傳感器原理及應(yīng)用第8章光電式傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第8章光電式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器主要內(nèi)容：

8.1光電效應(yīng)

8.2光電器件

光電管、光電倍增管、光敏電阻、

光電晶體管、光電池、其他光電器件、

電荷耦合器件

8.3光纖傳感器

8.4光柵式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

光電傳感器是將被測量的變化通過光信號變化轉(zhuǎn)換成電信號，具有這種功能的材料稱為光敏材料，做成的器件稱光敏器件。在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測、控制系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。光敏器件種類很多，如：

光電管、光敏二極管、光電倍增管、光敏三極管、光敏電阻、光電池、光電耦合器、光纖等等。光信號光電傳感器電信號傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

指紋鎖指紋門禁光電鼠標(biāo)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

料位自動(dòng)控制電動(dòng)扶梯自動(dòng)啟停光電開關(guān)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

光柵光纖光電管光敏電阻

8.1光電效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光敏器件主要利用各種光電效應(yīng)光電效應(yīng)可分為：

外光電效應(yīng)

內(nèi)光電效應(yīng)

光電導(dǎo)效應(yīng)

光生伏特效應(yīng)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.1光電效應(yīng)

(1)外光電效應(yīng)在光線作用下，電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)。J.Sg——普朗克常數(shù)()

——光的頻率（Hz），波長短，頻率高，能量大

每個(gè)光子具有的能量是：

入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電子與光強(qiáng)成正比傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.1光電效應(yīng)

(1)外光電效應(yīng)光照射物體時(shí)，物體中電子吸收入射光子的能量E

，當(dāng)物體吸入的能量超出逸出功A時(shí)電子就會逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射。超出的能量就表現(xiàn)在電子逸出的動(dòng)能上。能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于光子的能量是否大于物體表面的電子逸出功。

由能量守恒定律有：A—

電子的逸出功；

一個(gè)電子逸出的動(dòng)能（能量）；愛因斯坦光電效應(yīng)方程傳感器原理及應(yīng)用光電導(dǎo)效應(yīng)：

入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導(dǎo)體都有，由于在入射光作用下電子吸收光子能量，從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶過度到自由狀態(tài)，同時(shí)價(jià)帶也因此形成自由空穴，使導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴濃度增大引起電阻率減小。為使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，入射光子的能量E0應(yīng)大于禁帶寬度的能量Eg?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。8.1光電效應(yīng)

(2)內(nèi)光電效應(yīng)第8章

光電式傳感器導(dǎo)帶價(jià)帶電子吸收光子能量禁帶光E0自由狀態(tài)Eg〈E0電子傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.1光電效應(yīng)

(2)內(nèi)光電效應(yīng)光生伏特效應(yīng)：光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材料吸收光能后，在PN結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)勢的效應(yīng)。為什么PN結(jié)會因光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)呢？下面分兩種情況討論：不加偏壓時(shí)的PN結(jié)處于反偏時(shí)的PN結(jié)PN電子空穴---+++-+光源傳感器原理及應(yīng)用第8章光電傳感器

不加偏壓時(shí)的PN結(jié)

當(dāng)光照射在PN結(jié)時(shí)，如果電子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度（E0＞Eg）,可激發(fā)出電子——空穴對在PN結(jié)內(nèi)電場作用下空穴移向P區(qū)，而電子移向N區(qū)使P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓就是光生電動(dòng)勢.

8.1光電效應(yīng)

(2)內(nèi)光電效應(yīng)PN電子空穴---+++-+光源基于這種效應(yīng)的器件有光電池PN結(jié)開路電壓：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

處于反偏時(shí)的PN結(jié)：

無光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很??；有光照時(shí)，光子能量足夠大產(chǎn)生光生電子—空穴對，在PN結(jié)電場作用下，電子N，空穴P運(yùn)動(dòng)，形成光電流；光電二極管一般反向連接。電流方向與反向電流一致，光照越大光電流越大。具有這種性能的器件有：光敏二極管、光敏晶體管從原理上講，不加偏壓的光電二極管就是光電池。8.1光電效應(yīng)

(2)內(nèi)光電效應(yīng)EPN電子空穴---+++-+光源I-+傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（1）光電管

光電管是一個(gè)抽真空或充惰性氣體的玻璃管，內(nèi)部有光陰極、陽極，光陰極涂有光敏材料，當(dāng)光線照射在光敏材料上時(shí)，如果光子的能量E大于電子的逸出功A（E＞A），會有電子逸出產(chǎn)生電子發(fā)射。電子被帶有正電的陽極吸引，在光電管內(nèi)形成電子流，電流在回路電阻R上產(chǎn)生正比于電流大小的壓降。入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電子與光強(qiáng)成正比傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（1）光電管主要用于：分光光度計(jì)、光電比色計(jì)等分析儀器和各種自動(dòng)裝置

。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（2）光電倍增管

光照很弱時(shí)，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。如核儀器中閃爍探測器都使用的是光電倍增管做光電轉(zhuǎn)換元件。光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進(jìn)行放大。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光電倍增管的光陰極和陽極之間被加了許多倍增極（10個(gè)左右），在陽極和陰極之間加有幾百～上千伏的高壓，每個(gè)倍增極間有100～200V高壓；光電倍增管的電流增益在105數(shù)量極。倍增極外加電壓Ud與增益G的關(guān)系近似為：式中：——

常數(shù)

——

倍增極數(shù)8.2光電器件

（1）光電倍增管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器上式可見，外加電壓Ud的變化引起光電倍增管增益的變化，因此對供給光電倍增管的工作電源電壓要求較高，必須有極好的穩(wěn)定性。儀器穩(wěn)定性與光電倍增管的指標(biāo)、參數(shù)密切相關(guān)。為減少光電倍增管受溫度影響，對射線儀器的電源穩(wěn)定性要求高，在核探測技術(shù)中“穩(wěn)譜”是一個(gè)重要內(nèi)容。增益變化為：N計(jì)數(shù)率E能量核儀器測量中的譜線漂移8.2光電器件

（1）光電倍增管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器基于光電倍增管的輸入設(shè)備滾筒掃描儀8.2光電器件

（1）光電倍增管X射線熒光儀閃爍探測器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（3）光敏電阻

光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)結(jié)構(gòu)：在玻璃底版上涂一層對光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。

光敏電阻結(jié)構(gòu)及符號

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（3）光敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光敏電阻光照特性無光照時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值；有光照時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低；光照停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。8.2光電器件

（3）光敏電阻光敏電阻主要參數(shù)

暗電阻——無光照時(shí)的電阻；暗電流——無光照時(shí)的電流；亮電阻、亮電流——受光照時(shí)的阻值、電流；光電流——

亮電流與暗電流之差稱亮電流。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

伏安特性給定偏壓光照越大光電流越大；給定光照度電壓越大光電流越大；光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲、無飽和，但受最大功耗限制。光照度

Lx=lm（流明）/s

單位面積的光通量8.2光電器件

（3）光敏電阻基本特性光敏電阻伏安特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光譜特性光敏電阻靈敏度與入射波長有關(guān);

光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)，材料與相對靈敏度峰位波長例圖：硫化鎘（CdS）0.3～0.8(μm)硫化鉛（PbS）1.0～3.5(μm)硫化鉈（TlS）1.0～7.3(μm)8.2光電器件

（3）光敏電阻基本特性光敏電阻的光譜特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器溫度特性溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應(yīng)。溫度T

，波長λ變短。光敏電阻溫度特性8.2光電器件

（3）光敏電阻基本特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光敏電阻開關(guān)電路,有光照時(shí)，光敏電阻Rg下降8.2光電器件

（3）光敏電阻應(yīng)用Rg傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光敏電阻在聲、光控開關(guān)中的應(yīng)用應(yīng)用8.2光電器件

（3）光敏電阻白天，Rg小VT2導(dǎo)通VT3截止，VT4導(dǎo)通，晶閘管VS截止，H滅；晚上，Rg大，VT2截止，VT3由VT1控制，待機(jī)，VT2失去對VT3控制壓電陶瓷片B接收聲音觸發(fā)信號，VT3導(dǎo)通，VT4截止，晶閘管VS導(dǎo)通，H點(diǎn)亮；同時(shí)D整流壓降突然下降VT3保持低電壓，保持VS通，H亮后，C3經(jīng)電阻緩慢放電，直到不再維持VT4截止。HB傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管

光敏晶體管工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)。特點(diǎn)：響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)好、靈敏度高、可靠性高;廣泛應(yīng)用于可見光和遠(yuǎn)紅外探測，以及自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域和裝置。電梯平層用光電開關(guān)光電開關(guān)器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光敏二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它們都有一個(gè)P—N結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。為了提高轉(zhuǎn)換效率大面積受光，PN結(jié)面積比一般二極管大。硅光敏二極管結(jié)構(gòu)

注：發(fā)光二極管與光敏二極管不同，發(fā)光二極管利用固體材料發(fā)光（電致發(fā)光），材料不同發(fā)光顏色不同，是一種將電能光能的器件，加正向電壓時(shí)，在N-P的電子、空穴結(jié)合過程中發(fā)射一定頻率的光信號。工作時(shí)加正向電壓。①光敏二極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管+--++-傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器工作原理：光敏二極管在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)，無光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很??；有光照時(shí)，PN結(jié)處產(chǎn)生光生電子空穴對；在電場作用下形成光電流，光照越強(qiáng)光電流越大；光電流方向與反向電流一致。

光敏二極管基本電路

①光敏二極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管REDgI傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

基本特性：

光照特性圖是硅光敏二極管在小負(fù)載電阻下的光照特性。光電流與照度成線性關(guān)系。

光譜特性，當(dāng)入射波長＞0.9μm時(shí)響應(yīng)下降，因波長長光子能量小于禁帶寬度，不產(chǎn)生電子、空穴對；當(dāng)入射波長＜0.9μm時(shí)，響應(yīng)也逐漸下降，波長短的光穿透深度小，使光電流減小。8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管①光敏二極管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

伏安特性當(dāng)反向偏壓較低時(shí)，光電流隨電壓變化比較敏感，隨反向偏壓的加大，反向電流趨于飽和，這時(shí)光生電流與所加偏壓幾乎無關(guān)，只取決于光照強(qiáng)度。

溫度特性，由于反向飽和電流與溫度密切有關(guān)，因此光敏二極管的暗電流對溫度變化很敏感。

①光敏二極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

頻率響應(yīng):

光敏管的頻率響應(yīng)是指光敏管輸出的光電流隨頻率的變化關(guān)系。光敏管的頻響與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長等因素有關(guān)。圖中光敏二極管頻率響應(yīng)曲線說明，調(diào)制頻率高于1000Hz時(shí)，硅光敏晶體管靈敏度急劇下降。光敏二極管頻率響應(yīng)曲線

①光敏二極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

與普通晶體管不同的是，光敏晶體管是將基極—集電極結(jié)作為光敏二極管，集電結(jié)做受光結(jié)，另外發(fā)射極的尺寸做的很大，以擴(kuò)大光照面積。大多數(shù)光敏晶體管的基極無引線，無論NPN、PNP一般集電結(jié)加反偏。玻璃封裝上有個(gè)小孔，讓光照射到基區(qū)。8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管

②光敏三極管光敏晶極管結(jié)構(gòu)

NNPcbe傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器硅（Si）光敏晶體極管一般都是NPN結(jié)構(gòu)，光照射在集電結(jié)的基區(qū)，產(chǎn)生電子、空穴，光生電子被拉向集電極，基區(qū)留下正電荷（空穴），使基極與發(fā)射極之間的電壓升高，這樣，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電極，形成三極管輸出電流，使晶體管具有電流增益。—晶體管電流放大系數(shù)

②光敏三極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管在負(fù)載電阻RL上的輸出電壓為：

NNPcbe+-傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器所以光敏晶體管對光信號具有放大作用②光敏三極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管光敏晶體管伏安特性曲線光敏晶體管等效電路

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光敏晶體管的光譜特性硅材料的光敏管峰值波長在0.9μm附近（可見光）靈敏度最大；探測可見光或赤熱狀物體時(shí)波長短0.9μm一般都用硅管；鍺管的峰值波長約為1.5μm（紅外光）對紅外進(jìn)行探測時(shí)用鍺管較適宜。P134基本參數(shù)

光敏晶體管光譜特性

②光敏三極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光電轉(zhuǎn)換電路電視遙控器檢測電路100Ω電阻限流在15mA，開關(guān)閉合時(shí)復(fù)合管截止，LED不發(fā)光；用遙控器對準(zhǔn)光敏管按鍵，LED點(diǎn)亮?xí)r說明遙控器有紅外線發(fā)射。硅管壓降0.7V（兩只）1.5V/100Ω=15mA10K紅外100Ω復(fù)合管LED1.5V3VK1.5V②光敏三極管8.2光電器件

(4)光敏二極管和光敏三極管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光電池工作原理也是基于光生伏特效應(yīng)，可以直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。有光線作用時(shí)就是電源，太陽能電池，所以廣泛用于宇航電源，另一類用于檢測和自動(dòng)控制等。光電池種類很多，有硒光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵、氧化銅等等。硒、硅光電池轉(zhuǎn)換效率高、價(jià)廉；砷化鎵材料的光譜響應(yīng)與太陽光譜吻合、耐高溫和宇宙射線。8.2光電器件

(5)光電池（有源器件）光電池符號傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器太陽能手機(jī)充電器太陽能供LED電警示太陽能電池8.2光電器件

(5)光電池傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

結(jié)構(gòu)：光電池實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積PN結(jié)，上電極為柵狀受光電極，下面有一抗反射膜，下電極是一層襯底鋁，。原理：當(dāng)光照射PN結(jié)的一個(gè)面時(shí)，電子——空穴對迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢。一般可產(chǎn)生0.2V～0.6V電壓50mA電流。光電池結(jié)構(gòu)

光電池工作原理圖

8.2光電器件

(5)光電池光電池符號傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器①光照特性開路電壓—光生電動(dòng)勢與照度之間關(guān)系；開路電壓與光照度關(guān)系是非線性關(guān)系，開路電壓在照度2000lx趨于飽和，非線性。短路電流—光電流與照度之間關(guān)系稱短路電流曲線，短路電流是指外接負(fù)載相對內(nèi)阻很小時(shí)的光電流。實(shí)驗(yàn)證明，RL小線性范圍好，具體根據(jù)光照大小而定，通常RL≈100Ω作控制元件時(shí)當(dāng)電流源使用。光電池光照與負(fù)載的關(guān)系

光電池光照特性

8.2光電器件

(5)光電池RL傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器②光譜特性

光電池對不同波長的光靈敏度不同，硅光電池的光譜響應(yīng)峰值在0.8μm附近，波長范圍0.4～1.2μm。硅光電池可在很寬的波長范圍應(yīng)用。硒光電池光譜響應(yīng)峰值在0.5μm附近,波長范圍0.38～0.75μm。8.2光電器件

(5)光電池傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器③頻率特性

頻率特性指光電池相對輸出電流與光的調(diào)制頻率之間關(guān)系。硅、硒光電池的頻率特性不同，硅光電池頻率響應(yīng)較好硒光電池較差。所以高速計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換一般采用硅光電池作為傳感器元件。硅、硒光電池的頻率特性

④溫度特性⑤特性參數(shù)

P1378.2光電器件

(5)光電池傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.6V～0.7V，光電池的0.5V電壓起不到控制作用，可將兩個(gè)光電池串聯(lián)后接入基極，或用偏壓電阻、二極管產(chǎn)生附加電壓。有光照度變化時(shí)，引起基極電流Ib變化，集電極電流發(fā)生β倍的變化。電流Ic與光照近似線性關(guān)系。（應(yīng)用P145）光電池電路連接

光電池作為電源使用時(shí)的不同連接。需要高電壓時(shí)應(yīng)將光電池串聯(lián)使用；需要大電流時(shí)應(yīng)將光電池并聯(lián)使用。光電池電路連接

8.2光電器件

(5)光電池

光電池作為控制元件時(shí)作為電流源的形式應(yīng)用，通常接非線性負(fù)載，如接在基極控制晶體管工作。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器①PIN型硅光電二極管，高速光電二極管，響應(yīng)時(shí)間達(dá)1nS，適用于遙控裝置。②雪崩式光電二極管，具有高速響應(yīng)和放大功能，高電流增益，可有效讀取微弱光線，用于0.8μm范圍的光纖通信、光磁盤受光元件裝置。③光電閘流晶體管（光激可控硅），由入射光線觸發(fā)導(dǎo)通的可控硅元件。8.2光電器件

(6)其他光電管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器④達(dá)林頓光電三極管（光電復(fù)合晶體管），輸入是光電三極管，輸出是普通晶體管，增益大，I=Ig×I1I2

作驅(qū)動(dòng)。⑤光敏場效應(yīng)晶體管，具有靈敏度高、線性動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、輸出阻抗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于對微弱信號和紫外光的檢測。⑥半導(dǎo)體色敏傳感器，可直接測量從可見光到紅外波段的單色輻射波長。復(fù)合管I1I2I+8.2光電器件

(6)其他光電管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器⑦光電耦合器件

又稱光電隔離器（器件的光信號封閉）“光耦”器件由發(fā)光元件和接收光敏元件（光敏電阻、光敏二極管、晶體管等）集成在一起，發(fā)光管輻射可見光或紅外光，受光器件在光輻射作用下控制輸出電流大小。通過電——光、光——電，兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入輸出耦合。8.2光電器件

(6)其他光電管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器⑦光電耦合器件

“光耦”集成器件的特點(diǎn)：輸入輸出完全隔離，有獨(dú)立的輸入輸出抗，絕緣電阻在1萬兆以上。器件有很強(qiáng)的抗干擾能力和隔離性能，可避免振動(dòng)、噪聲干擾。特別適宜工業(yè)現(xiàn)場做數(shù)字電路開關(guān)信號傳輸、邏輯電路隔離器、計(jì)算機(jī)測量、控制系統(tǒng)中做無觸點(diǎn)開關(guān)等。8.2光電器件

(6)其他光電管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光電耦合器用于天然氣高壓點(diǎn)火器確認(rèn)電路P1458.2光電器件

(6)其他光電管傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器透射式，當(dāng)不透明物質(zhì)位于中間時(shí)會阻斷光路，接受器產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。反射式，光電開關(guān)的發(fā)射與接受器件光軸在同一平面上，以某一角度相交，交點(diǎn)處為待測點(diǎn)，當(dāng)有物體經(jīng)過待測點(diǎn)時(shí)，接受元件接收到物體表面反射的光線。光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形P139⑧光電開關(guān)

（由外部光信號控制）

8.2光電器件

(6)其他光電管器件由發(fā)光元件和接收光敏元件組成傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形P139⑧光電開關(guān)

8.2光電器件

(6)其他光電管光電開關(guān)基本電路RR+VCC傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器透射式反射式8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法小車行駛路線2003年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽題目：自動(dòng)尋跡小車傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法傳感器安裝位置自動(dòng)尋跡避障小車傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法紅外傳感器應(yīng)用障礙傳感器安裝位置速度傳感器安裝位置傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法自動(dòng)尋跡、避障自動(dòng)存儲記憶尋跡傳感器安裝位置

尋跡過程中的常見的情況傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

(7)光電器件的測量方法

反射式紅外傳感器工作原理和電路形式傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器電荷耦合器件，又稱CCD圖象傳感器，是一種大規(guī)模集成電路光電器件；電荷耦合器件具有光電轉(zhuǎn)換，信息存儲、轉(zhuǎn)移傳輸、處理以及電子快門等功能。特點(diǎn)：

1.集成度高、尺寸小、電壓低（DC7～12V）功耗小。

2.空間分辨率高，線陣分辨能力可達(dá)7μm，面陣分辨率在1000電視線以上；

3.光電靈敏度高，好的器件可達(dá)0.01lx；動(dòng)態(tài)范圍大，106：1；信噪比60-70dB；

4.可選模擬、數(shù)字不同輸出形式，便于和計(jì)算機(jī)連機(jī)。8.2光電器件

（8）電荷耦合器件（CCD）

Charge—CoupledDevices

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（8）電荷耦合器件該技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了各種視頻裝置的普及和微型化，應(yīng)用遍及航天、遙感、天文、通訊、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍用等各個(gè)領(lǐng)域。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器基于CCD光電耦器件的輸入設(shè)備：數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字相機(jī)、平板掃描儀、指紋機(jī)8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器圖象傳感器發(fā)展趨勢8.2光電器件

（8）電荷耦合器件高性能小容量廉價(jià)高容量專用顯示系統(tǒng)控制器在線動(dòng)態(tài)分析醫(yī)學(xué)低功耗空間設(shè)備汽車計(jì)算機(jī)顯示生物科學(xué)光學(xué)顯微鏡可視電話玩具條形碼識別傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

CCD基本結(jié)構(gòu)分兩部分：MOS光敏元陣列；

MOS（金屬—氧化物—半導(dǎo)體）讀出移位寄存器。電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千（萬）個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元又稱一個(gè)像素，在半導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣或面陣有規(guī)則地排列。CCD結(jié)構(gòu)示意圖

顯微鏡下的MOS元表面①CCD基本結(jié)構(gòu)和工作原理8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

一個(gè)MOS光敏元當(dāng)金屬電極上加正電壓時(shí)，由于電場作用，電極下P型硅區(qū)里空穴被排斥入地成耗盡區(qū)。對電子而言，是一勢能很低的區(qū)域，稱“勢阱”。有光線入射到硅片上時(shí)，光子作用下產(chǎn)生電子—空穴對，空穴被電場作用排斥出耗盡區(qū)，而光電子被附近勢阱（俘獲），此時(shí)勢阱內(nèi)吸的光子數(shù)與光強(qiáng)度成正比。一個(gè)MOS光敏元結(jié)構(gòu)

8.2光電器件

（8）電荷耦合器件

電荷存儲原理：①CCD基本結(jié)構(gòu)和工作原理傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器電荷存儲原理：一個(gè)MOS光敏元結(jié)構(gòu)

一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)元為MOS光敏元或一個(gè)像素，把一個(gè)勢阱所收集的光生電子稱為一個(gè)電荷包；CCD器件內(nèi)是在硅片上制作成百上千的MOS元，每個(gè)金屬電極加電壓就形成成百上千個(gè)勢阱，產(chǎn)生成百上千的電荷包；如果照射在這些光敏元上是一幅明暗起伏的圖象，那么這些光敏元就感生出一幅與光照度響應(yīng)的光生電荷圖象。這就是電荷耦合器件的光電物理效應(yīng)基本原理。8.2光電器件

（8）電荷耦合器件①CCD基本結(jié)構(gòu)和工作原理傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器265×180133×9066×4533×22分辨率（像素）不同的圖象比較8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光敏元上的電荷還需經(jīng)輸出電路輸出，而CCD電荷耦合器件是以電荷為信號而不是電壓電流作信號輸出的。讀出移位寄存器也是MOS結(jié)構(gòu)，由金屬電極、氧化物、半導(dǎo)體三部分組成。它與MOS光敏元的區(qū)別在于，半導(dǎo)體底部覆蓋了一層遮光層，防止外來光線干擾。讀出移位寄存器結(jié)構(gòu)8.2光電器件

（8）電荷耦合器件由三個(gè)十分鄰近的電極組成一個(gè)耦合單元；在三個(gè)電極上分別施加脈沖波Φ1Φ2Φ3，稱三相時(shí)鐘脈沖。

電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器）①CCD基本結(jié)構(gòu)和工作原理傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器t=t1時(shí)刻，Φ1電極下出現(xiàn)勢阱存入光電荷t=t2時(shí)刻，兩個(gè)勢阱形成大勢阱存入電荷t=t3時(shí)刻，Φ1中電荷全部轉(zhuǎn)移至Φ2。t=t4時(shí)刻，Φ2中電荷向Φ3勢阱轉(zhuǎn)移。t=t5時(shí)刻，Φ3電荷向下一個(gè)Φ1勢阱轉(zhuǎn)移讀出移位寄存器三相時(shí)鐘脈沖

8.2光電器件

（8）電荷耦合器件

電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器）傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器不同時(shí)刻勢阱深度變化，使電荷按設(shè)計(jì)好的方向，在時(shí)鐘脈沖控制下從寄存器的一端轉(zhuǎn)移到另一端。這樣一個(gè)傳輸過程，實(shí)際上是一個(gè)電荷耦合過程，所以稱電荷耦合器件，擔(dān)任電荷傳輸?shù)膯卧Q移位寄存器。8.2光電器件

（8）電荷耦合器件

電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器）電荷信息轉(zhuǎn)移原理傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器輸出結(jié)構(gòu)：在CCD陣列的末端制作（擴(kuò)散）一個(gè)N+區(qū)，形成反向偏置二極管，收集信號電荷控制A點(diǎn)電位變化，二極管反偏形成一個(gè)深勢阱，轉(zhuǎn)移φ3電極下的電荷包越過輸出柵OG，電荷包流入勢阱中，在負(fù)載電阻RL形成輸出電流I0

，輸出電流I0與電荷成正比。擴(kuò)散區(qū)收集的信號控制放大管VT2的電位：②電荷耦合器信號輸出方式8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器CCD信號電荷的輸出的方式主要有電流輸出、電壓輸出兩種,以電壓輸出型為例：有浮置擴(kuò)散放大器（FDA）、浮置柵放大器（FGA）由浮置擴(kuò)散區(qū)收集的信號電荷來控制放大管VT2的柵極電位：式中，為浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)上的總電容。②電荷耦合器信號輸出方式8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

輸出信號電壓為

：式中，為MOS管VT1柵極與源極之間的跨導(dǎo)。復(fù)位管VT1導(dǎo)通，VT2的溝道抽走浮置擴(kuò)散區(qū)的剩余電荷，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期信號到來如此循環(huán)下去。

單溝道CCD驅(qū)動(dòng)8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器CCD器件的物理性能可以用特性參數(shù)來描述內(nèi)部參數(shù)描述的是CCD存儲和轉(zhuǎn)移信號電荷有關(guān)的特性,是器件理論設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；外部參數(shù)描述的是與CCD應(yīng)用有關(guān)的性能指標(biāo)主要包括以下內(nèi)容：電荷轉(zhuǎn)移效率、轉(zhuǎn)移損失率、工作頻率、電荷存儲容量、靈敏度、分辨率。③CCD的特性參數(shù)8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

（8）電荷耦合器件CCD器件分為線陣CCD和面陣CCD，結(jié)構(gòu)上有多種不同形式，如單溝道CCD、雙溝道CCD、幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD、行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD。④CCD器件CCD器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

線陣CCD結(jié)構(gòu)線陣CCD傳感器是由一列MOS光敏元和一列移位寄存器并行構(gòu)成。光敏元和移位寄存器之間有一個(gè)轉(zhuǎn)移控制柵，1024位線陣，由1024個(gè)光敏元1024個(gè)讀出移位寄存器組成。讀出移位寄存器的輸出端Ga將存儲的電荷信息一位位輸出。單溝道CCD結(jié)構(gòu)④CCD器件8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器電荷輸出控制光敏元曝光時(shí)——光積分，金屬電極加正向脈沖電壓φp，光敏元吸收光生電荷，積累很快結(jié)束；轉(zhuǎn)移控制柵加轉(zhuǎn)移脈沖φT，轉(zhuǎn)移控制柵打開，光敏元俘獲的光生電荷經(jīng)轉(zhuǎn)移控制柵耦合到移位寄存器；這是一并行輸出過程，轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉；接著三個(gè)時(shí)鐘脈沖Φ1Φ2Φ3工作，讀出移位寄存器的輸出端Ga一位位輸出信息，這一過程是一串行輸出過程。單溝道CCD結(jié)構(gòu)電荷輸出控制波形④CCD器件——線陣CCD結(jié)構(gòu)8.2光電器件

（8）電荷耦合器件

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器64位線陣CCD結(jié)構(gòu)8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器面陣電荷耦合器（二維）面型CCD是把光敏元件排列成二維矩陣形式，主要用于攝象機(jī)及測量技術(shù)傳輸讀出結(jié)構(gòu)有不同類型，基本構(gòu)成有：線轉(zhuǎn)移方式幀轉(zhuǎn)送方式（FrameTransferCCD）行間轉(zhuǎn)送方式（InterLineTransferCCD）

P143圖8-288.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器對不同型號的CCD器件而言，其工作機(jī)理是相同的。不同型號的CCD器件具有完全不同的外型結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)時(shí)序，在實(shí)際使用時(shí)必須加以注意。我們可以通過器件供貨商或直接向生產(chǎn)廠家索取相關(guān)資料，為CCD器件的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

⑤典型的CCD器件8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器以TCD142D型CCD為例做簡單介紹，其它型號的器件大同小異。TCD142D是一種具有2048位像元的兩相線陣CCD器件，TCD142D有22個(gè)引腳，其中12個(gè)是空腳；Φ1A、Φ2A、Φ1B、Φ2B時(shí)鐘端，ΦSH轉(zhuǎn)移柵，ΦRS復(fù)位柵，SS地，NC空閑。OS為信號輸出端，DOS為補(bǔ)償輸出端，

TCD142D引腳

TCD142D結(jié)構(gòu)示意圖

8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

TCD142D的驅(qū)動(dòng)電路可分為兩部分：一部分是脈沖產(chǎn)生電路；另一部分是驅(qū)動(dòng)電路。脈沖電路產(chǎn)生ΦHS、Φ1、Φ2、ΦRS四路脈沖，由非門及晶體振蕩器構(gòu)成的晶體振蕩電路輸出頻率為4MHz方波；8.2光電器件

（8）電荷耦合器件經(jīng)JK觸發(fā)器分頻，得到頻率為2MHz的方波，將4MHz與2MHz脈沖相與，形成ΦRS脈沖。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器TCD142D驅(qū)動(dòng)電路

8.2光電器件

（8）電荷耦合器件將ΦRS經(jīng)JK觸發(fā)器分頻，產(chǎn)生頻率為1MHz的Φ1脈沖，Φ1脈沖送入分頻器；經(jīng)譯碼電路產(chǎn)生轉(zhuǎn)移脈沖ΦSH并且使ΦSH周期TSH＞1061μs；

將ΦSH和Φ1相與產(chǎn)生Φ2,Φ1=Φ2，至此就產(chǎn)生了四路脈沖。將這四路脈沖經(jīng)反相器反相，再經(jīng)阻容加加速電路送至H0026驅(qū)動(dòng)器，放大至一定量以后用以驅(qū)動(dòng)TCD142D。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器CCD傳感器應(yīng)用時(shí)是將不同光源與透鏡、鏡頭、光導(dǎo)纖維、濾光鏡及反射鏡等各種光學(xué)元件結(jié)合，主要用來裝配輕型攝像機(jī)、攝像頭、工業(yè)監(jiān)視器。CCD應(yīng)用技術(shù)是光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的高新技術(shù)，作為一種非常有效的非接觸檢測方法，CCD被廣泛用于在線檢測尺寸、位移、速度、定位和自動(dòng)調(diào)焦等方面。CCD誕生后，首先在工業(yè)檢測中制成測量長度的光電傳感器，物體通過物鏡在CCD光敏元上造成影像，利用CCD測量幾何量，CCD輸出的脈沖表征測量工件的尺寸或缺陷；例如用CCD識別集成電路焊點(diǎn)圖案，代替光點(diǎn)穿孔機(jī)的作用；用于傳真技術(shù)，文字、圖象識別。自動(dòng)流水線，機(jī)床、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)監(jiān)視裝置、指紋機(jī)。⑥CCD傳感器的應(yīng)用8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器線陣CCD進(jìn)行工件尺寸測量實(shí)例1：

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

測量拉絲過程中絲的線徑、軋鋼的直徑、機(jī)械加工的軸類或桿類的直徑等等，這里以玻璃管直徑與壁厚的測量為例。玻璃管CCD視頻信號

實(shí)例2：8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器測量原理:在熒光燈的玻璃管生產(chǎn)過程中，總是需要不斷測量玻璃管的外圓直徑及壁厚，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)整，以便提高產(chǎn)品質(zhì)量。玻璃管的平均外徑φ12mm,壁厚1.2mm,要求測量精度為外徑±0.1mm,壁厚±0.05mm。利用CCD配合適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，對玻璃管相關(guān)尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，用平行光照射玻璃管，成像物鏡將尺寸影像投影在CCD光敏像元陣列面上。實(shí)例2：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器由于玻璃管的透射率分布的不同，玻璃管成像的兩條暗帶最外邊界距離為玻璃管外徑大小，中間亮帶反映了玻璃管內(nèi)徑大小，而暗帶則是玻璃管的壁厚成像。成像物鏡的放大倍率為β，CCD相元尺寸為t，上壁厚、下壁厚分別為n1、n2，外徑尺寸的脈沖數(shù)（即像元個(gè)數(shù)）為N，測量結(jié)果有：

分別為上壁厚、下壁厚，外徑尺寸。

實(shí)例2：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器CCD固態(tài)圖像傳感器作為攝像機(jī)或像敏器件，取代攝像裝置的光學(xué)掃描系統(tǒng)（電子束掃描），與其它攝像器件相比，尺寸小、價(jià)廉、工作電壓低、功耗小，且不需要高壓;作為機(jī)器人視覺系統(tǒng)；

M2A攝影膠囊（Mouthanus）由發(fā)光二極管做光源，CCD做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門，6小時(shí)后排除體外，可拍攝2萬多張圖片，信號發(fā)射到存儲器，存儲器取下后接入計(jì)算機(jī)將圖像進(jìn)行下載。M2A膠囊CCD在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用⑥CCD傳感器的應(yīng)用8.2光電器件

（8）電荷耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光導(dǎo)纖維——簡稱光纖

光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù)，光纖最早用于通訊，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器得到進(jìn)一步發(fā)展。與其它傳感器相比較，光纖傳感器有如下特點(diǎn)：不受電磁干擾，防爆性能好，不會漏電打火；可根據(jù)需要做成各種形狀，可以彎曲；可以用于高溫、高壓、絕緣性能好，耐腐蝕。8.3光纖傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.3光纖傳感器

（1）光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

①光纖結(jié)構(gòu)：主要由三部分組成中心——纖芯；外層——包層；護(hù)套——尼龍料。

光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)，纖芯折射率N1略大于包層折射率N2（N1＞N2）?；静捎檬⒉Ａ?，有不同摻雜傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光纖的傳播基于光的全反射原理。當(dāng)光線以不同角度入射到光纖端面時(shí)，在端面發(fā)生折射后進(jìn)入光纖；光線在光纖端面入射角θ減小到某一角度θc時(shí)，光線全部反射。光線全部被反射時(shí)的入射角θc稱臨界角，只要θ＜θc，光在纖芯和包層界面上經(jīng)若干次全反射向前傳播，最后從另一端面射出。

8.3光纖傳感器

（1）光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

②光纖的傳光原理：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器為保證全反射，必須滿足全反射條件（即θ＜θc）由斯乃爾（Snell）折射定律可導(dǎo)出，外介質(zhì)折射率為n0射入纖芯時(shí)實(shí)現(xiàn)全反射的臨界入射角為：

空氣中

可見，光纖臨界入射角的大小是由光纖本身的性質(zhì)（N1、N2）決定的，與光纖的幾何尺寸無關(guān)。8.3光纖傳感器

（1）光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

②光纖的傳光原理：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.3光纖傳感器

（2）光纖的性能（幾個(gè)重要參數(shù)）

①數(shù)值孔徑（NA）臨界入射角θc的正弦函數(shù)定義為光纖的數(shù)值孔徑.

空氣中：NA意義討論：NA表示光纖的集光能力，無論光源的發(fā)射功率有多大，只要在2θc張角之內(nèi)的入射光才能被光纖接收、傳播。若入射角超出這一范圍，光線會進(jìn)入包層漏光。一般NA越大集光能力越強(qiáng)，光纖與光源間耦合會更容易。但NA越大光信號畸變越大，要選擇適當(dāng)。產(chǎn)品光纖不給出折射率N只給數(shù)值孔徑NA，石英光纖的數(shù)值孔徑一般為：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光纖模式是指光波沿光纖傳播的途徑和方式，不同入射角度光線在界面上反射的次數(shù)不同。光波之間的干涉產(chǎn)生的強(qiáng)度分布也不同，模式值定義為：

式中：α為纖芯半徑；為入射波長。8.3光纖傳感器

（2）光纖的性能（幾個(gè)重要參數(shù)）

②光纖模式（V）傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器模式討論：模式值越大，允許傳播的模式值越多。在信息傳播中，希望模式數(shù)越少越好，若同一光信號采用多種模式會使光信號分不同時(shí)間到達(dá)多個(gè)信號，導(dǎo)致合成信號畸變。模式值V小，就是α值小，即纖芯直徑小，只能傳播一種模式，稱單模光纖。單模光纖性能最好，畸變小、容量大、線性好、靈敏度高，但制造、連接困難。除單模光纖外，還有多模光纖（階躍多模、梯度多模），單模和多模光纖是當(dāng)前光纖通訊技術(shù)最常用的普通光纖。8.3光纖傳感器

（2）光纖的性能（幾個(gè)重要參數(shù)）

②光纖模式（V）傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光纖在傳播時(shí)，由于材料的吸收、散射和彎曲的輻射損耗影響，不可避免的要有損耗，用衰減率A表示：

在一根衰減率為10dB/Km的光纖中，表示當(dāng)光纖傳輸1Km后，光強(qiáng)下降到入射時(shí)的1/10。

8.3光纖傳感器

（2）光纖的性能（幾個(gè)重要參數(shù)）

③傳播損耗（A）傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光纖目前可以測量70多種物理量，光纖的類型較多，大致可分為功能型和非功能型兩類。

8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器光纖傳感器進(jìn)行產(chǎn)品檢測動(dòng)畫傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器這類傳感器利用光纖本身對外界被測對象具有敏感能力和檢測功能，光纖不僅起到傳光作用，而且在被測對象作用下，如光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了被測信息。

8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器FF

（FunctionFibreOptilSensor）①功能型（又稱傳感型）傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器分束器1把激光器的輸出光束分成兩部分，經(jīng)上、下光路的傳輸后又重新合路，使其在光檢測器處互相干涉。這種干涉儀靈敏度，可精確到10-13nm。但實(shí)現(xiàn)非常困難，限制在實(shí)驗(yàn)室工作。馬赫——澤德干涉儀傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光纖干涉?zhèn)鞲衅鲙坠锕饴穼饫w是容易實(shí)現(xiàn)的，在光源和檢測器之間，干涉儀只含光纖元件，換能把被測量轉(zhuǎn)換成光束的相位變化，利用集成和光電技術(shù)可把所有元件裝入一個(gè)很小裝置內(nèi)與光纖對接耦合。光纖干涉?zhèn)鞲衅髟?/p>

各種光纖耦合器

8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器馬赫——澤德光纖干涉儀原理傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器傳光型光纖傳感器的光纖只當(dāng)作傳播光的媒介，待測對象的調(diào)制功能是由其它光電轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器②非功能型（又稱傳光型）NFF（Non-FunctionFibreOptilSensor）傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器利用半導(dǎo)體材料的能量隙隨溫度幾乎成線性變化。敏感元件是一個(gè)半導(dǎo)體光吸收器，光纖用來傳輸信號。當(dāng)光源的光強(qiáng)度經(jīng)光纖達(dá)到半導(dǎo)體薄片時(shí)，透過薄片的光強(qiáng)受溫度的調(diào)制溫度T升高，半導(dǎo)體禁帶寬度Eg變化，材料吸收光波長向長波移動(dòng)，半導(dǎo)體薄片透過的光強(qiáng)度變化。

8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器光纖溫度傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器利用光纖實(shí)現(xiàn)無接觸位移測量。光源經(jīng)一束多股光纖將光信號傳送至端部，并照射到被測物體上。另一束光纖接受反射的光信號，并通過光纖傳送到光敏元件上。被測物體與光纖間距離變化，反射到接受光纖上，光通量發(fā)生變化。再通過光電傳感器檢測出距離的變化。

8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器反射式光纖位移傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

反射式光纖位移傳感器一般是將發(fā)射和接收光纖捆綁組合在一起，組合的形式有不同，如：半分式、共軸式、混合式混合式靈敏度高，半分式測量范圍大。8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器反射式光纖位移傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器工作原理：由于光纖有一定的數(shù)值孔徑，當(dāng)光纖探頭端緊貼被測物體時(shí)，接收光敏元件無光電信號；被測物體逐漸遠(yuǎn)離光纖時(shí)接收光纖照亮的區(qū)域B2越來越大；當(dāng)整個(gè)接收光纖被照亮?xí)r，輸出曲線達(dá)到光峰值；被測體繼續(xù)遠(yuǎn)離時(shí)部分光線被反射光信號減弱，曲線下降。

8.3光纖傳感器

(3)光纖傳感器反射式光纖位移傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.3光纖傳感器