就能得到流体的速度。测出散射光的偏移量，就能得到流体的速度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器通过获得多普勒频偏通过获得多普勒频偏f fd d，可以得到运动粒子的流速，可以得到运动粒子的流速。运动物体运动物体()()所引起的光学多普勒频偏为所引起的光学多普勒频偏为传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 f fd d = 2 / = 2 / 为激光波长。为激光波长。当激光波源频率确定后，当激光波源频率确定后，为定值，为定

72、值，频偏与流体速度成正比。频偏与流体速度成正比。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 2 2激光测距激光测距如：飞机测量其前方目标的距离，激光潜艇定位等。如：飞机测量其前方目标的距离，激光潜艇定位等。 激光测距首先测量激光射向目标，而后又经目标反激光测距首先测量激光射向目标，而后又经目标反射到激光器的往返一次所需要的时间间隔射到激光器的往返一次所需要的时间间隔 t t ，传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 求出激光探测器到目标的距离求出激光探测器

73、到目标的距离D D： D = C t/2 D = C t/2 C C为激光传播为激光传播速度速度(3 * 10(3 * 108 8 m ms)s)： t t 为激光射向目标而又返回激光接收器所需为激光射向目标而又返回激光接收器所需要的要的时间时间。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 3 3、车速测量、车速测量 速度速度 行走的车辆，行走时间为行走的车辆，行走时间为t t， 行走距离为行走距离为S = t , S

74、 = t , 现选现选s = lms = lm，使车辆行，使车辆行走时先后切割相距走时先后切割相距1m1m的两束激光，测得两次切的两束激光，测得两次切割激光的时间间隔割激光的时间间隔 t t ，即可算出车速。，即可算出车速。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 固固 态态 成成 像像 传传 感感 器器 一、概述一、概述 将其受光面上的光像，分成许多小单元，并将其受光面上的光像，分成许多小单元，并转换成可用的电信号

75、的一种功能器件。转换成可用的电信号的一种功能器件。 分为：分为：光导摄像管与固态摄像器件。光导摄像管与固态摄像器件。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 1.1.光导摄像管光导摄像管 入射光像信号照射到摄像管中间电极表面，其入射光像信号照射到摄像管中间电极表面，其上将产生与照射光量成比例的电压分布，用电上将产生与照射光量成比例的电压分布，用电子来扫描中间电极，负载子来扫描中间电极，负载R RL L上便会产生变化的上便会产生变化的放电电流。放电电流。 光量不同而使负载电流发生变化。光量不同而使负载电流发生变化。传感器原理

76、及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器2 2固态图像传感器固态图像传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 入射光照到固态图像传感器上，不需外加扫描入射光照到固态图像传感器上，不需外加扫描电子束，它可以直接由自扫描半导体基体上诸电子束，它可以直接由自扫描半导体基体上诸象素而获得。象素而获得。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章

77、章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器这样的输出信号与其对应的象素位置对应，十这样的输出信号与其对应的象素位置对应，十分准确的，再生图像失真度极小。分准确的，再生图像失真度极小。 光导摄像管等成像传感器，由于扫描电子束偏光导摄像管等成像传感器，由于扫描电子束偏转畸变或聚焦变化而使再生图象失真却往往很转畸变或聚焦变化而使再生图象失真却往往很难避免难避免。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器8.3光光纤纤传传感感器器 一、一、概述概述 光光纤纤传传感感器器优优点点，不不受受电电磁磁干干扰扰, , 体体积积小小,

78、, 重重量量轻轻, , 可可挠挠曲曲, , 灵灵敏敏度度高高, , 耐耐腐腐蚀蚀, ,电电绝绝缘缘、 防防爆爆性性好好, , 易与微机连接易与微机连接, , 便于遥测等。便于遥测等。 用用于于温温度度、 压压力力、应应变变、位位移移、速速度度、加加速速度度、磁、电、声和磁、电、声和PHPH值等各种物理量的测量。值等各种物理量的测量。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.3 8.3 光光纤传感器感器（1 1）光

79、纤的结构和传输原理）光纤的结构和传输原理 光纤结构：光纤结构：采用石英玻璃，采用石英玻璃， 有不同掺杂，有不同掺杂，主要由三部分组成主要由三部分组成 中心中心纤芯；纤芯； 外层外层包层；包层； 护套护套尼龙料。尼龙料。 光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质，光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质， 纤芯折射率纤芯折射率N1N1略大于包层折射率略大于包层折射率N2N2（N1N1N2N2）。）。是一种多层介质结构的对称圆柱体，是一种多层介质结构的对称圆柱体，包括纤芯、包层和涂敷层。包括纤芯、包层和涂敷层。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光

80、电式传感器感器感器感器纤芯材料的主体是二氧化硅。纤芯材料的主体是二氧化硅。 为了提高材料的光折射率。掺入极微量的其它为了提高材料的光折射率。掺入极微量的其它材料，如二氧化锗，五氧化二磷等。材料，如二氧化锗，五氧化二磷等。 纤芯直径约为纤芯直径约为5-75m5-75m。 纤芯外面为包层，总直径约在纤芯外面为包层，总直径约在100-2001m100-2001m左右。左右。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器包层的材料一般为二氧化硅，光纤最外层加上包层的材料一般为二氧化硅，光纤最外层加上一层不同颜色的塑料管套，一层不同颜色的塑

81、料管套， 一方面起到保护作用，一方面起到保护作用， 另一方面以颜色区分各种光纤。另一方面以颜色区分各种光纤。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器w将许多单条光纤组成光缆。将许多单条光纤组成光缆。w光缆中的光纤数少则几根，多则几千根，光缆中的光纤数少则几根，多则几千根，w光缆主要用于通信。光缆主要用于通信。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感

82、器 光纤的传播基于光的全反射。当光线以不同角度入光纤的传播基于光的全反射。当光线以不同角度入射到光纤端面时，在端面发生折射后进入光纤；射到光纤端面时，在端面发生折射后进入光纤； v光线在光纤端面入射角光线在光纤端面入射角减小到某一角度减小到某一角度cc时，时，光线全部反射。光线全部反射。 v只要只要cc，光在纤芯和包层界面上经若干次全光在纤芯和包层界面上经若干次全反射向前传播，最后从另一端面射出。反射向前传播，最后从另一端面射出。 8.3 8.3 光光纤传感器感器（1 1）光纤的结构和传输原理）光纤的结构和传输原理 光纤的传光原理：光纤的传光原理：光的全反射实验光的全反射实验 传感器原理及应用

83、传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用1.4 1.4 传感器的工作原理传感器的工作原理传感器前言传感器前言光在光纤中的全反射光在光纤中的全反射传感器原理及应用传感器原理及应用1.4 1.4 传感器的工作原理传感器的工作原理传感器前言传感器前言传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器为保证全反射，必须满足全反射条件（即为保证全反射，必须满足全反射条件（即cc） 实现全反射的临界入射角为：实现全反射的临界入射角为：空气中空气中v 光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质（光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质（N1N1、

84、N2N2）决定的，与光纤的几何尺寸无关。决定的，与光纤的几何尺寸无关。 * 光纤的导波过程分析光纤的导波过程分析 纤芯是由折射率为纤芯是由折射率为n n1 1的的SiOSiO2 2介质制成。介质制成。 包层玻璃是由折射率为包层玻璃是由折射率为n n2 2的石英玻璃组成。的石英玻璃组成。n n1 1=1=146-146-15151， n n2 2=1=144-144-15050， 即即 n n1 1nn2 2 。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式

85、传光电式传光电式传感器感器感器感器 当光线从空气当光线从空气( (折射率为折射率为n n0 0) )中射入光纤一个端中射入光纤一个端面，与其轴线的夹角为面，与其轴线的夹角为0 0，则在光纤内折射成，则在光纤内折射成1 1角的光线角的光线B B，然后光线，然后光线B B从从( =90( =900 0 1 1) )角入射到纤芯与包层的交界面上，由于纤芯与角入射到纤芯与包层的交界面上，由于纤芯与包层的折射率不等，即包层的折射率不等，即(n(n1 1nn2 2) )光线光线B B的一部分的一部分被反射，成为反射光被反射，成为反射光D D；另一部分光折射成为；另一部分光折射成为折射光折射光C C。传感器

86、原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器根据几何光学理论，入射光线与折射光线应满足：根据几何光学理论，入射光线与折射光线应满足：传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器若若 2 2为为9090度，折射光沿界面传播，为全反射。度，折射光沿界面传播，为全反射。使使 2 2=90=90度的度的 1 1角称为临界角角称为临界角 0 0。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理

87、及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 若继续加大入射角若继续加大入射角 1 1 ( (1 10 0) )，光不再产生折，光不再产生折射，形成了光的射，形成了光的全反射全反射，光线被限制在纤芯中，光线被限制在纤芯中传播。传播。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光纤传光时应保证：光纤传光时应保证：传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器0 0为何值时方能使为何值时方能使 1 10 0呢呢? ?传感器原理及应

88、用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 纤芯与包层的折射率差值越大，数值孔径就越纤芯与包层的折射率差值越大，数值孔径就越大，光纤的集光能力越强。大，光纤的集光能力越强。 当张角为一定范围之内的入射光束，光才能在当张角为一定范围之内的入射光束，光才能在光纤中顺利进行传输。光纤中顺利进行传输。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用

89、第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器8.3 8.3 光光纤传感器感器（2 2）光纤的性能（几个重要参数）光纤的性能（几个重要参数） 数值孔径（数值孔径（NANA）临界入射角临界入射角cc的正弦函数定义为光纤的的正弦函数定义为光纤的数值孔径数值孔径. . 空气中：空气中： 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器NANA意义讨论：意义讨论： NANA表示光纤的集光能力，无论光源的发射功率有多表示光纤的集光能力，无论光源的发射功率有多大，只要在大，只要在2c2c张角之内的入射光才能被光纤

90、接收、张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。光。 一般一般NANA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易。但容易。但NANA越大光信号畸变越大。越大光信号畸变越大。 光纤产品不给出折射率光纤产品不给出折射率N N，只给数值孔径只给数值孔径NANA，石英光石英光纤的数值孔径一般为：纤的数值孔径一般为：NA=0.2 0.4NA=0.2 0.4传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光波沿光纤传播的途径和

91、方式，不同入射角度光波沿光纤传播的途径和方式，不同入射角度光线在界面上反射的次数不同。光波之间的干光线在界面上反射的次数不同。光波之间的干涉产生的强度分布也不同涉产生的强度分布也不同. . 8.3 8.3 光光纤传感器感器（2 2）光纤的性能（几个重要参数）光纤的性能（几个重要参数） 光纤模式光纤模式（V V）单模光纤单模光纤: :纤芯直径较小；不容易制造，但纤芯直径较小；不容易制造，但性能较好，不容易发生畸变。性能较好，不容易发生畸变。多模光纤多模光纤: :纤芯直径较大。容易制造，但性纤芯直径较大。容易制造，但性能较差，容易发生畸变。能较差，容易发生畸变。传感器原理及应用传感器原理及应用第第

92、第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光纤模式光纤模式传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器模式讨论：模式讨论： 模式值越大，允许传播的模式值越多。在信息传模式值越大，允许传播的模式值越多。在信息传播中，希望模式数越少越好，若同一光信号采用播中，希望模式数越少越好，若同一光信号采用多种模式会使光信号分不同时间到达多个信号，多种模式会使光信号分不同时间到达多个信号，导致合成信号畸变导致合成信号畸变。 只能传播一种模式，称单模光纤。只能传播一种模式，称单模光纤。单模光纤性能最好单模光纤性能最

93、好，畸变小、容量大、线性好、，畸变小、容量大、线性好、灵敏度高，但制造、连接困难。灵敏度高，但制造、连接困难。 多模光纤（阶跃多模、梯度多模），单模和多模多模光纤（阶跃多模、梯度多模），单模和多模光纤是当前光纤通讯技术最常用的普通光纤。光纤是当前光纤通讯技术最常用的普通光纤。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光纤在传播时，由于材料的吸收、散射和弯曲光纤在传播时，由于材料的吸收、散射和弯曲 处的辐射损耗影响，有损耗，用率减率处的辐射损耗影响，有损耗，用率减率A A表示：表示： 率减率为率减率为10dB/Km10dB/K

94、m，表示当光纤传输，表示当光纤传输1Km1Km后，光强下后，光强下降到入射时的降到入射时的1/101/10。 8.3 8.3 光光纤传感器感器（2 2）光纤的性能（几个重要参数）光纤的性能（几个重要参数） 传播损耗传播损耗（A A）*传输损耗传输损耗 主主要要来来源源于于材材料料吸吸收收损损耗耗、散散射射损损耗耗和和光光波波导导弯曲损耗。弯曲损耗。 光纤材料石英玻璃、多成分玻璃、复合材料等。光纤材料石英玻璃、多成分玻璃、复合材料等。 在在这这些些材材料料中中，存存在在杂杂质质离离子子、原原子子的的缺缺陷陷等等都会吸收光，从而造成材料吸收损耗。都会吸收光，从而造成材料吸收损耗。传感器原理及应用传

95、感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 散散射射损损耗耗主主要要是是由由于于材材料料密密度度及及浓浓度度不不均均匀匀引引起的起的, , 纤纤芯芯和和包包层层界界面面的的不不光光滑滑、污污染染等等，也也会会造造成成严重的散射损耗。严重的散射损耗。 光波导弯曲损耗光波导弯曲损耗是使用过程中产生的一种损耗。是使用过程中产生的一种损耗。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 * 光光 纤纤 的的 分分 类类 按作用分类按作用分类 分为分为功能型功能型和和非功能型非功能型。 在功

96、能型光纤传感器，光纤不仅起传光的作用，在功能型光纤传感器，光纤不仅起传光的作用，同时又是敏感元件，同时又是敏感元件， 非功能型光纤传感器，光纤不是敏感元件，只非功能型光纤传感器，光纤不是敏感元件，只是作为传光元件。是作为传光元件。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光光纤纤传传感感器器原原理理实实际际上上是是研研究究光光被被外外界界参参数数的的调调制制原原理理。外外界界信信号号可可能能引引起起光光的的强强度度、波波长长、频频率率、相相位位、偏偏振振态态等等光光学学性性质质的的变变化化，形形成成不不同同的调制。的调制。

97、由由光源光源、敏感元件敏感元件( (光纤或非光纤的光纤或非光纤的) )、光探测、光探测器、信号处理系统以及光纤器、信号处理系统以及光纤等组成等组成. .传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 功功能能型型传传感感器器: :利利用用光光纤纤本本身身的的某某种种敏敏感感特特性性或或功功能制成的传感器能制成的传感器. . 非非功功能能型型传传感感器器是是光光纤纤仅仅仅仅起起传传输输光光的的作作用用，在在光光纤纤端端面面或或中中间间加加装装其其它它敏敏感感元元件件感感受受被被测测量量的的变化变化. . 利用光探测器将光纤的输出变为

98、电信号。利用光探测器将光纤的输出变为电信号。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 由由光光源源发发出出的的光光通通过过源源光光纤纤引引到到敏敏感感元元件件，被被测测参参数数作作用用于于敏敏感感元元件件，在在光光的的调调制制区区内内，使使光光的的某某一一性性质质受受到到被被测测量量的的调调制制，调调制制后后的的光光信信号号经经接接收收光光纤纤耦耦合合到到光光探探测测器器，将将光光信信号号转转换换为为电电信信号号，最最后后经经信信号号处处理理得得到到所所需需要要的的被被测量。测量。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8

99、 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器按用途分类按用途分类(1)(1)通讯光纤。用于通迅系统，大多使用光缆。通讯光纤。用于通迅系统，大多使用光缆。(2)(2)非通讯光纤。非通讯光纤。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光纤目前可以测量光纤目前可以测量7070多种物理量，光纤的类多种物理量，光纤的类 型较多，分为型较多，分为功能型功能型和和非功能型非功能型。 光纤传感器进行产品检测动画

100、光纤传感器进行产品检测动画 8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器FFFF （Function Fiber SensorFunction Fiber Sensor） 又称传感型又称传感型 利用光纤本身对外界被利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被到传光作用，而且在被测对象作用下，如光强、测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学特相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的性得到

101、调制，调制后的信号携带了被测信息。信号携带了被测信息。 8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器 功能型功能型功能型功能型传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.3 8.3 光光纤传感器感器(3) (3) 光纤传感器光纤传感器 马赫马赫泽德干涉仪泽德干涉仪分束器分束器1 1把激光器的把激光器的 输出光束分成两部分，输出光束分成两部分， 经上、下光路的传输后经上、下光路的传输后 又重新合路，使其在光又重新合路，使其在光 检测器处互相干涉。这检测器处互相干涉。这 种种干涉仪干涉仪灵敏度，可精灵

102、敏度，可精 确到确到10-13nm 10-13nm 。但实现但实现 非常困难，限制在实验非常困难，限制在实验 室工作。室工作。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光纤干涉传感器光纤干涉传感器，几公里光路对光纤是容易实现的。，几公里光路对光纤是容易实现的。 在光源和检测器之间，干涉仪只含光纤元件，换在光源和检测器之间，干涉仪只含光纤元件，换能把被测量转换成光束的相位变化，利用集成和能把被测量转换成光束的相位变化，利用集成和光电技术可把所有元件装入一个很小装置内与光光电技术可把所有元件装入一个很小装置内与光纤对接耦合。纤对接

103、耦合。 光纤干涉传感器原理 各种光纤耦合器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器马赫马赫泽德泽德光纤干涉仪原理光纤干涉仪原理传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器NFFNFF（Non-Function Fiber SensorNon-Function Fiber Sensor） 称传光型称传光型 传光型光纤传感器的传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的媒介，光纤只当作传播光的媒介， 待测对象的调制功能是由待测对象的调制功能是由 其它光电转换元件实现的

104、，其它光电转换元件实现的， 光纤的状态是不连续的，光纤的状态是不连续的， 光纤只起传光作用。光纤只起传光作用。8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器 非功能型非功能型传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器利用半导体材料的能量隙随温度几乎成线性变化。利用半导体材料的能量隙随温度几乎成线性变化。 敏感元件是一个半导体光吸收器，光纤用来传输信敏感元件是一个半导体光吸收器，光纤用来传输信 号。当光源的光强度经光纤达到半导体薄片时，透号。当光源的光强度经光纤达到半导体薄片时，透 过薄片的光强受温度的调

105、制温度过薄片的光强受温度的调制温度T T升高，材料吸收光升高，材料吸收光 波长向长波移动，半导体薄片透过的光强度变化。波长向长波移动，半导体薄片透过的光强度变化。 8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器 光纤温度传感器光纤温度传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器利用光纤实现无接触位移测量。光源经一束多利用光纤实现无接触位移测量。光源经一束多 股光纤将光信号传送至端部，并照射到被测物体股光纤将光信号传送至端部，并照射到被测物体 上。另一束光纤接受反射的光信号，并通过光纤上。另一束光纤接

106、受反射的光信号，并通过光纤 传送到光敏元件上。传送到光敏元件上。 被测物体与光纤间被测物体与光纤间 距离变化，反射到距离变化，反射到 接受光纤上，光通接受光纤上，光通 量发生变化。再通量发生变化。再通 过光电传感器检测过光电传感器检测 出距离的变化。出距离的变化。 8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器 反射式光纤位移传感器反射式光纤位移传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器 反射式光纤位移传感器反射式光纤位移传感

107、器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 反射式光纤位移传感器一般是将发射和接收光反射式光纤位移传感器一般是将发射和接收光纤捆绑组合在一起，组合的形式有不同，纤捆绑组合在一起，组合的形式有不同， 如：半分式、如：半分式、共轴式、共轴式、混合式，混合式，v混合式灵敏度高，混合式灵敏度高，v半分式测量范围大。半分式测量范围大。8.3 8.3 光光纤传感器感器(3) (3) 光纤传感器光纤传感器 反射式光纤位移传感器反射式光纤位移传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传

108、感器感器感器感器工作原理：工作原理： 由于光纤有一定的数值孔径，当光纤探头端由于光纤有一定的数值孔径，当光纤探头端紧贴紧贴 被测物体时，被测物体时，接收光敏元件无光电信号接收光敏元件无光电信号； 被测物体逐渐远离光纤时被测物体逐渐远离光纤时 接收光纤照亮的区域接收光纤照亮的区域B2B2越越 来越大来越大 ； 当整个接收光纤被照亮时，当整个接收光纤被照亮时， 输出曲线达到光峰值；输出曲线达到光峰值； 被测体继续远离时部分光被测体继续远离时部分光 线被反射光信号减弱，曲线被反射光信号减弱，曲 线下降。线下降。8.3 8.3 光光纤传感器感器(3) (3) 光纤传感器光纤传感器 反射式光纤位移传感器

109、反射式光纤位移传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器8.3 8.3 光光纤传感器感器(3) (3) 光纤传感器光纤传感器 反射式光纤位移传感器反射式光纤位移传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器讨论：讨论： 前坡区前坡区 输出信号的强度增加快，位移输出曲输出信号的强度增加快，位移输出曲 线有较好的线性关系，可进行小位移测量；线有较好的线性关系，可进行小位移测量； 后坡区后坡区 信号随探头和被测体之间的距离增加信号随探头和被测体之间的距离增加

110、 而减弱，该区域可用于距离较远要求不高的测量；而减弱，该区域可用于距离较远要求不高的测量； 光峰区光峰区 输出信号输出信号 有最大值，值的大小有最大值，值的大小 决定被测表面的状态，决定被测表面的状态， 可用于表面状态测量，可用于表面状态测量， 如工件的光洁度或光如工件的光洁度或光 滑度。滑度。8.3 8.3 光光纤传感器感器(3) (3) 光纤传感器光纤传感器 反射式光纤位移传感器反射式光纤位移传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器传感器原理及应

111、用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器8.3 8.3 光光纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器相位调制型光纤传感器测量压力或温度动画演示相位调制型光纤传感器测量压力或温度动画演示传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器8.3 8.3 光光纤传纤传感器感器 (3) (3) 光纤传感器光纤传感器 *应用应用（）加速度传感器（）加速度传感器 激激光光束束通通过过分分光光板板后后分分为为两两束束光光, , 透透射射光光作作为为参参考光束考光束, , 反射光作为反

112、射光作为测量光束测量光束。当当传传感感器器感感受受加加速速度度时时, , 质质量量块块M M对对光光纤纤的的作作用用, , 使光纤被拉伸使光纤被拉伸, , 引起光程差的改变引起光程差的改变。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 相相位位改改变变的的激激光光束束由由单单模模光光纤纤射射出出后后与与参参考考光光束束会合会合产生干涉效应产生干涉效应。 激激光光干干涉涉仪仪的的干干涉涉条条纹纹的的移移动动可可由由光光电电

113、接接收收装装置置转转换换为为电电信信号号, , 经经过过处处理理电电路路处处理理后后便便可可测测出出加加速度值速度值。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器（）温度传感器（）温度传感器可分为可分为相位调制型相位调制型、 光强调制型光强调制型和和偏振光型偏振光型。敏感元件是一个半导体光吸收器敏感元件是一个半导体光吸收器, , 光纤用来传输信号。光纤用来传输信号。传传感感器器是是由由半半导导体体光光吸吸收收器器、光光纤纤、发发射射光光源源和和信信号号处理系统等组成。处理系统等组成。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8

114、8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器基基本本原原理理是是利利用用了了半半导导体体的的能能带带随随温温度度的的升升高高而而减减小小的的特特性性, , 使使透透射射过过半半导导体体材材料料的的光光强强随随温温度度而而变变化化, , 达到测量温度的目的达到测量温度的目的。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电

115、式传光电式传感器感器感器感器 （）旋涡流量传感器（）旋涡流量传感器 当当液液体体或或气气体体流流经经与与其其垂垂直直的的光光纤纤时时, , 光光纤纤受受到到流流体体涡涡流流的的作作用用而而振振动动, , 振振动动的的频频率率与与流流速速有关系有关系, , 测出频率便可知流速。测出频率便可知流速。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器旋涡的频率旋涡的频率f f 近似与流体的流速成正比，近似与流体的流速成正比， 即即

116、f f v v流速流速; ; 流体流速与涡流频率呈线性关系流体流速与涡流频率呈线性关系。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 * * 应用举例应用举例光电传感器光电传感器是根据光电效应利用光电转换是根据光电效应利用光电转换元件将光信号转换为电信号的一种器件或元件将光信号转换为电信号的一种器件或装置。装置。应用应用是利用光电器件受光照时，有电信号是利用光电器件受光照时，有电信号输出，不受光照时无电信号输出，输出，不受光照时无电信号输出，输出仅有两个稳定状态输出仅有两个稳定状态“通通”和和“断，断，把被测量转换成断续变化的

117、光电流，把被测量转换成断续变化的光电流，由系统输出开关量或数字电信号。由系统输出开关量或数字电信号。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器用于光机电相结合的检测装置中，如转速用于光机电相结合的检测装置中，如转速表、继电器、脉冲发生器等。表、继电器、脉冲发生器等。 应用实例应用实例传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器一、反射式烟雾报警检测器一、反射式烟雾报警检测器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章

118、章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光隔板的作用是阻止灯光直接照射在光敏电阻光隔板的作用是阻止灯光直接照射在光敏电阻上。灯的作用是光源和热源，箱中空气受热上上。灯的作用是光源和热源，箱中空气受热上升，引起空气对流，烟雾从底部进入，顶部逸升，引起空气对流，烟雾从底部进入，顶部逸出。出。 如果通过检测箱的空气中无烟雾，则白炽灯无如果通过检测箱的空气中无烟雾，则白炽灯无反射光照射到光敏电阻上，其阻值很大。如果反射光照射到光敏电阻上，其阻值很大。如果空气中有烟雾，则烟尘将灯光反射到光敏电阻空气中有烟雾，则烟尘将灯光反射到光敏电阻上使其阻值减小。上使其阻值减小。传感器原理及应用传感器原

119、理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 报警电路中，当报警电路中，当R Rt t无光照时，无光照时，R Rt t很大，很大，A A点电位点电位U UA A很小，可控硅触发电压太小，很小，可控硅触发电压太小，SCRSCR截止。截止。 当当R Rt t受光照时，受光照时，R Rt t小，小，U UA A电位升高足够电位升高足够SCRSCR导通，导通，电铃响，发出报警。电铃响，发出报警。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 二、光电池应用二、光电池应用两大类：两大类：一类利用光伏

120、作用直接将太阳能转换成电能一类利用光伏作用直接将太阳能转换成电能，即太阳能电池即太阳能电池。太阳电池地面发电站。太阳电池地面发电站。另一类另一类是将是将光电池作光电转换器件应用光电池作光电转换器件应用，主要用于光电检测和自动控制系统中主要用于光电检测和自动控制系统中. .传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光电池可作为触发电路或开关电路的控制信号光电池可作为触发电路或开关电路的控制信号。G G为为D D触发器触发

121、器. .无光照时，无光照时，D=0D=0，在，在CPCP作用下，作用下，Q Q为为0 0信号；信号；有光照时，有光照时，D=1D=1，在，在CPCP作用下，作用下，Q Q为为1 1信号。信号。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器三、光电耦合器应用三、光电耦合器应用 利用光电耦合器实现主回路与控制回路的隔离利用光电耦合器实现主回路与控制回路的隔离. . 控制回路接控制回路接220V220V交流信号交流信号, ,主回路是电源电压主回路是电源电压很低的直流控制电路，两种不同电源的电路隔很低的直流控制电路，两种不同电源的电路隔离

122、使用。离使用。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器当当T T截止时，光电耦合器不导通，可控硅的触截止时，光电耦合器不导通，可控硅的触发端没有高电平，可控硅不导通，因没有通路，发端没有高电平，可控硅不导通，因没有通路，灯不亮。灯不亮。 当当T T饱和时，光电耦合器中发光二级管发光，饱和时，光电耦合器中发光二级管发光，使光敏三极管导通，给可控硅的触发信号加入使光敏三极管导通，给可控硅的触发信号加入一高电平，这时可控硅

123、导通，一高电平，这时可控硅导通，L L灯亮。灯亮。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器四、光电式转速传感器四、光电式转速传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 当光电转换器当光电转换器V VT T无光照时，无光照时，V VT T、T T1 1、T T2 2截止，截止，T T3 3饱和，饱和，U U。为低电平；。为低电平； 当白炽灯产生的光通过小孔照到光电传感器上，当白炽灯产生的光通过小孔照到光电传感器上，即即V VT T有光照时，有光照时，V

124、VT T、T T1 1、T T2 2导通、导通、T T3 3截止，截止，U U。为高电平：为高电平：U U。输出的波形是矩形波，送计数。输出的波形是矩形波，送计数器计数：器计数： 通过计算可以得出转速。通过计算可以得出转速。 如一分钟计数为如一分钟计数为6060，说明转轴一分钟转，说明转轴一分钟转6060次，次，即每秒转一圈，转速为每秒一转。即每秒转一圈，转速为每秒一转。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 五、光电式浊度计五、光电式浊度计传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电

125、式传光电式传感器感器感器感器1 1 光源光源 2 2 聚光透镜聚光透镜 3 3半反半透镜半反半透镜 4 4 反透镜反透镜 5 5被测水样被测水样6 6、77光电池光电池 8 8、9 9一电流电压转换器一电流电压转换器 10 10 运算器运算器 11 11显示器显示器 光电式浊度计原理图光电式浊度计原理图传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光源发出的光线经半反半透镜分成两束强度相等光源发出的光线经半反半透镜分成两束强度相等的光线，的光线， 一路光线直接到达光电池一路光线直接到达光电池7 7，产生作为被测水样，产生作为被测

126、水样浊度的参比信号。浊度的参比信号。 另一路光线穿过被测样品水到达光电池另一路光线穿过被测样品水到达光电池6 6，其中，其中一部分光线被样品介质吸收，样品水越混浊，光一部分光线被样品介质吸收，样品水越混浊，光线的衰减量越大，到达光电池线的衰减量越大，到达光电池6 6的光通量就越小。的光通量就越小。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 两路光信号均转换成电压信号两路光信号均转换成电压信号U U1 1、U U2 2，由运算，由运算电路电路1010计算出计算出U U1 1、U U2 2的比值，并进一步算出被的比值，并进一步算出

127、被测水样的浊度。测水样的浊度。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器六光纤微弯曲式传感器六光纤微弯曲式传感器基于光纤微弯而产生的弯曲损耗原理制成的。基于光纤微弯而产生的弯曲损耗原理制成的。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 若光线在光纤的直线段以大于临界角射入界面若光线在光纤的直线段以大于临界角射入界面(1 10 0) )，则光线在界面上

128、产生全反射，理想，则光线在界面上产生全反射，理想情况下光将无衰减地在纤芯内传播。情况下光将无衰减地在纤芯内传播。 当光线射入微弯曲段的界面上时，入射角小于当光线射入微弯曲段的界面上时，入射角小于临界角临界角(1 1 0 0角角) )，一部分光在纤芯和包层的，一部分光在纤芯和包层的界面上反射，另一部分光则透射进入包层，界面上反射，另一部分光则透射进入包层，从从而增加光能的损耗而增加光能的损耗。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器光纤微弯位移光纤微弯位移( (压力压力) )传感器传感器 由两块具有空间周期性的波形板由两块具有

129、空间周期性的波形板( (变形器变形器) )构成，构成，其中一块是活动板，另一块是固定板。一根光其中一块是活动板，另一块是固定板。一根光纤从一对波形板之间通过。纤从一对波形板之间通过。 当外力当外力( (或位移或位移) )使活动板产生变形或位移时，使活动板产生变形或位移时，光纤发生微小弯曲，部分光线漏出包层，光纤光纤发生微小弯曲，部分光线漏出包层，光纤芯的输出光强减小，光强受到调制。芯的输出光强减小，光强受到调制。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器通过检测光纤芯透射光强度或泄漏出包层散射通过检测光纤芯透射光强度或泄漏出包

130、层散射光强度就能测出压力光强度就能测出压力( (或位移或位移) )。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 七反射式光纤传感器七反射式光纤传感器 光源光源( (发光二极管发光二极管)1)1发出的光经入射光纤束发出的光经入射光纤束2 2传传导到被测表面，在被测表面产生导到被测表面，在被测表面产生反射和散射反射和散射，一部分散射光经接收光纤束一部分散射光经接收光纤束3 3传导，由光敏接传导，由光敏接收元件收元件( (光敏三极管光敏三极管) )接收并转换成电信号，经接收并转换成电信号，经放大电路放大，由显示部分显示。放大电路放大

131、，由显示部分显示。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 光探测器中接收的光强与被测物与光纤端面的光探测器中接收的光强与被测物与光纤端面的距离距离L L及被测物表面粗糙度有关，可用来测量及被测物表面粗糙度有关，可用来测量物体表面粗糙度及小物体移动的小位移物体表面粗糙度及小物体移动的小位移LL。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 用光纤传感器

132、测量表面粗糙度的原理如图用光纤传感器测量表面粗糙度的原理如图(b)(b)中所中所示，示， 一束光以一定角度一束光以一定角度i i，入射到被测表面，如果表，入射到被测表面，如果表面是理想光滑的，入射光在反射方向产生全反射，面是理想光滑的，入射光在反射方向产生全反射，传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 如果表面是粗糙的，入射光的一部分或全部产如果表面是粗糙的，入射光的一部分或全部产生散射并偏离生散射并偏离s s角。角。 空间某个角度的光能变化可以反映表面粗糙度空间某个角度的光能变化可以反映表面粗糙度特性，用测光能变化量的方

133、法可以测量表面粗特性，用测光能变化量的方法可以测量表面粗糙度的大小。糙度的大小。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器 八半导体吸收式测温光纤传感器八半导体吸收式测温光纤传感器 通过半导体光吸收片吸收光的能量，对传输光通过半导体光吸收片吸收光的能量，对传输光的光强进行调制的光强进行调制传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器半导体吸收片的透射光强随温度的增加而减小。半导体吸收片的透射光强随温度的增加而减小。测量光纤输出的光强可知半导体吸收片附近的温测量光纤输出的光强可知半导体吸收片附近的温度。度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器小结小结光电器件光电器件光光 纤纤 传传 感感 器器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传光电式传光电式传光电式传感器感器感器感器