传感技术及应用9光电式传感器.ppt

热辐射光源 气体放电光源 电致发光器件 激光器 一、热辐射光源 原理：热物体都会向空间发出一定的光辐射 特点：物体温度越高，辐射能量越大 代表：白炽灯、卤钨灯 结构 70年代发展起来，发展自MOS器件 MOS光敏单元阵列 读出移位寄存器 用途：广泛用于图像识别、传输；典型应 用：摄像机固态图像拾取。 1）MOS光敏单元 5、位置 敏感器件（Position Sensitive Detector-PSD） 分类：一维、二维。 一、概述 二、工作原理 光学码盘式传感器是用光电方法把被测角位移转换成以数字代码式表示的电信号的转换部件。 下图是工作原理示意图。 1-光源；2-柱面镜；3-码盘；4-狭缝；5-元件。 三、码盘和码制 2、误差问题 1） 编码器的精度取决于码盘的精度，分辨率则决定于码道的数目。 措施：需要增大码盘的尺寸以容纳更多的码道 （对工艺提出很高要求） 2）同步困难：相邻两码之间若有一个码道提前或延后，会造成读码误差。 解决措施 ：a、编码技术； b、扫描技术 3、循环码盘 右图为6位循环码码盘。 （1）n位循环码有2n种不同 编码； （2）循环码为无权码； （3）循环码码盘相邻区域 的编码只有一位变化。 十进制数、直接二进制码和循环码对照表 四、应用 光学码盘测角原理 五、产品 ？思考题 为什么BCD码制的码盘会产生误差？ 循环码的特点。 一个10码道的循环码码盘，其最小分辨力为多少？ 一、光纤传感器的基本知识 1. 光纤的结构 2. 光纤的分类 1）按折射率分布 阶跃型光纤传光示意图 光纤传感器的基本结构 四、产品 光栅定义：在玻璃（或金属）上进行刻划，可得到一系列密集刻线，这种具有周期性的刻线分布的光学元件称为光栅。 特点：1）精度高；2）大量程测量兼有高分辨力；3）可实现动态测量；4）具有较强的抗干扰能力。 测量领域：主要是几何量（线位移和角位移）测量。其它包括振动、速度、应力、应变等。 （如数控机床上的线位移和角位移量，用来进行自动控制） 2、 亮带与暗带之间的距离B 3、莫尔条纹的特点 光学放大作用：由上式可知，虽然光栅常数W很小，但只要调整夹角θ，即可得到很大的莫尔条纹的宽度B，起了放大作用。 放大倍数： 光学概念上的每毫米刻线要刻很多条，由于栅距很小，不易观察，但形成的莫尔条纹却清晰可见。 均衡误差作用 由大量栅线共同形成的莫尔条纹对光栅栅线的刻线误差有均衡作用，提高了测量精度。 连续变倍作用 光栅的栅距是固定的，不同的倾斜角θ将可获得相应宽度的莫尔条纹，当θ连续变化时，考虑到光学放大作用，莫尔条纹的宽度也是连续变倍地变化。因此，可用改变θ的大小来选择任意粗细的莫尔条纹。 三、光栅传感器测量位移的原理 1、组成：光源、主光栅、指示光栅和光电器件 光电元件输出电压与光栅的位移量x成正弦函数关系 3、细分技术 目的：精密测量中，为测量比一般栅距更小的位移量。 思路1：使光栅具有很高的刻线密度。 困难：技术工艺上难以实现 思路2：细分技术 在莫尔条纹变化一周期时，不只输出一个脉冲，而是输出若干个脉冲（一般是4个），以提高分辨率。 措施：机械细分和电子细分 四、产品 五、应用介绍 a b c d e f g x U U0 Um 2、工作原理： 第八章 光电式传感器 通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号，如图所示。 其电压为： 式中：U0为输出信号的直流分量； Um为输出信号幅值；W为栅距。 由上式可知，利用光栅可以测量位移量x的值。当位移量变化一个栅距W 时，其输出U变化一个周期，若对输出正弦信号整形成变化一个周期输出一个脉冲，则脉冲数与移过的栅距数是一一对应的 第八章 光电式传感器 第八章 光电式传感器 第八章 光电式传感器 2）非功能型（或称传光型）光纤传感器 光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。 信号处理 光受信器 敏感元件 光发送器 光纤 3）拾光型光纤传感器 用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光