沈航传感与测试技术3.4光电式剖析.ppt

* * 常用传感器 传感器定义、组成及分类　 电参量型传感器 电量型传感器 光电式传感器 光纤传感器 数字式传感器 * * 光电式传感器(Photoelectric Sensor)是以光电器件作为转换元件的传感器总称。用来测量直接引起光量变化的其他非电量；也可用来测量能转换成光量变化的其他非电量。 概述 光电传感器的组成 光源 光电器件 光电传感器及其应用 新型光电器件 光电式传感器 * * 概 述 传统电测传感器与光电式传感器的区别： 特征:以光电器件作为转换元件。 被测量 敏感元件 电参量/电量 转换元件 导线 导线 非电物理量 被测量 被测对象 /光调制器 电参量/电量 导线 被测介质、 空气或光导纤维 光信号 传统电测传感器： 光电式传感器： 光电器件 各种实现机-电 转换传感器 各种实现光-电 转换传感器 * * 概 述 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。 光电传感器的工作原理 ——光电效应 1887年，赫兹在做证实麦克斯韦的电磁理论的火花放电实验时，偶然发现了光电效应。 1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。 * * 光电效应分为：外光电效应和内光电效应。 外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。 内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。 概 述 光电传感器的工作原理 ——光电效应分类 光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关，而与光强无关。 * * 光电式传感器的一般主要包括光源、光通路、光电器件和测量电路四个部分。 光电传感器的组成 测量电路 光源 光通路 光电器件 被测量x1 被测量x2 光量 电参量 或电量 光量 电量输出 图3.67 光电式传感器的组成 被测体或 人造光源 各种光调制器 实现光-电 转换器件 对光电器件输出 的电信号进行 放大或转换， * * 光是电磁波谱中的一员，光电式传感器使用的光的波长范围处在紫外至红外之间的区域，一般为可见光和近红外光。 工程检测中的光源，由各种发光器件产生，或是物体的辐射光。利用物体在不同温度下的辐射光的强度和频谱特性不同进行测温的方法，称辐射测温法。 工程上常见的人造光源按其工作原理不同，可分为热辐射光源、气体放电光源、电致发光光源和激光光源。 光 源 * * 热辐射光源 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源。物体升温越高，辐射能量越大，辐射光谱的峰值波长也就越短。例如钨丝白炽灯和卤钨灯。 特点：光谱线丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；发热大；寿命短；易碎，电压高，危险。 气体放电光源 利用电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光的原理制成的光源。如碳弧、低压水银弧、钠弧、氙弧灯等。 特点：效率高，省电，功率大；含有丰富的紫外线和频谱；容易污染环境，玻璃易碎，发光调制频率较低。 光 源 * * 3. 电致发光光源 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象，它是将电能直接转换成光能的过程。如发光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。 特点：体积小，属固体光源，耐振动；无辐射，无污染；功耗低；寿命长；响应快；供电电压低；成本低。 4. 激光光源 某些物质的分子、原子、离子在特定频率的光子激发下，高能粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率相同的光子(受激发射)。具有光的受激辐射放大功能的器件称为激光器。如各种固体激光器、气体激光器、半导体激光器、液体激光器等。 特点：频率单纯、能量高度集中的光，具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等。 光 源 * * 调制(modulation)：使一个信号（载波）的某些参数在另一信号（调制信号）的控制下发生变化的过程。 光调制：使载波光波的参数随外加信号变化而变化的过程。光调试过程就是将一携带信息的信号叠加在载波光波上，完成这一过程的器件叫做调制器。 解调(demodulation)：从已调制波中恢复出调制信号的过程。 光的解调：将载波光携带的信号转换的强度变化，然后由光电探测器进行检测。光的解调过程通常是将载波光携带的信号转换成光强度变化，然后由光电器件进行检测。 光调制技术包括光强度调制、光频率或波长调制、光相位调制和光偏振态调制。其中光强度调制是最常用的调制技术。 光调制 * * 光电器件的作用是将光信号转变为电信号。光电器件的基于光电效应工作的。 光电效应及其典型器件 所谓光电效应是指物体吸收了光能后产生的电效应。 光电器件 光电效应 外光电效应 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 * * 光电效