第7章光電式與光導式傳感器

第7章光電式與光導式傳感器7.1.1光電效應及分類7.1.2外光電效應的光電器件7.1.3內(nèi)光電效應器件7.1.4光電元件的基本應用電路7.1.5*光電開關(guān)及光電斷續(xù)器7.2光電傳感器的應用7.3光導式傳感器

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第7章1教學提要（重難點）、課程內(nèi)容、教學要求、實驗指導。

重點掌握光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管以及光電池的原理和應用。光電式傳感器的核心部件是光電器件，它是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件。光電器件的理論基礎(chǔ)是光電效應，即金屬、半導體等材料在光照下釋放出電子的現(xiàn)象。根據(jù)釋放出的電子的分布的不同，光電效應可分為以下三種情況：利用外光電效應工作的器件有光電管、光電倍增管等。利用內(nèi)光電效應（光電導效應）工作的器件有光敏電阻等。利用光生伏特效應（阻擋層光電效應）工作的器件有光電晶體管、光電池等。光纖傳感器以及CCD可以作為了解內(nèi)容。授課時可以拿鼠標作為一個光敏二極管、三極管的應用實例，有實驗設(shè)備的應開設(shè)本實驗。

2幾個世紀以來，關(guān)于光的本質(zhì)，一直是物理學界爭論的一個課題。兩千多年前，人類已了解到光的直線傳播特性，但對光的本質(zhì)并不了解。1860年，英國物理學家麥克斯韋建立了電磁理論，認識到光是一種電磁波。光的波動學說很好地說明了光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象，但是仍然不能解釋物質(zhì)對光的吸收、散射和光電子發(fā)射等現(xiàn)象。1900年德國物理學家普朗克提出了量子學說，認為任何物質(zhì)發(fā)射或吸收的能量是一個最小能量單位(稱為量子)的整數(shù)倍。

31905年德國物理學家愛因斯坦用光量子學說解釋了光電發(fā)射等光電效應，并為此而獲得1921年諾貝爾物理學獎。愛因斯坦認為，光是由一群光子組成的，每一個光子具有的能量E正比于光的頻率v，即E=hv(h為普朗克常數(shù))，光子的頻率越高(即波長越短)光子的能量就越大。比如相同光通量的綠色光的光子就比紅色光的光子能量大，而相同光通量的紫外線能量比紅外線的能量大得多，紫外線可以殺死病菌，改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)等。愛因斯坦確立了光的波動—粒子兩重性質(zhì)，并為實驗所證明。

4光照射在物體上會產(chǎn)生一系列的物理或化學效應，例如植物的光合作用，化學反應中的催化作用，人眼的感光效應，取暖時的光熱效應以及光照射在光電元件上的光電效應等。光電傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化，就可以將非電量的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化。

5光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、響應速度快、非接觸等優(yōu)點。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。

因此,利用各種光電元件制成的光電傳感器廣泛用于轉(zhuǎn)速、位移、溫度、濃度、濁度、距離等參數(shù)的測量，還可用于產(chǎn)品的計數(shù)、機床的保護裝置等。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，新光源、新光電元件(如光導纖維、電荷耦合攝像、光電位置敏感元件)的出現(xiàn)，使光電傳感器應用范圍日趨擴大，不僅能測量一維量而且能夠測量二維量，直接獲得圖形符號。光電傳感器是一種很有發(fā)展前途的傳感器。本章介紹光電效應、光電元件的結(jié)構(gòu)和工作原理及特性，著重介紹光電傳感器的各種應用。

67.1光電效應及分類1.光電效應光電傳感器的工作原理基于光電效應。所謂光電效應是指光照射在某些物質(zhì)上時，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生相應的電效應現(xiàn)象，如導電率變化、釋放電子和產(chǎn)生電動勢等。釋放的電子叫光電子，能產(chǎn)生光電效應的物質(zhì)叫光電材料。根據(jù)光電效應制造的轉(zhuǎn)換元件稱為光電元件或光敏元件。根據(jù)光電效應現(xiàn)象的不同將光電效應分為兩類。

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1）外光電效應：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應。向外發(fā)射的電子叫光電子?；谕夤怆娦墓怆娖骷泄怆姽?、光電倍增管等。

2）內(nèi)光電效應：在光線作用下，物體的導電性(電阻率)能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應稱為內(nèi)光電效應。內(nèi)光電效應又可分為以下兩類：（1）光電導效應:在光線作用下，對于半導體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象稱為光電導效應。光敏電阻就是基于這種效應的光電器件。（2）光生伏特效應:在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應?；谠撔墓怆娖骷泄饷艟w管、光電池。

87.1.2外光電效應的光電器件1．光電管光電管有真空和充氣光電管，常見的光電管外形和電路如圖所示，陽極A與陰極K封裝在一個玻璃殼內(nèi)，當入射光照射在陰極上，陰極表面電子吸收光子的能量，當其自身能量足以克服陰極束縛力的時候，就會逸出陰極表面，如果在陰極與陽極之間加以正向電壓，逸出的電子就會定向射向陽極而形成光電流。

9光電管主要有以下幾點特性：(1).光電管的光譜特性

光電管的光譜特性是指光電管在工作電壓不變的條件下，入射光的波長與其絕對靈敏度（即量子效率）的關(guān)系。光電管的光譜特性主要取決于陰極材料，常用的陰極材料有銀氧銫光電陰極、銻銫光電陰極、鉍銀氧銫光電陰極及多鹼光電陰極等，前兩種陰極使用比較廣泛，圖3和圖4分別給出了它們的光譜特性曲線。

10(2).光電管的伏安特性

光電管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光電管陽極與陰極之間的電壓UA與光電流IΦ之間的關(guān)系。光電管在一定光通量照射下，光電管陰極在單位時間內(nèi)發(fā)射一定量的光電子，這些光電子分散在陽極與陰極之間的空間，若在光電管陽極上施加電壓UA，則光電子被陽極吸引收集，形成回路中的光電流IΦ。當陽極電壓升高，陽極發(fā)射的光電子指引一部分被陽極收集，其余部分仍返回陰極。隨著陽極電壓的升高，陽極在單位時間內(nèi)收集到的光電子數(shù)增多，光電流IΦ也增加。如果陽極電壓升高到一定數(shù)值時，陰極在單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子全部被陽極收集，稱為飽和狀態(tài)，以后陽極電壓升高，光電流IΦ也不會增加。

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(3).光電管的光電特性光電管的光電特性是指光電管陽極電壓和入射光頻譜不變的條件下，入射光的光通量Φ與光電流IΦ之間的關(guān)系，在光電管陽極電壓足夠大，使光電管工作在飽和狀態(tài)條件下，入射光通量和光電流線性關(guān)系，參見圖6所示。

(4).暗電流

如果將光電管置于無光的黑暗條件下，當光電管施加正常的使用電壓時，光電管產(chǎn)生微弱的電流，此時電流稱為暗電流。暗電流的產(chǎn)生主要是由漏電流引起的。

光電管常用在自動控制、無線電傳真、有聲電影及其它光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上。

122．光電倍增管圖為光電倍增管的結(jié)構(gòu)、圖形符號和光電特性。光電倍增管在普通光電管陰、陽極的基礎(chǔ)上，又加入了光電二次發(fā)射的倍增極。這些光電倍增極上面有著Sb(銻)-Cs(銫)或Ag(銀)-Mg(鎂)等光敏材料。在工作時，這些電極的電位逐級提高，當光照射陰極K時，陰極的光電子受第一倍增極VD1正電位的作用，加速并打在VD1上，由VD1產(chǎn)生的二次發(fā)射電子，在更高電位的VD2極的作用下，又加速射到VD2極上，在VD2極又將產(chǎn)生二次發(fā)射，這樣逐級加速，一直到最后到達陽極A為止。

13若每級的倍增率均為δ，且倍增極的個數(shù)為n個，則該光電倍增管的靈敏度將是普通光電管的δn倍。一般光電倍增管的倍增極9~14個。光電倍增管的輸出特性(光電特性)基本上是一條直線，如圖(c)所示。在激光測量中，光電倍增管的應用相當廣泛。

147.1.3內(nèi)光電效應器件1.光敏電阻1).光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，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，此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐以下。

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光敏電阻演示

暗電流（越小越好）16在半導體光敏材料兩端裝上電極導線，并將其封裝在帶有透明窗口的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻。光敏電阻的種類繁多，一般由金屬的硫化物、硒化物等材料制成(如硫化鎘、硫化鉛、硫化鉈、硒化鎘、硒化鉛等)。光敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖及圖形符號如圖所示.

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第7章17光敏電阻具有很高的靈敏度，測量入射光的范圍可以從紫外線區(qū)域到紅外線區(qū)域，且體積小,性能穩(wěn)定,廣泛應用于自動化技術(shù)中.

182).光敏電阻的主要參數(shù)與基本特性①暗電阻與亮電阻:所謂暗電阻是指光敏電阻在不受光照射時的電阻值，流過光敏電阻的電流稱為暗電流；在有光照射時，光敏電阻的阻值稱為亮電阻，此時流過它的電流稱為亮電流。亮電流與暗電流的差值稱為光電流。光電流越大，靈敏度也越高，光敏電阻的性能越好。實用的光敏電阻，其暗電阻往往超過1MΩ，甚至高達100MΩ，而亮電阻則在幾千歐以下。②伏安特性：在一定的照度下，加在光敏電阻兩端的電壓和光電流之間的關(guān)系曲線，如圖所示。

19③光照特性：在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流與光通量之間的關(guān)系曲線如圖所示。由圖可見，該曲線是非線性的。因此光敏電阻不宜做定量檢測元件，而常在自動控制中用做光電開關(guān)。④光電靈敏度：指單位光通量由入射時能輸出的光電流的變化，即

光照不同，靈敏度也發(fā)生變化。光照增大，靈敏度下降。

20⑤光譜特性：光敏電阻外加一定電壓時，其輸出電流與入射單色光波長之間的函數(shù)關(guān)系，即I=f(λ)，其關(guān)系曲線如圖所示。K為相對靈敏度

21⑥頻率特性：當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)態(tài)值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的延時特性。由于不同材料的光敏電阻的延時特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如圖所示。由圖可知，光敏電阻的時延比較大，所以它不能用在要求快速響應的場合。光譜溫度特性：光敏電阻受溫度影響較大，隨著溫度的升高，暗電阻和靈敏度都下取其關(guān)系曲線如圖所示，同時也影響它的光譜特性。3)光敏電阻好壞的判斷:

將萬用表置于RXlkΩ擋，置光敏電阻于距25W白熾燈50cm遠處(其照度約為1001m)，可測得光敏電阻的亮電阻；再在完全黑暗的條件下直接測量其暗阻值。若亮阻值為幾千歐姆到幾十千歐姆，暗阻值為幾兆歐姆至幾十兆歐姆，則說明光敏電阻質(zhì)量良好。

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光敏二極管的反向偏置接法

在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗電流，相當于普通二極管的反向飽和漏電流。當光照射在二極管的PN結(jié)（又稱耗盡層）上時，在PN結(jié)附近產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量也隨之增加，光電流也相應增大，光電流與照度成正比。

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光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示

在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。

當光照增加時，光電流IΦ與光照度成正比關(guān)系。

光敏二極管的反向偏置接法UO+—光照24

光敏二極管外形

包含1024個InGaAs元件的線性光電二極管陣列，可用于分光鏡。25利用光敏三極管可以實現(xiàn)簡單的光電開關(guān)，電路圖如(c)所示。圖中兩個光電開關(guān)在有光照和無光照的條件下，實現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)截然相反。

光敏三極管外形:多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負（c、e）兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。

26光電特性

0光照

光電流光敏三極管光敏二極管3000lx4mA0.3mAIΦE27

4.光敏晶閘管

光敏晶閘管有三個引出電極，即陽極a、陰極k和門極g。它的頂部有一個玻璃透鏡，光敏晶閘管的陽極與負載串聯(lián)后接電源正極，陰極接電源負極，門極可懸空。當有一定照度的光信號通過玻璃窗口照射到正向阻斷的PN結(jié)上時，將產(chǎn)生門極電流，從而使光敏晶閘管從阻斷狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)。光敏面光敏晶閘管外形285.基于光生伏特效應的光電元件——光電池

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時實質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。工作原理:光電池的工作原理是基于“光生伏特效應”。它實質(zhì)上是一個大面積的PN結(jié)，當光照射到PN結(jié)的一個面，例如P型面時，在N型襯底上制造一薄層P型層作為光照敏感面，就構(gòu)成最簡單的光電池。當入射光子的能量足夠大時，P型區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對光生電子—空穴對，光生電子—空穴對的的擴散運動使電子通過漂移運動被拉到N型區(qū)，空穴留在P區(qū)，所以N區(qū)帶負電，P區(qū)帶正電。如果光照是連續(xù)的，經(jīng)短暫的時間，PN結(jié)兩側(cè)就有一個穩(wěn)定的光生電動勢輸出。

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光電池外形光敏面30

能提供較大電流的大面積光電池外形316．光電耦合器光電耦合器是由一個發(fā)光器件和一個光敏元件同時封裝在一個外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件。最常見的情況是由一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管組成，如圖所示。常用的光電耦合器的形式還有如圖(b)、(c)、(d)所示的幾種。

32由于光電耦合器的體積小、無觸點、壽命長、輸入與輸出間絕緣、隔離性能好、響應速度快、工作穩(wěn)定可靠，因而被廣泛用做固體繼電器、穩(wěn)壓電路、信號調(diào)制電路等。圖為微機I／O擴展接口芯片8255輸出的正脈沖信號經(jīng)過光電耦合器的傳輸后，作為步進電機的驅(qū)動信號。

337.1.4光電元件的基本應用電路光敏電阻、光敏晶體管、光電池等光電元件必須根據(jù)各自的特點，使用不同的電路，才能達到最佳的使用效果。1.光敏電阻基本應用電路圖中，光敏電阻與負載電阻串聯(lián)后，接到電源上。在圖a中，當無光照時，光敏電阻Re很大，在RL上的壓降Uo很小。隨著入射光增大，Re減小，Uo隨之增大。圖b的情況恰好與圖a相反，入射光增大，Uo反而減小。

342.光敏二極管應用電路光敏二極管在應用電路中必須反向偏置，否則其電流就與普通二極管的正向電流一樣，不受入射光的控制了。如圖都是正確的接法。在圖中，利用反相器可將光敏二極管的輸出電壓轉(zhuǎn)換成TTL電平。

353.光敏三極管應用電路光敏三極管在電路中必須遵守集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏的原則，這與普通三極管工作在放大區(qū)時條件是一樣的。

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當無光照時，V1截止，IΦ=0，則V2處于什么狀態(tài)？繼電器KA吸合還是釋放？如果將V1與Rb2位置上下對調(diào)，其結(jié)果如何？

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4.光電池的應用電路

(1)光電池短路電流測量電路

Ι/U轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓Uo與光電流ΙΦ成正比。若光電池用于微光測量時，ΙΦ可能較小，則應增加一級放大電路，并在第二級使用電位器RP微調(diào)總的放大倍數(shù)。

38(2)光電報警電路當太陽光照射光電池時，如圖所示的電路中，SCR有了門極觸發(fā)電壓，此時SCR導通，負載接通。電位器R調(diào)節(jié)光電平使報警器發(fā)出聲響。

39(3).光電自動航標燈光電自動航標燈的工作原理電路如圖所示，由硅光電池組和鎳鉻蓄電池組分別供電。光電三極管VT為控制元件。

407.2光電傳感器的應用光電傳感器屬于非接觸式測量，目前越來越多地用于生產(chǎn)的各領(lǐng)域。依被測物、光源、光電元件三者之間的關(guān)系，光電傳感器在工業(yè)上的應用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。

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第7章41

1.光電式轉(zhuǎn)速表

光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測物數(shù)十毫米外非接觸地測量其轉(zhuǎn)速。

n=60(f/z)

42

2.水泵轉(zhuǎn)速測量43

光電式轉(zhuǎn)速表外形

443.光電自動門自動門光電傳感器放大圖有效檢測區(qū)域454.被測物遮擋光通量的應用實例

光電式帶材跑偏檢測器

光電傳感器

帶材走偏時，邊緣經(jīng)常與傳送機械發(fā)生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成廢品。

當帶材處于正確位置（中間位置）時，放大器輸出電壓Uo為零；當帶材左偏時，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。

46光電式帶材跑偏檢測控制器原理1—

被測帶材2—卷取電機3—卷取輥4—液壓缸5—活塞6—滑臺7—光電檢測裝置8—光源9、10—透鏡11-光敏電阻R112—遮光罩

指針將偏向左邊還是右邊？47帶材糾偏系統(tǒng)485.防盜口

496.反射鏡反射型工件計數(shù)

507.反射鏡反射型傳感器單側(cè)安裝，需要調(diào)整反射鏡的角度以取得最佳的反射效果。散射型安裝最為方便，只要不是全黑的物體均能產(chǎn)生漫反射。散射型光電開關(guān)的檢測距離與被測物的黑度有關(guān)，一般較小，只有幾百毫米。

518.案例：光電鼠標就是利用LED與光敏晶體管組合來測量位移

案例：亮度傳感器：通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達到節(jié)約電能的目的。52

9.煙霧報警器外形

（參考南京千里通公司無線煙霧報警器資料）

無煙霧時，光敏元件接收到LED發(fā)射的恒定紅外光。而在火災發(fā)生時，煙霧進入檢測室，遮擋了部分紅外光，使光敏三極管的輸出信號減弱，經(jīng)閥值判斷電路后，發(fā)出報警信號。

煙霧報警53無線煙霧報警器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

可發(fā)出高分貝笛鳴聲的蜂鳴器54被測物體反射光通量的應用實例

反射式煙霧報警器

在沒有煙霧時，由于紅外對管相互垂直，煙霧室內(nèi)又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)出的紅外光無法到達紅外光敏三極管。

當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產(chǎn)生漫反射（圖中只畫出幾個微粒的反射示意），使部分紅外光到達光敏三極管，有光電流輸出。555.光敏晶閘管應用電路

光敏晶閘管用于功率控制，額定電流大，反向擊穿電壓高。圖為光控路燈電路。VTl是光敏晶閘管，VT2是大功率雙向晶閘管。當光照度下降至一定值時，光敏晶閘管VTl截止。電源經(jīng)VD、R1、R2向Cl充電。當Cl的端電壓超過VT2的觸發(fā)電壓時，VT2觸發(fā)導通，HL(路燈)亮。

567.3CCD攝像傳感器及其應用7.3.1CCD的基本結(jié)構(gòu)及原理

7.3.2CCD圖像傳感器的應用577.3.1CCD的基本結(jié)構(gòu)及原理CCD圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的MOS電容器組成的陣列，其構(gòu)造如圖所示。在P型或N型襯底上生長一層很薄的二氧化硅，再在二氧化硅薄層上依序沉積金屬或摻雜多晶硅電極（柵極），形成規(guī)則的MOS電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD芯片。587.3.2CCD圖像傳感器的應用CCD圖像傳感器具有高分辨率、高靈敏度較寬的動態(tài)范圍，所以它可廣泛用于自動控制和自動測量，尤其適用于圖像識別技術(shù)。59文字及圖形識別。將線陣CCD圖像傳感器的自掃描輸出特性和微處理器的信號處理能力結(jié)合起來可以實現(xiàn)文字及圖形識別。60第4節(jié)光導式(光纖)傳感器7.4.1光導纖維傳感器7.4.2光在光導纖維中的傳輸原理7.4.3光纖傳感器

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第7章617.4.1光導纖維傳感器

1970年美國成功研制出傳輸損耗為20dB／km的石英玻璃光導纖維(又稱光學纖維)，這是光通信史上一個劃時代的貢獻。1979年日本研制成功了傳輸損耗僅為0．2dB／km的光導纖維。由于光導纖維(簡稱光纖)具有很多優(yōu)點，因此用它組成的光纖傳感器(OFS)解決了許多以前難以解決，甚至是不能解決的技術(shù)難題。它與激光器、半導體探測器一起構(gòu)成了新的光學技術(shù)。光纖的出現(xiàn)產(chǎn)生了光纖通信技術(shù)，特別是光纖在有線通信上的優(yōu)勢越來越突出，它為人類21世紀的通信基礎(chǔ)——信息高速公路奠定了基礎(chǔ)，為多媒體(符號、數(shù)字、語音、圖形和動態(tài)圖像)通信提供了實現(xiàn)的必需條件。由于光纖具有許多新的特性，所以不僅在通信方面，而且在其它方面也提出了許多新的應用方法，例如，把待測量與光纖內(nèi)的導光聯(lián)系起來就形成光纖傳感器。它對軍事、航天航空技術(shù)和生命科學等的發(fā)展起著十分重要的作用。隨著新興學科的交叉滲透，它將會出現(xiàn)更廣闊的應用前景。

62光導纖維簡稱光纖，它是以特別的工藝拉成的細絲。光纖透明、纖細，雖比頭發(fā)絲還細，卻具有能把光封閉在其中，并沿軸向進行傳播的特征。光的全反射實驗

63各種裝飾性光導纖維

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發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏色的光線，通過光導纖維傳導到東方明珠球體的表面。在計算機控制下，可產(chǎn)生動態(tài)圖案。上海東方明珠651.光纖傳感器的特點:與常規(guī)傳感器相比，光纖傳感器具有如下特點：光纖傳感器是近年來隨著光導纖維技術(shù)的進步而發(fā)展起來的新型傳感器。光纖傳感器具有抗電磁干擾能力強、不怕雷電擊、防燃防爆、絕緣性好、柔韌性好、耐高溫、重量輕、耗電少等特點。它的測量范圍十分廣泛，可用于熱工參數(shù)、電工參數(shù)、機械參數(shù)、化學參數(shù)的測量，還可以醫(yī)用內(nèi)窺鏡、工業(yè)內(nèi)窺鏡等領(lǐng)域，進行圖像掃描和圖像傳輸。662.光纖的結(jié)構(gòu)所謂光導纖維是一種傳輸光信息的導光纖維。它是由石英玻璃或塑料制成的，結(jié)構(gòu)很簡單。光纖的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，由導光的芯體玻璃(簡稱纖芯)和包層組成。纖芯位于光纖的中心部位，其直徑約為(5~100)um。包層可用玻璃或塑料制成。包層的外面常有塑料或橡膠的外套，保護纖芯和包層并使光纖具有一定的機械強度。671.光的反射、折射

當一束光線以一定的入射角θ1從介質(zhì)1射到介質(zhì)2的分界面上時，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。n為介質(zhì)的折射率。

7.3.2光在光導纖維中的傳輸原理

光在光導纖維中的傳輸主要利用光的折射和反射現(xiàn)象，特別是光的全反射現(xiàn)象。68

光的全反射

當減小入射角時，進入介質(zhì)2的折射光與分界面的夾角將相應減小，將導致折射波只能在介質(zhì)分界面上傳播。對這個極限值時的入射角，定義為臨界角θc。當入射角小于θc時，入射光線將發(fā)生全反射。692.光纖的傳光原理

光在光纖中的全反射

70式中,NA稱為數(shù)值孔徑，是表示向光導纖維入射的信號光波難易程度的參數(shù)：n1、n2分別為芯子及包皮的折射率；由式上式可知，光纖的臨界入射角的大小是由光纖本身的性質(zhì)——折射率n1、n2所決定的。NA越大，表明可以在較大入射角范圍內(nèi)輸入全反射光，并保證此