光電式傳感器1

1、http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇第10章光電式傳感器傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電式傳感器概念n光電式傳感器（或稱光敏傳感器）n是利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電壓、電流、電阻等）的裝置。n按工作原理分類n光電效應(yīng)傳感器n紅外熱釋電探測(cè)器n固體圖像傳感器n光纖傳感器 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.1 光電式傳感器的基本形式n由光路及電路兩大部分組成n光路部分實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)對(duì)光量的控制和調(diào)制n電路部分完成從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇四種

2、基本形式 n透射式n反射式n輻射式n開關(guān)式http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.2 光電效應(yīng)與光電器件n光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量可表示為 n光電效應(yīng)方程 Eh v2012kEmvh vA http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電器件n光電器件是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N傳感器件。是構(gòu)成光電式傳感器的主要部件。n光電器件工件的物理基礎(chǔ)：光電效應(yīng)。n光電效應(yīng)分為：內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.2.1 外光電效應(yīng)型光電器件n當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí)，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射

3、到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會(huì)克服正離子對(duì)它的吸引力，脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。n即外光電效應(yīng)是在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。n根據(jù)外光電效應(yīng)做出的光電器件有光電管和光電倍增管。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇1、光電管及其基本特性、光電管及其基本特性http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電管的伏安特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電管的光照特性http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電管的光譜特性http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2、光電倍增管及其基本特性

4、、光電倍增管及其基本特性http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇主要參數(shù)主要參數(shù) n倍增系數(shù) Mn陽(yáng)極電流 n光電倍增管的電流放大倍數(shù)n光電陰極靈敏度和光電倍增管總靈敏度n暗電流n光電倍增管的光譜特性nIi Mi /nI ihttp:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.2.2 內(nèi)光電效應(yīng)型光電器件n內(nèi)光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象n這種效應(yīng)可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和因光照產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)兩種http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 內(nèi)光電效應(yīng)分類內(nèi)光電效應(yīng)分類光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，對(duì)于半

5、導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度， 就激發(fā)出電子-空穴對(duì)，使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值減低的現(xiàn)象。如光敏電阻光生伏特效應(yīng) 在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。如光電池。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇（1）光敏電阻）光敏電阻n 1. 光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理n 光敏電陰是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性， 使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。n無(wú)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

6、，電路中電流迅速增大。 n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值一般在兆歐量級(jí)， 亮電阻值在幾千歐以下。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光敏電阻的結(jié)構(gòu)金屬電極半導(dǎo)體玻璃底板電源檢流計(jì)RLEI(a)(b)(c)Ra光敏電阻結(jié)構(gòu) (a) 光敏電阻結(jié)構(gòu)； (b) 光敏電阻電極； (c) 光敏電阻接線圖http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2. 光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻的主要參數(shù)n暗電阻 n光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻， 此時(shí)流過的電流稱為暗電流。 n亮電阻 n光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流

7、過的電流稱為亮電流。 n光電流 n亮電流與暗電流之差http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3、光敏電阻的基本特性n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。403020100I / mA10010001 x500 mW1001 x功率200U / V101 x圖 10.9硫化鎘光敏電阻的伏安特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光照特性n指光敏電阻的光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系圖10.10光敏電阻的光照特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光譜特性n光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系。即光敏電阻對(duì)入射光的光

8、譜具有選擇作用，即光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光有不同的靈敏度。Sr / (%) / A2040608010001.53硫化鉛硫化鉈硫化鎘圖10.11 光敏電阻的光譜特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇頻率特性n光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示，對(duì)應(yīng)著不同材料的頻率特性。100806040200101001 00010 000硫化鎘硫化鉛S /( %)f / Hz圖10.12光敏電阻的頻率特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇溫度特性n光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大。溫

9、度變化時(shí)，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)、靈敏度和暗電阻。n硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。1.02.03.04.00204060801002020 / mS / (%)圖 10.13硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇（2）光電池）光電池n光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。即電源。 n工作原理：基于“光生伏特效應(yīng)”。n光電池實(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，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)光子就產(chǎn)生一對(duì)自由電子和空穴， 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

10、照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電池結(jié)構(gòu)、符號(hào)光電池結(jié)構(gòu)、符號(hào)http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光電池種類光電池種類 n光電池的種類很多，有硅光電池、硒光電池、鍺光電池、砷化鎵光電池、氧化亞銅光電池等n最受人們重視的是硅光電池。因?yàn)樗哂行阅芊€(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、轉(zhuǎn)換效率高、能耐高溫輻射、價(jià)格便宜、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。它不僅廣泛應(yīng)用于人造衛(wèi)星和宇宙飛船作為太陽(yáng)能電池，而且也廣泛應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)和其它測(cè)試系統(tǒng)中n硒光電池由于其光譜峰值位于人眼的視覺范圍，所以在很多分析儀器、測(cè)量?jī)x表中也常常用到。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電

11、子技術(shù)論壇光電池基本特性n光譜特性 n光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光的靈敏度是不同的。0400600800 1000120020406080100 / nmS / %硒硅硅光電池的光譜特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光照特性n光電池在不同光照度下， 其光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性0光生電流 / mA02 0004 000短路電流開路電壓光生電壓 / V照度 / lx 硅光電池的光照特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇頻率特性1500 3000 4500 6000 7500020406080100

12、f / Hz相對(duì)光電流 / (%)硒光電池硅光電池http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇溫度特性n是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。2040608010001002003004005002.22.01.8開路電壓短 路 電 流溫 度 / U / mVI / mA 硅光電池的溫度特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇（3）光敏二極管和光敏三極管）光敏二極管和光敏三極管http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光敏二極管工作原理光敏二極管工作原理n光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、 光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)。n在沒有光照射

13、時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流稱為暗電流，當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(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。n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)。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光敏晶體管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。 大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)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)時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，光生電子被拉到集

14、電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便會(huì)有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管有放大作用。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)和基本電路 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光敏管的基本特性n光敏晶體管的光譜特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇n伏安特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光照特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇頻率特性 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光敏二極管和三極管的主要差別 n光

15、電流n光敏二極管一般只有幾微安到幾百微安，而光敏三極管一般都在幾毫安以上，至少也有幾百微安，兩者相差十倍至百倍。光敏二極管與光敏三極管的暗電流則相差不大，一般都不超過1uA。n響應(yīng)時(shí)間n光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間在100ns以下，而光敏三極管為510us。因此，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，應(yīng)選用光敏二極管；只有在工作頻率較低時(shí)，才選用光敏三極管。n輸出特性n光敏二極管有很好的線性特性，而光敏三極管的線性較差。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇總結(jié)http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.3 CCD固體圖像傳感器n電荷耦合器件（Charge Couple Device, 縮寫為

16、CCD）是一種大規(guī)模金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路光電器件。n它以電荷為信號(hào)， 具有光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、 存儲(chǔ)、 轉(zhuǎn)移并讀出信號(hào)電荷的功能。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇1. CCD的工作原理的工作原理n（1） 結(jié)構(gòu) nCCD是由若干個(gè)電荷耦合單元組成的。其基本單元是MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器。 它以P型（或N型）半導(dǎo)體為襯底，上面覆蓋一層SiO2，再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極而構(gòu)成MOS電容轉(zhuǎn)移器件。這樣一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)光敏元或一個(gè)像素。將MOS陣列加上輸入、 輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了CCD器件。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖10

17、.23P型 MOS光敏元 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇(2) 電荷存儲(chǔ)原理構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器。與其它電容器一樣， MOS電容器能夠存儲(chǔ)電荷。如果MOS電容器中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施加一個(gè)正電壓Ug時(shí)，P型硅中的多數(shù)載流子（空穴）受到排斥，半導(dǎo)體內(nèi)的少數(shù)載流子（電子）吸引到P-Si界面處來(lái)，從而在界面附近形成一個(gè)帶負(fù)電荷的耗盡區(qū)， 也稱表面勢(shì)阱。對(duì)帶負(fù)電的電子來(lái)說(shuō)， 耗盡區(qū)是個(gè)勢(shì)能很低的區(qū)域。在一定的條件下，所加正電壓Ug越大，耗盡層就越深，勢(shì)阱所能容納的少數(shù)載流子電荷的量就越大。 如果有光照射在硅片上， 在光子作用下，半導(dǎo)體硅產(chǎn)生了電子-空穴

18、對(duì)，光生電子被附近的勢(shì)阱所吸收，而空穴被排斥出耗盡區(qū)。勢(shì)阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到該勢(shì)阱附近的光強(qiáng)成正比。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇（3）電荷轉(zhuǎn)移原理nCCD器件基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷腗OS光敏元，這些光敏元使用同一半導(dǎo)體襯底；氧化層均勻、連續(xù)；相鄰金屬電極間隔極小。n任何可移動(dòng)的電荷都將力圖向表面勢(shì)大的位置移動(dòng)。n為了保證信號(hào)電荷按確定的方向和路線轉(zhuǎn)移，在MOS光敏元陣列上所加的各路電壓脈沖要求嚴(yán)格滿足相位要求。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇213123456一級(jí)二級(jí)t t1t t2t t3t t4(b)PSi123t1t2t3

19、t4(a)ot三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移的關(guān)系(a) 三相時(shí)鐘脈沖波形； (b) 電荷轉(zhuǎn)移過程 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇（4）電荷注入方法PSi(a)tIDnIG1231PSiQ IDt(b)電荷注入方法（a） 背面光注入； （b） 電注入 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇（5）電荷的輸出ERLUoIoOG321P SiN Si圖圖10.27 CCD輸出端結(jié)構(gòu)輸出端結(jié)構(gòu) http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.3.2 CCD固體圖像傳感器的分類n線陣型CCD圖像傳感器http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇n面陣型

20、CCD圖像傳感器http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.3.3 CCD圖像傳感器的特性參數(shù)n光電轉(zhuǎn)移效率光電轉(zhuǎn)移效率 n總轉(zhuǎn)移效率10QQ(1)NNNoQQhttp:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇分辨率分辨率n分辨率是指攝像器件對(duì)物像中明暗細(xì)節(jié)的分辨能力，是圖像傳感器最重要的特性，主要取決于感光單元之間的距離，用調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTF來(lái)表征。n當(dāng)光強(qiáng)以正弦變化的圖像作用在傳感器上時(shí)，電信號(hào)幅度隨光像空間頻率的變化稱為調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTF。 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇暗電流暗電流 n暗電流起因于熱激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，是缺陷產(chǎn)生的主要原因。光信

21、號(hào)電荷的積累時(shí)間越長(zhǎng)，其影響就越大。n暗電流的產(chǎn)生不均勻，在圖像傳感器中出現(xiàn)固定圖形，暗電流限制了器件的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，暗電流大的地方，多數(shù)會(huì)出現(xiàn)暗電流尖峰。n暗電流與溫度密切有關(guān)，溫度每降低10，暗電流約減小一半。n對(duì)于每個(gè)器件，產(chǎn)生暗電流尖峰的缺陷總是出現(xiàn)在相同位置的單元上，利用信號(hào)處理，把出現(xiàn)暗電流尖峰的單元位置存貯在PROM(可編程只讀存貯器)中，單獨(dú)讀取相應(yīng)單元的信號(hào)值，就能消除暗電流尖峰的影響。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇靈敏度及光譜響應(yīng)靈敏度及光譜響應(yīng) sNqSH A thttp:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇噪聲噪聲 nCCD是低噪聲器件，

22、但由于其他因素產(chǎn)生的噪聲會(huì)疊加到信號(hào)電荷上，使信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移受到干擾。n噪聲的來(lái)源有轉(zhuǎn)移噪聲、散粒噪聲、電注入噪聲、信號(hào)輸入噪聲等。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.3.4 CCD固體圖像傳感器的應(yīng)用n CCD固體圖像傳感器的應(yīng)用主要在以下幾方面：n計(jì)量檢測(cè)儀器：工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的尺寸、位置、表面缺陷的非接觸在線檢測(cè)、距離測(cè)定等。n光學(xué)信息處理：光學(xué)文字識(shí)別、標(biāo)記識(shí)別、圖形識(shí)別、傳真、攝像等。n生產(chǎn)過程自動(dòng)化：自動(dòng)工作機(jī)械、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)、監(jiān)視裝置等。n軍事應(yīng)用：導(dǎo)航、跟蹤、偵查(帶攝像機(jī)的無(wú)人駕駛飛機(jī)、衛(wèi)星偵查)。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論

23、壇典型應(yīng)用實(shí)例 n尺寸自動(dòng)檢測(cè)尺寸自動(dòng)檢測(cè) http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇物體輪廓尺寸的檢測(cè)n小尺寸物體投影http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇n大尺寸物體光學(xué)成像http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2、光學(xué)字符識(shí)別和圖像傳真、光學(xué)字符識(shí)別和圖像傳真http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3、射線成像檢測(cè)、射線成像檢測(cè)http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇10.4光纖傳感器光纖傳感器n光纖傳感器的特點(diǎn)：n極高的靈敏度和精度n固有的安全性好n抗電磁干擾n高絕緣強(qiáng)度n耐腐蝕n集傳感與傳輸于一體n能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等n

24、光纖傳感器受到世界各國(guó)的廣泛重視。光纖傳感器已用于位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力、速度、加速度、電流、磁場(chǎng)、電壓、溫度等70多個(gè)物理量的測(cè)量n在生產(chǎn)過程自動(dòng)控制、在線檢測(cè)、故障診斷、安全報(bào)警等方面有廣泛的應(yīng)用前景。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇1、光纖的結(jié)構(gòu)http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2、光纖的傳光原理2ciin0n2n1纖 芯包 層圖8-34 光纖的傳光原理http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3、光導(dǎo)纖維的主要參數(shù)n數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NA 2212NAsincnnhttp:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光纖模式光纖模式n光波在光

25、纖中的傳播途徑和方式稱為光纖模式。對(duì)于不同入射角的光線，在界面反射的次數(shù)是不同的，傳遞的光波間的干涉也是不同的，這就是傳播模式不同。一般總希望光纖信號(hào)的模式數(shù)量要少，以減小信號(hào)畸變的可能。n單模光纖直徑較小，只能傳輸一種模式。其優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)畸變小、信息容量大、線性好、靈敏度高；缺點(diǎn)：纖芯較小，制造、連接、耦合較困難。n多模光纖直徑較大，傳輸模式不只一種，其缺點(diǎn)是：性能較差。優(yōu)點(diǎn)：纖芯面積較大，制造、連接、耦合容易。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇傳播損耗傳播損耗 n光信號(hào)在光纖中的傳播不可避免地存在著損耗。n光纖傳輸損耗主要有材料吸收損耗（因材料密度及濃度不均勻引起）、散射

26、損耗（因光纖拉制時(shí)粗細(xì)不均勻引起）、光波導(dǎo)彎曲損耗（因光纖在使用中可能發(fā)生彎曲引起）。http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光纖傳感器n工作原理工作原理n由于外界因素（溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)等）對(duì)光纖的作用，會(huì)引起光波特征參量（振幅、相位、頻率、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，只要能測(cè)出這些參量隨外界因素的變化關(guān)系，就可以用它作為傳感元件來(lái)檢測(cè)對(duì)應(yīng)物理量的變化 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇光纖傳感器的組成光纖傳感器的組成n由光源、光纖耦合器、光纖、光探測(cè)器等組成。由光源、光纖耦合器、光纖、光探測(cè)器等組成。n光源光源n一般要求光源的體積盡量小，以利于它與光纖耦合；光源發(fā)出的光波長(zhǎng)應(yīng)合適，以便減少光在光纖中傳輸?shù)膿p失；光源要有足夠亮度，以便提高傳感器的輸出信號(hào)。另外還要求光源穩(wěn)定性好、噪聲小、安裝方便和壽命長(zhǎng)等。n 光纖傳感器使用的光源種類很多，按照光的相干性可分為相干光和非相干光。非相干光源有白熾光、發(fā)光二極管；相干光源包括各種激光器，如氦氖激光器、半導(dǎo)體激光二極管等。n光探測(cè)器光探測(cè)器n 光探測(cè)器的作用是把傳送到接收端的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，