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第九章 几种新型传感器简介 本章主要内容： 本章主要是让同学拓展知识面，简要介绍光纤、光栅、生物、超声波和CCD传感器的基本原理和应用，只要求做简单了解即可。 第一讲 光纤传感器和光栅传感器 教学目的要求：1.了解光纤的传光原理及光纤传感器的结构原理和测量应用。 2.了解光栅传感器的原理和应用 教学重点：光纤和光栅的基本应用 教学难点：光纤传感器和光栅传感器的原理 教学学时：2学时 教学内容： 一、 光纤传感器 结构： 图9-1 光纤的结构 传光原理：全反射 光纤的主要特性参数： 数值孔径NA 光线在光纤中全反射的入射角的大小称为光导纤维的孔径角，孔径角的正弦与入射光线所在媒质的折射率的乘积称为数值孔径NA。 数值孔径是表示光导纤维集光能力的一个参数，数值孔径越大表示光导纤维接收的光通量越多，这有利于耦合效率的提高。但数值孔径越大，光信号畸变也越严重，所以要适当选择。 2．光纤模式 光纤模式简单地说就是光波沿着光纤传播的途径和方式。希望光纤模式数量越少越好。 传输损耗 由于光纤纤芯材料的吸收、散射、光纤弯曲处的辐射损耗等的影响，光信号在光纤中的传播不可避免地要有损耗，光纤的传输损耗A可用下式表示 A=αl=10 式中 l ——光纤的长度 α——光纤单位长度上的损耗 I0——光纤入射端的光强 I——光纤输出端的光强 光纤传感器的类型： .结构型和物性型 光纤传感器结构及应用： 结构：光纤传感器一般由光源、光纤、光电元件等组成。 应用：光纤作为光的传输媒介，干扰小，损耗抵。 二、光栅传感器 光栅 定义：平行等间距的狭缝组成的光学器件。 分类：透射式，反射式 莫尔条纹 图9-8 莫尔条纹的形成 莫尔条纹具有下列重要特点： （1）莫尔条纹的移动与光栅的移动成对应关系。 （2）莫尔条纹具有位移的放大作用。 放大倍数：K= 3. 光栅传感器的结构 光栅传感器有透射式和反射式两种，他们由光源、主光栅、指示光栅和光电元件等几部分构成。透射式光栅传感器结构如图9-9所示，反射式光栅传感器的结构如图9-10所示。 图9-9 透射式光栅传感器结构图 图9-10 反射式传感器结构图 4. 光栅传感器的应用 （a）JI—Ⅰ型 光栅传感器 (b) SX041—Ⅰ型数显表外形 图9-14 JI—Ⅰ型光栅传感器及SX041—Ⅰ型数字显示表 图9-15 光栅检测系统原理框图 本讲小结 本章简要介绍了光纤传感器、光栅传感器的工作原理、主要参数和基本应用。 作业 复习本节内容