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第六章 光电式传感器 光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。 第一节 光源第二节 光电传感器第三节 光纤传感器第四节 光栅式传感器 第一节 光源 一、热辐射光源 二、气体放电光源 三、电致发光器件－－发光二极管 四、激光器 1.气体激光器 2.固体激光器 3.半导体激光器 第二节 光电传感器 光电器件的作用是将光信号转变为电电信号。 其工作的物理基础是光电效应。 光电效应 光电效应 光电效应 光电传感器的应用 光电传感器的应用 一、烟尘浊度监测仪 防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。 电荷注入方法 CCD传感器的分类 线阵型CCD图像传感器（获取一维光信息） CCD传感器的分类 线阵型CCD图像传感器（获取一维光信息） 面阵型CCD图像传感器 光敏元呈二维矩阵排列，能检测二维图像信息，其结构如图 面阵型CCD图像传感器 行传输：光积分结束后，由行扫描电路一行行将信号电荷通过移位寄存器转移到输出端。在电荷转移过程中，光积分仍在进行，会产生“拖影”现象。 面阵型CCD图像传感器 禎传输：光积分技术后，在光敏元和暂存区各自的移栅脉冲驱动下，将信号电荷快速转移到暂存区，光敏元开始积累第二禎图像的信号电荷，同时暂存区的电荷在转移脉冲驱动下一行行通过移位寄存器转移到输出端。 面阵型CCD图像传感器 行间传输：光敏元和垂直移位寄存器交替排列。光积分技术后，光敏元的信号电荷快速转移到垂直移位寄存器，然后再逐行转移到水平移位寄存器，并沿水平方向转移到输出端。 分辨率 分辨率是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力，是图像传感器最重要的特性，主要取决于感光单元之间的距离，用调制转移函数MTF来表征。 当光强以正弦变化的图像作用在传感器上时，电信号幅度随光像空间频率的变化称为调制转移函数MTF。 CCD应用 CCD摄像机 被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。 CCD应用 扫描仪 光源发出的光经扫描对象反射后，通过透镜在线阵CCD上成像，CCD输出信号的电信号反映了扫描对象的亮度信息，经放大、A/D转换和编码后成为数字信号输出。 第三节 光纤传感器 一、光纤传感器的基本知识 1、光纤结构 由纤芯和包层组成（石英玻璃5—100um)（n1n2)。 外层一层尼龙保护套。 光纤应力应变传感器 1. 光纤压力传感器 按光强度调制原理制成，结构如图4-26所示，其工作原理是: （1）被测力作用于膜片，使光纤与膜片间的气隙减小，使棱镜与光吸收层之间的气隙发生改变。 （2）气隙发生改变引起棱镜界面上全（内）反射的局部破坏，造成一部分光离开棱镜的上界面，进入吸收层并被吸收，致使反射回接收光纤的光强度减小。 （3）接收光纤内反射光强度的改变可由桥式光接收器检测出来。 （4）桥式光接收器输出信号的大小只与光纤和膜片间的距离和膜片的形状有关。 光纤压力传感器不受电磁干扰，响应速度快、尺寸小、重量轻、耐热性好。 由于没有导电元件，特别适合于有防爆要求的场合使用。 光电式数字转速表 如图4-30（a）所示，在电机的转轴上涂上黑白相间的两色条纹。 当电机轴转动时，反光与不反光交替出现，所以光电元件间断的接收光的反射信号，输出电脉冲。 再经过放大整形电路（见图4-31），输出整齐的方波信号，由数字频率计测出电机的转速。 图4-30(b)是在电机轴上固定一个调制盘，上面开一些固定间隔的孔洞，当电机转轴转动时将发光二极管发出的恒定光调制成随时间变化的调制光。 同样经光电元件接收，放大整形电路整形，输出整齐的方波脉冲信号。 每分钟转速n与输出的方波脉冲频率f以及孔数或黑白条纹数N的关系如下： 第四节 光栅式传感器 光栅是在一块长条型（圆形）光学玻璃上被均匀刻上许多宽度相等的刻线而制成。 a为刻线宽度, b为缝隙宽度, a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。 图4 –26 光纤压力传感器结构1—膜片；2—光吸收层；3—垫圈；4—光导纤维；5—桥式光接收线路；6—发光二极管；7—壳体；8—棱镜；9—上盖。