項(xiàng)目八光電光纖式PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1項(xiàng)目八光電光纖式項(xiàng)目八光電光纖式【知識(shí)要求知識(shí)要求】1.了解并掌握光電效應(yīng)、光電器件及其特征。2.了解并掌握光電、光纖式傳感器的功能和應(yīng)用。3.了解光電、光纖式傳感器的發(fā)展方向?！灸芰σ蟆?.掌握各種光電式和光纖式傳感器的工作特性和功能。2.能夠根據(jù)要求設(shè)計(jì)出合適的傳感器工作電路。第1頁/共65頁（一）光電效應(yīng)和光電器件（一）光電效應(yīng)和光電器件光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻就屬于這類光電器件。在光線作用下，能使電子退出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件。在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定

2、方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，即阻擋層光電效應(yīng)，如光電池、光敏晶體管等就屬于這類光電器件。第2頁/共65頁1.光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可以加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值(暗電阻)很大,電路中電流(暗電流)很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值(亮電阻)急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻阻值一般在兆歐級(jí),亮電阻阻值在幾千歐以下。第3頁/共65頁如圖所示為光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)。它是涂于玻璃底板上的

3、一薄層半導(dǎo)體物質(zhì)，半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率最大。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)第4頁/共65頁 （1）光敏電阻的主要參數(shù)暗電阻光敏電阻在不受光照時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。亮電阻光敏電阻在受光照時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過的電流稱為亮電流。光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。第5頁/共65頁 （2）光敏電阻的基本特性伏安特性在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。如圖所示為硫化鎘光敏電

4、阻的伏安特性曲線。由圖可見，光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線。這說明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓和電流無關(guān)。硫化鎘光敏電阻伏安特性曲線圖第6頁/共65頁光譜特性光 敏 電 阻 的 相 對(duì) 靈 敏 度 與 入 射 波 長(zhǎng) 的 關(guān) 系 稱 為 光 譜 特 性 ， 亦 稱 為 光 譜 響 應(yīng) 。 如 圖 所 示 為 幾 種 不 同 材 料 光 敏 電 阻 的 光 譜 特 性 。 對(duì) 應(yīng) 于 不 同 波 長(zhǎng) ， 光 敏 電 阻 的 靈 敏 度 是 不 同 的 。 從 圖 中 可 見 ， 硫 化 鎘 光 敏 電 阻 的 光 譜 響 應(yīng) 的 峰 值 在 可 見 光 區(qū) 域 ， 常 被 用

5、做 光 度 量 測(cè) 量 ( 照 度 計(jì) ) 的 探 頭 。 而 硫 化 鉛 光 敏 電 阻 響 應(yīng) 于 近 紅 外 和 中 紅 外 區(qū) ， 常 用 做 火焰探測(cè)器的探頭。光敏電阻的光譜特性第7頁/共65頁溫度特性溫 度 變 化 影 響 光 敏 電 阻 的 光 譜 響 應(yīng) ， 同 時(shí) ， 光 敏 電 阻 的 靈 敏 度 和 暗 電 阻 都 要 改 變 ， 尤 其 是 響 應(yīng) 于 紅 外 區(qū) 的 硫 化 鉛 光 敏 電 阻 受 溫 度 影 響 更 大 。 如 圖 所 示 為 硫 化 鉛 光 敏 電 阻 的 光 譜 溫 度 特 性 曲 線 ， 它 的 峰 值 隨 著 溫 度 上 升 向 波 長(zhǎng) 短

6、的 方 向 移 動(dòng) 。 因 此 ， 硫 化 鉛 光 敏 電 阻 要 在 低 溫 、 恒 溫 的 條 件 下 使 用 。 對(duì) 于 可 見 光 的 光 敏 電 阻 ， 其 溫度影響要小一些。硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性第8頁/共65頁2.光敏二極管和光敏晶體管（1）結(jié)構(gòu)原理光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其 PN 結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照，如圖所示。光敏二極管結(jié)構(gòu)及符號(hào)第9頁/共65頁光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，如圖所示，在沒有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小，這一反向電流稱為暗電流。當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電

7、子和光生空穴對(duì)，它們?cè)赑N結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。光的照度越大，光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)，處于導(dǎo)通狀態(tài)。光敏二極管接線法第10頁/共65頁光敏晶體管與一般晶體管很相似，具有兩個(gè)PN結(jié)，只是它的發(fā)射極一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積。如圖所示為NPN型光敏晶體管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和基本電路。大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，集電結(jié)就是反向偏壓，當(dāng)光照射在集電結(jié)上時(shí)，就會(huì)在集電結(jié)附近產(chǎn)生一電子空穴對(duì)，從而形成光電流，相當(dāng)于三極管的基極電流，由于基極電流的增加，因此集電極電流是光生電流的倍，所以光敏晶體

8、管有放大作用。NPN型光敏三極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及基本電路第11頁/共65頁光敏二極管和光敏晶體管的材料幾乎都是硅(Si)。在形態(tài)上，有單體型和集合型，集合型是在一塊基片上有兩個(gè)以上光敏二極管，比如將要在后面講到的CCD圖像傳感器中的光電耦合器件，就是由光敏晶體管和其他發(fā)光元件組合而成的。第12頁/共65頁 （2）基本特性光譜特性光敏二極管和晶體管的光譜特性曲線如圖所示。從曲線上可以看出，硅的峰值波長(zhǎng)約為0.9 m，鍺的峰值波長(zhǎng)約為1.5 m，此時(shí)靈敏度最大，而當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加或縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降。一般來講，鍺管的暗電流較大，因此性能較差，故在可見光或探測(cè)熾熱狀態(tài)物體時(shí)，一般都用硅管。但對(duì)紅外

9、光進(jìn)行探測(cè)時(shí)，則鍺管較為適宜。光敏二極管的光譜特性第13頁/共65頁伏安特性如圖所示為硅光敏管在不同照度下的伏安特性曲線。從圖中可見，光敏晶體管的光電流比相同管型的二極管大上百倍。硅光敏管的伏安特性第14頁/共65頁溫度特性光敏晶體管的溫度特性是指其暗電流及光電流與濕度的關(guān)系。光敏晶體管的溫度特性曲線如圖所示。從特性曲線上可以看出，溫度變化對(duì)光電流影響很小，而對(duì)暗電流影響很大，所以在電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。光敏晶體管的溫度特性第15頁/共65頁型號(hào)或名稱光譜范圍/m峰值波長(zhǎng)/m靈敏度/A(W)-1響應(yīng)時(shí)間/s2DU0.41.10.90.41072CU0.41.

10、10.90.51072DUL0.41.11.060.65109硅復(fù)合二極管0.41.10.90.5109硅雪崩光電二極管0.41.10.80.8630109鍺光電二極管0.41.11.50.5107CaAs光電二極管0.30.950.85107HgCdTe光電二極管112由Cd的組分決定107PbSnTe光電二極管11.6由Sn的組分決定107InSb光電二極管0.45.5107硅光電二極管的特性參數(shù)硅光電二極管的特性參數(shù)第16頁/共65頁3.光電池（1）光電池工作原理光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用下實(shí)質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源了。第17頁/

11、共65頁光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面上，例如P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就會(huì)產(chǎn)生一對(duì)自由電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，工作原理圖如圖所示。光電池工作原理第18頁/共65頁光電池的種類很多，有硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池。其中硅光電池由于性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，頻率特性好、轉(zhuǎn)換效率高和耐高溫輻射，所以最受人們重視。第19頁/共65頁（2）光電池的基本特性光譜特性光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光的靈敏度是不同的

12、。圖為硅光電池和硒光電池的光譜特性曲線。從圖中可知，不同材料的光電池，光譜響應(yīng)峰值所對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)是不同的，硅光電池在0.8m附近，硒光電池在0.5m附近。硅光電池的光譜響應(yīng)波長(zhǎng)范圍從0.41.2m，而硒光電池只能在0.380.75m?？梢姽韫怆姵乜梢栽诤軐挼牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)得到應(yīng)用。光電池的光譜特性第20頁/共65頁光照特性光電池在不同光照度下，光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性。如圖所示為硅光電池的開路電壓和短路電流與光照度的關(guān)系曲線。硅光電池的光照特性第21頁/共65頁溫度特性光電池的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器或

13、設(shè)備的溫度漂移，影響到測(cè)量精度或控制精度等重要指標(biāo)，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。光電池的溫度特性如圖所示。光電池的溫度特性第22頁/共65頁(二二)電荷耦合器件電荷耦合器件電荷耦合器件(Charge Couple Device，簡(jiǎn)稱CCD)是一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)集成電路器件。它是以電荷作為信號(hào)，基本功能是進(jìn)行電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。CCD自1970年問世以來，由于其獨(dú)特的性能而發(fā)展迅速，廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量，尤其適用于圖像識(shí)別技術(shù)。第23頁/共65頁1CCD原理構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器，如(a)所示。與其他電容器一樣，MOS電容器能夠存儲(chǔ)電荷。如果MOS電

14、容器中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施加一個(gè)正電壓時(shí)，在其電極下形成所謂耗盡層，由于電子在那里勢(shì)能較低，即形成了電子的勢(shì)阱，如圖(b)所示，成為蓄積電荷的場(chǎng)所。電荷耦合器件MOS電容器第24頁/共65頁圖為三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移關(guān)系。當(dāng)電壓從1相移到2相時(shí)，1相電極下勢(shì)阱消失，2相電極下形成勢(shì)阱。這樣儲(chǔ)存于1相電極下勢(shì)阱中的電荷移到鄰近的2相電極下勢(shì)阱中，實(shí)現(xiàn)電荷的耦合與轉(zhuǎn)移。三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移關(guān)系第25頁/共65頁CCD的信號(hào)是電荷，那么信號(hào)電荷是怎樣產(chǎn)生呢?CCD的信號(hào)電荷產(chǎn)生有兩種方式，即光信號(hào)注入和電信號(hào)注入。CCD用做固態(tài)圖像傳感器時(shí)，接收的是光信號(hào)，即光信號(hào)注入法

15、。當(dāng)光信號(hào)照射到CCD硅片表面時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，其多數(shù)載流子(空穴)被排斥進(jìn)入襯底，而少數(shù)載流子(電子)則被收集在勢(shì)阱中，形成信號(hào)電荷，并存儲(chǔ)起來。存儲(chǔ)電荷的多少正比于照射的光強(qiáng)。所謂電信號(hào)注入就是CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)電壓或電流進(jìn)行采樣，將信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號(hào)電荷。第26頁/共65頁CCD輸出端有浮置擴(kuò)散輸出端和浮置柵極輸出端兩種形式，如圖所示。CCD的輸出端形式第27頁/共65頁 2CCD的應(yīng)用電荷耦合器件用于固態(tài)圖像傳感器中，作為攝像或像敏的器件。CCD固態(tài)圖像傳感器由感光部分和移位寄存器組成。感光部分是指在同一半導(dǎo)體襯底上布設(shè)的若干光敏單元組成的陣列元件，光

16、敏單元簡(jiǎn)稱“像素”。固態(tài)圖像傳感器利用光敏單元的光電轉(zhuǎn)換功能將投射到光敏單元上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)“圖像”，即將光強(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成比例的、大小不等的電荷空間分布，然后利用移位寄存器的移位功能將電信號(hào)“圖像”轉(zhuǎn)送，經(jīng)輸出放大器輸出。第28頁/共65頁根據(jù)光敏元件排列形式的不同，CCD固態(tài)圖像傳感器可分為線型和面型兩種。（1）線型CCD圖像傳感器線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)第29頁/共65頁根據(jù)光敏元件排列形式的不同，CCD固態(tài)圖像傳感器可分為線型和面型兩種。（1）線型CCD圖像傳感器線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)第30頁/共6

17、5頁(2)面型CCD圖像傳感器按一定的方式將一維線型光敏單元及移位寄存器排列成二維陣列，即可以構(gòu)成面型CCD圖像傳感器。面型CCD圖像傳感器有三種基本類型：線轉(zhuǎn)移、幀轉(zhuǎn)移和隔離轉(zhuǎn)移。面型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)第31頁/共65頁(三三)紅外輻射傳感器紅外輻射傳感器1.紅外輻射電磁波譜圖第32頁/共65頁2.紅外探測(cè)器（1）紅外探測(cè)器的一般組成紅外探測(cè)器一般由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件、前置放大器和信號(hào)調(diào)制器組成，光學(xué)系統(tǒng)是紅外探測(cè)器的重要組成部分。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為反射式光學(xué)系統(tǒng)的紅外探測(cè)器和透射式光學(xué)系統(tǒng)的紅外探測(cè)器兩種。第33頁/共65頁反射式紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖1浸沒透鏡；2敏感元件；3前置放

18、大器；4聚乙烯薄膜；5次反射鏡；6主反射鏡第34頁/共65頁透射式紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖1光管；2保護(hù)窗；3光柵；4透鏡；5浸沒透鏡；6敏感元件；7前置放大器第35頁/共65頁（2）熱探測(cè)器熱探測(cè)器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測(cè)器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測(cè)量物理參數(shù)的變化，便可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。熱探測(cè)器主要類型有熱釋電型、熱敏電阻型、熱電偶型和氣體型。而熱釋電型探測(cè)器在熱探測(cè)器中探測(cè)率最高，頻率響應(yīng)最寬，所以這種探測(cè)器備受重視，發(fā)展很快，這里主要介紹熱釋電型探測(cè)器。第36頁/共65頁（3）光子探測(cè)器光子探測(cè)器是利用入射紅外輻射的光子流與探

19、測(cè)器材料中的電子相互作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象，稱光子效應(yīng)。通過測(cè)量材料電子性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器，統(tǒng)稱光子探測(cè)器。光子探測(cè)器有內(nèi)光電和外光電探測(cè)器兩種，后者又分為光電導(dǎo)、光生伏特和光磁電探測(cè)器等三種。光子探測(cè)器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率，但探測(cè)波段較窄，一般需在低溫下工作。第37頁/共65頁(四四)光纖式傳感器光纖式傳感器1.概述光纖式傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。光纖式傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)點(diǎn)，如不受電磁干擾、體積小、重量

20、輕、可撓曲、靈敏度高、耐腐蝕、電絕緣、防爆性好，易與微機(jī)連接，便于遙測(cè)等。它能用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和pH值等各種物理量的測(cè)量，具有極為廣泛的應(yīng)用前景。第38頁/共65頁光纖式傳感器可以分為兩大類：一類是功能型(傳感型)傳感器；另一類是非功能型(傳光型)傳感器。功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件，被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制，使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化，再通過對(duì)被調(diào)制過的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而得出被測(cè)信號(hào)。非功能型傳感器是利用其他敏感元件感受被測(cè)量的變化，光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)。第39頁/共65頁光纖傳感器所用光纖有單模光纖

21、和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通常為212 m，很細(xì)的纖芯半徑接近于光源波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，僅能維持一種模式傳播，一般相位調(diào)制型和偏振調(diào)制型的光纖傳感器采用單模光纖；光強(qiáng)度調(diào)制型或傳光型光纖傳感器多采用多模光纖。為了滿足特殊要求，出現(xiàn)了保偏光纖、低雙折射光纖、高雙折射光纖等。所以采用新材料研制特殊結(jié)構(gòu)的專用光纖是光纖傳感技術(shù)發(fā)展的方向。第40頁/共65頁2.光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理（1）光纖的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱為光纖，目前基本上還是采用石英玻璃，其結(jié)構(gòu)如圖所示。中心的圓柱體叫纖芯，圍繞纖芯的圓形外層叫做包層，纖芯和包層主要由不同摻雜的石英玻璃制成，纖芯的折射率略大于包層的折射率，在包層外面還常有一層保護(hù)套，

22、多為尼龍材料。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)，而光纖的機(jī)械強(qiáng)度由保護(hù)套維持。光纖的結(jié)構(gòu)第41頁/共65頁（2）光纖的傳輸原理眾所周知，光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射（又稱全反射，是一種光學(xué)現(xiàn)象）。第42頁/共65頁當(dāng)光纖的直徑比光的波長(zhǎng)大很多時(shí)，可以用幾何光學(xué)的方法來說明光在光纖內(nèi)的傳播。設(shè)有一段圓柱形光纖，如圖所示，它的兩個(gè)端面均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成角時(shí)，根據(jù)斯乃爾光的折射定律，在光纖內(nèi)折射成，然后以角入射至纖芯與包層的界面。光纖的傳光原理第43頁/共65頁為了滿足光在光纖內(nèi)的全

23、內(nèi)反射，光入射到光纖端面的臨界入射角c應(yīng)滿足下式：而所以實(shí)際工作時(shí)需要光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光線仍繼續(xù)前進(jìn)。可見這里的光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的。第44頁/共65頁一般光纖所處環(huán)境為空氣，則n0=1。這樣在界面上產(chǎn)生全反射，在光纖端面上的光線入射角為說明光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語叫數(shù)值孔徑NA，即數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。其意義是：無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射光處于2c的光錐內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。如入射角過大，中角r，經(jīng)折射后不能滿足式c的要求，光線便從包層選出而產(chǎn)生漏光。所以NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)。一般希望有大的數(shù)值孔徑，這有利于耦合效率的提高，但數(shù)值孔徑過大，會(huì)造成

24、光信號(hào)畸變，所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值。第45頁/共65頁（一）實(shí)施要求（一）實(shí)施要求需要具備光電、光纖式傳感器及仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備。（二）實(shí)施步驟（二）實(shí)施步驟1.識(shí)別所需類別傳感器，記錄其型號(hào)及特性數(shù)據(jù)。2.確定所做實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路無誤。3.連接仿真電路及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，檢查無誤并啟動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)。4.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證結(jié)果。第46頁/共65頁（一）燃?xì)鉄崴髦忻}沖點(diǎn)火控制器（一）燃?xì)鉄崴髦忻}沖點(diǎn)火控制器燃?xì)鉄崴鞯母邏捍蚧鸫_認(rèn)電路原理圖第47頁/共65頁 （二）常用的紅外傳感器（二）常用的紅外傳感器1.紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀方框圖第48頁/共65頁2紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)原理圖1光源；2拋物

25、體反射鏡；3同步電動(dòng)機(jī)；4切光片；5濾波氣室；6參比氣室；7測(cè)量氣室；8紅外探測(cè)器；9放大器第49頁/共65頁3.紅外無損探傷儀紅外無損探傷儀第50頁/共65頁（三）光纖傳感器（三）光纖傳感器光纖傳感器由于它的獨(dú)特的性能而受到廣泛的重視，它的應(yīng)用正在迅速地發(fā)展。下面我們介紹幾種主要的光纖傳感器。1光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第51頁/共65頁2光纖溫度傳感器3.光纖旋渦流量傳感器光纖旋渦流量傳感器是將一根多模光纖垂直地裝入流管，當(dāng)液體或氣體流經(jīng)與其垂直的光纖時(shí)，光纖受到流體渦流的作用而振動(dòng)，振動(dòng)的頻率與流速有關(guān)系，測(cè)出頻率便可知流速。這種流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。光纖旋渦流量傳

26、感器第52頁/共65頁（一）光纖式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)（一）光纖式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夥瓷涔饫w式傳感器的原理與應(yīng)用。2.實(shí)驗(yàn)儀器光纖式位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、測(cè)微頭、反射面、直流電源、數(shù)顯電壓表。第53頁/共65頁3.實(shí)驗(yàn)原理反射光纖式位移傳感器是一種傳輸型光纖式傳感器。其原理如圖所示，光纖采用型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過光纖傳輸，射向反射面，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接收到的光源與反射體表面的性質(zhì)及反射體到光纖探頭距離有關(guān)。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)

27、隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射面時(shí)，接收器接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。反射式光纖位移傳感器原理第54頁/共65頁4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）光纖式位移傳感器的安裝如圖所示，將Y型光纖安裝在光纖式位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。探頭對(duì)準(zhǔn)鍍鉻反射板，調(diào)節(jié)光纖探頭端面與反射面平行，距離適中；固定測(cè)微頭。接通電源預(yù)熱數(shù)分鐘。反射式光纖位移傳感器原理第55頁/共65頁（2

28、）將測(cè)微頭起始位置調(diào)到14 cm處，手動(dòng)使反射面與光纖探頭端面緊密接觸，固定測(cè)微頭。（3）實(shí)驗(yàn)?zāi)K從主控臺(tái)接入15 V電源，合上主控臺(tái)電源。（4）將模塊輸出“Uo”接到直流電壓表（20 V擋），仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器RW使電壓表顯示為零。第56頁/共65頁（5）旋動(dòng)測(cè)微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔.1 mm讀出一次輸出電壓Uo值，填入表中。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定光纖位移傳感器大致的線性范圍，并給出其靈敏度和非線性誤差。第57頁/共65頁（二）光纖式傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)（二）光纖式傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饫w式傳感器動(dòng)態(tài)位移性能。2.實(shí)驗(yàn)儀器光纖式位移傳感器、光纖式位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、振動(dòng)源、低頻振蕩器、通信接口（含上位機(jī)軟件）。3.