光学感测器的种类.ppt

光學感測器的種類 光學感測器的定義 光學感測器是利用光敏元件將 光訊號轉換為電訊號的感測 器。現在常用光敏元件的感應 波長在可見光波長附近﹐如紅 外線波長和紫外線波長。光學感 測器不只是應用於光的測量﹐ 更常用於作為探測元件﹐組成 其它類型的感測器﹐對非電量 （如溫度等）進行檢測﹐只要 將這些非電量轉換為光訊號的 變化﹐便可實現對非電量的檢 測。圖是光學感測器的實物 圖。 光學感測器可分為: 1.紅外線感測器 2.紫外線感測器 3.光纖感測器 4.色彩感測器 5.CCD圖像感測器 紅外線感測器 紅外線感測器採用熱電型紅外線光敏元件和量子型紅外線光敏元件來製作。我們常用來作防盜報警﹑來客告知和非接觸開關等。紅外線領域的熱釋電紅外線感測器就是採用熱電型紅外線光敏元件來製作。它採用的基本原理是熱釋電效應﹐即當一些晶體受熱時﹐在晶體的兩端將會產生數量相等的但正負相反的電荷﹐產生電極化現象。在熱電型紅外線光敏元件兩端並聯上電阻﹐當元件受熱時﹐電阻上就有電流通過﹐在電阻的兩端就能得到電壓訊號。 紅外線感測器的用途 紫外線感測器 紫外線感測器是一種專門用來檢測紫外線的光電器件。它對紫外線特別敏感﹐尤其對木材﹑化纖織物﹑紙張﹑油類﹑塑料橡膠和可燃氣體等燃燒時產生的紫外光反應特別強烈。其工作原理如圖所示。紫外線感測器的陰極和陽極之間加有電壓﹐當紫外線透過石英玻璃管照在陰極時﹐由於陰極上涂敷有電子放射物質﹐陰極就會發射光電子﹐在強電場的作用下﹐光電子被吸向陽極﹐光電子高速運動時與管內的氣體分子相碰撞而使氣體分子電離﹐氣體電離產生的電子再與氣體分子相碰撞﹐最終使陰極和陽極間被大量的光電子和離子所充斥﹐引起光放電現象﹐電路中形成很大的電流。 紫外線感測器的應用 近年來，由於新需求的出現，紫外線探測引起了人們的極大關注。民用及軍用產業都需要有更好的紫外線探測儀器，以用於引擎控制、太陽紫外線監測、光源校正、紫外光天文學、火焰感測器、導彈羽流檢測以及空對空安全通信等應用。這些應用由於其具有高精密性、低功耗及高穩定性等特點，故半導體元件是紫外線感測器的最佳選擇。儘管這些元件對可見及紅外光也很敏感，且在高能輻射下容易老化，但成熟的矽製程可為紫外線探測提供廉價而又高效的解決方案。 光纖感測器 光纖感測器是利用光纖，將光源所產生的光波導引至待測區，待測區中物理量，如應力／應變、溫度、折射率…，的變化將造成光波特性的變化，分析光波特性的改變，即可推得待測區中物理量之變化。由於光纖具有徑細質輕，訊息在其中傳遞，有高頻寬、不受電磁場干擾、同一光纖多點量測等優點，光纖目前已有廣泛應用於航太、醫學、化學…等各領域，至於工程量測，也有在航太結構的研究，嘗試將光纖埋入機身各部，形成可即時監控的智慧型結構，以增加航空器飛行的安全，或是將光纖鑲埋在橋樑及建築結構體中，作為即時的安全監控系統。 光纖的基本構造 光纖的基本構造如圖一所示，光纖本質上是一軸對稱圓柱結構的光波導（optical waveguide），由軸心往徑向，大致上可依折射率的不同分成纖核（core）、纖殼（cladding）及外面作為保護的纖衣（coating）三層。其中纖核的直徑，依光纖種類的不同，約略為8～62.5 μm，而纖殼大小的範圍則在100～200μm間。事實上，纖核和纖殼為光纖傳遞光線的基本要件。但為能應用於各種不同的嚴苛環境中，故光纖一般除了在纖殼外層塗佈上約200～1000μm不等的聚合物（polymer）材質作為保護外，最後再使用尼龍製成的外皮包覆做成商用光纖，或依使用上的需求，將八、十六甚至三十二蕊的光纖製成光纜。 光纖感測器的類型 依不同的調變機制，光纖感測器可分成很多類型。然而這些不同的類型，如依感測調變作用發生的地點劃分，則可簡單地分成三大類，分別是：(1)「非本質型」；(2)「本質型」和介於這兩者間的(3)Evanescent型。 所謂「非本質型」或Extrinsic感測方式，是指光波被光纖導引至待測區後，暫時離開光纖，被外在環境調制，然後再耦合進光纖中，傳遞至訊號處理儀器，進行解讀。換言之，光纖的角色僅為訊號傳輸線，不參與感測作用。 Evanescent 型感測器是利用光纖受到環境的影響而導致在其內傳輸的光能量逸出或損失，從而推導該待測環境參數，在此型感測器雖與非本質型感測器同樣牽涉到光能量離開光纖，但調變機制在光纖內發生，逸出光纖的光能量不再導入光纖，光纖的角色不僅為訊號傳輸線，同時也是感測元件。 在「本質型」或Intrinsic感測器中，光波基本不離開光纖，外在環境的改變造成光纖內部特性的改變，從而影響光波的某些特性（如波長） 光纖各種調變機制，最後所量測的訊號為光能量的強度。如前所述，光纖本身的彎曲本來就會導致光能量的衰減。此外，光源的不穩定及接頭狀況的變化等皆會導