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机、电类《传感器与检测技术项目教程》模块八、光学量检测 课件统一书号：ISBN 978-7-111-48817-0课程配套网站或 2015年2月第1版 内容简介 本模块介绍“光学量” 的基本概念、各种光电元件，例如：紫外光电管、光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光电池，介绍各种光电元件的应用。还介绍了光导纤维传感器及其应用。 模块八、光学量检测（下） 目录 光幕应用（续） 光幕应用（续） 光幕应用（续） 光幕应用（续） 光幕应用（续） 光幕应用（续） 光幕应用（续） 光幕应用（续） 二、带材的边缘位置宽度的测量 图8-37 光敏二极管线阵在带材宽度检测中的应用 1－平行光源（光幕） 2－狭缝 3－被测钢板带材 4－光敏二极管阵列 宽度 L=x0+x3+x4 三、光电式带材跑偏检测器 在带材生产线上，由于带材横向厚度及压辊压力不均等原因，导致带材边缘或纵向标志线与加工机械的中心线不平行或不重合，从而发生带材横向运行偏差，称为“跑偏”。需要以带材边缘纵向为基准，实行边缘位置控制，称为“纠偏”。 图8-38 光电式边缘位置检测纠偏原理图 a）原理示意图 b）光电检测装置 c）测量电路 1－被测带材 2－开卷电动机 3－卷取辊 4－伺服液压缸 5－活塞 6－滑台 7－光电边缘位置检测传感器 8－LED光源 9－扩束透镜 10－平行光束透镜 11－汇聚透镜 12－测量光电池 13－温度补偿光电池 14－遮光罩 15－跑偏指示 图8-38 光幕用于纠偏 光电式带材跑偏测控系统指标 带钢最大传送速度：10m/s 纠偏最大动态范围：±100mm 纠偏误差：±0.5mm 跑偏检测传感器响应时间：≤100μs 液压比例伺服阀响应时间：≤50ms 伺服液压缸最大驱动速度：20mm/s 电液伺服最大推力：6×104 N （可按需要配置液压系统） 环境工作温度：-20～70℃ 光电式带材跑偏的光电检测装置 1－带材 2－边缘位置 检测传感器 3－电源及信号 线连接座 带材纠偏系统 带材纠偏系统（续） 拓展阅读 光导纤维传感器及应用 光导纤维简称光纤，是以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有能把光封闭在其中并沿轴向进行传播的特征。目前好的光纤的损耗已优于0.1dB/km。 由光源、光纤及接收器组成的传感器称为光纤传感器。光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、防雷电击、防燃防爆、绝缘性好、柔韧性好、耐高温、重量轻等特点。 不存在一次仪表与二次仪表之间接地的麻烦，所以特别适合在狭小的空间、强电磁干扰和高电压环境或在潮湿的环境中工作。 光的全反射演示 图8-41 光纤的损耗 1－折射 2－全反射 3－散射 各种装饰性光导纤维 传导光线用的光导纤维 光纤的拉制 “光导纤维内窥镜”可实现探头360°全方位旋转。耐磨，耐腐蚀，探头装有高亮度多组LED照明光源，可以用于管道检测或医学检测。 一、光纤的基本概念 当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时,一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面,在另一介质内传播。 光线的在两种介质界面的反射与折射 图8-39 光线的在两种介质 界面的反射与折射 a）θ1＞θc时的情况 b）θ1=θc时的情况 c）θ1＜θc时的情况 光的全反射 当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，就可能将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角θc。当入射角小于θc时，入射光线将发生全反射。 光纤的结构 图8-40 光纤的结构 1－纤芯 2－包层 3－缓冲层 4－加强层 5－PVC外套 光纤的结构（续） 多股光纤的结构 光在光纤中的全反射 光纤的类型 a）阶跃型 b）梯度型 c）单孔型型 光纤的类型（续） 阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。 典型多模光纤：50/125um、62.5/125 μm（前者为纤芯直径，后者为纤芯+包层直径） 梯度型光纤 梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。 单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米），接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。 与光纤耦合的电光与光电转换器件 实现电光转换的元件通常是发光二极管或 激光二极管。 与光纤耦合的“电光”与“光电”转换器件 1－发射光纤 2－接收光纤 光纤耦合器(Coupler)又称分歧器、连接器、适配器、法兰盘，用于实