《传感器与检测技术》第八章光电式传感器选编.ppt

第八章 光电式传感器技术 ;光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。 光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，它是构成光电式传感器最主要的部件。 光电器件响应快、结构简单、使用方便，而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中，应用非常广泛 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 被测量的变化引起的光信号的变化可以是光源的变化、也可以是光学通路的变化、或者是光电元件的变化。 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在检测和控制领域内得到广泛应用。;第一节 光电效应与光电传感器 ;一、光电效应 ;2．光电效应的分类 ;3．光电效应的特性;二、光电元件;（1）光电管;（2）光电倍增管;（3）光电管的特性;2．光敏电阻 ;（2）光敏电阻的结构;（3）光敏电阻的主要参数 ;（4）光敏电阻的基本特性 ;2）光照特性（光电特性）3）光谱特性;4)光敏电阻的频率特性 光电导的弛豫现象 :光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后，光敏电阻有时延特性 ;5）温度特性 ;3.光敏二极管和光敏晶体管 ;（1）光敏二极管;（2）光敏晶体管;（3）基本特性 ;２）伏安特性;3）光照特性 4）温度特性;5）频率响应 具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流（或负载上的电压）随频率的变化关系。 ;4．光电池;（2）基本特性 1）光谱特性 2）光照特性 3）频率特性：指输出电流随调制光频率变化的关系。用于高速计数的光电转换。 4）温度特性:作为测量器件应用时，最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。 5）稳定性:硅光电池的性能比硒光电池更稳定。 ;三、光电传感器;光电传感器的测量形式 1一被测量；2一光电元件；3一恒光源 ;3．光电转换电路;（3）光电池测量电路 （4）光电元件集成运放电路;四、光电传感器的应用;2．烟尘源监测系统;3．包装充填物高度检测;五、光电耦合器件;（3）耦合器常见的特性 对于光电耦合器的特性，应注意以下各项参数。 1）电流传输比 2）输入输出间的绝缘电阻 3）输入输出间的耐压 4）输入输出间的寄生电容 5）最高工作频率 6）脉冲上升时间和下降时间;2．光电开关 ;第二节 光纤传感器;光纤传感器FOS（Fiber Optical Sensor)用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。 与传统的各类传感器相比其优点：不受电磁干扰，体积小，重量轻，可挠曲，灵敏度高，耐腐蚀，传输频带宽，绝缘性能好，耐水抗腐蚀性好，防爆性好，易与微机连接，便于遥测等。 它能用于温度、压力、应变、位移、速度、加速度、流量、振动、电压、电流、磁场、核辐射、声和PH值等各种物理量的测量，具有极为广泛的应用前景。 ;一、光纤的结构和传输原理 ;2．光纤的传输原理;3．光纤的主要参数 （1）数值孔径：将θi的正弦定义为光纤的数值孔径（NA），决定了能被传播的光束的半孔径角的最大值，反映了光纤的集光能力 （2）光纤模式：就是光波沿光纤传输的途径和方式。希望模式数量越少越好，尽可能在单模方式下工作，即单模光纤。 （3）传播损耗：;4．光纤的主要类型;二、光纤传感器及其分类 ;2．光纤传感器的分类;3．光纤传感器的特点;三、光纤传感器的应用 ;（1）膜片反射式的光纤压力传感器;（2）弹性变形式光纤压力传感器 ;2．光纤加速度传感器;3．光纤温度传感器;第三节 红外传感器 ;一、红外线的基本知识 ;2．红外辐射的产生及其性质;二、红外探测器;2．红外探测器的组成 ;三、红外传感器的应用 ;1．红外测温仪 ;2．红外线气体分析仪;工业用红外线气体分析仪的结构原理图 ;3．红外无损探伤;第四节 激光传感器 ;一、激光的形成原理;6．激光的特点 （1）高方向性 （2）高亮度 （3）单色性好 （4）高相干性;三、激光器种类与结构 ;2．固体激光器 固体激光器的工作物质主要是掺杂晶体和掺杂玻璃，最常用的是红宝石（掺铬）、钕玻璃（掺钕）、钇铝石榴石（掺钕）。;3．半导体激光器 导体激光器的工作物质是某些性能合适的半导体材料，如砷化镓（GaAs）、砷磷化镓（GaAs-P）、磷化铟（InP）等。 特点是体积小、重量轻、结构紧凑。一般气体和固体激光器的长度至少几厘米，长的达几米以上。 ;三、激光与激光传感器的应用;测量车速 车速测量仪采用小型半导体砷化镓（GaAs）激光器，其发散角在15°～20°之间，发光波长为0.9μm。 发射透镜采用Ф37mm，焦距115mm，接收透镜采用Ф37mm，焦距65mm。 ;第五节