现代检测技术与系统胡向东电子课件第8章节.ppt

伏安特性 指光敏晶体管在照度一定的条件下，光电流与外加电压之间的关系。由图可见，光敏晶体管的光电流比相同管型光敏二极管的光电流大上百倍。 光照特性 　　下图给出了光敏二极管和光敏晶体管的输出电流 和照度 之间的关系。从图中可以看出它们的关系是正相关的：光照度越大，产生的光电流越强。 　　光敏二极管的光照特性曲线的线性较好 光敏三极管在照度较小时，光电流随照度增加缓慢，而在照度较大时（光照度为几千勒克斯）光电流存在饱和现象，这是由于光敏三极管的电流放大倍数在小电流和大电流时都有下降的缘故。 频率特性 是光敏二极管或晶体管输出的光电流（或相对灵敏度）与光强变化频率的关系。 光敏二极管的频率特性是很好的，其响应时间可以达到10-7～10-8 s，因此它适用于测量快速变化的光信号。 光敏三极管由于存在发射结电容和基区渡越时间，所以，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差，而且和光敏二极管一样，负载电阻越大，高频响应越差，因此，在高频应用时应尽量降低负载电阻的阻值。 光敏管的应用 图为路灯自动控制器电路原理图。VD为光敏二极管。当夜晚来临时，光线变暗，VD截止，V1饱和导通，V2截止，继电器K线圈失电，其常闭触点K1闭合，路灯HL点亮。天亮后，当光线亮度达到预定值时，VD导通，V1截止，V2饱和导通，继电器K线圈带电，其常闭触点K1断开，路灯HL熄灭。 数字转速表 图(a)是光电式数字转速表的工作原理图。在电动机的转轴上安装一个具有均匀分布齿轮的调制盘，当电动机转轴转动时，将带动调制盘转动，发光二极管发出的恒定光被调制成随时间变化的调制光，透光与不透光交替出现，光敏管将间断地接收到透射光信号，输出电脉冲。 图（b）为放大整形电路，当有光照时，光敏二极管产生光电流，使RP2上压降增大，直到晶体管V1导通，作用到由V2和V3组成的射极耦合触发器，使其输出U0为高电位；反之，U0为低电位。放大整形电路输出整齐的脉冲信号 ，转速可由该脉冲信号的频率来确定，该脉冲信号 可送到频率计进行计数，从而测出电动机的转速。每分钟的转速n与脉冲频率f之间的关系为： 　　　 式中， N为调制盘的齿数。 光耦合器 光电耦合器件是将发光元件和光敏元件合并使用，以光为媒介实现信号传递的光电器件。为了保证灵敏度，要求发光元件与光敏元件在光谱上要得到最佳匹配。 光电耦合器件将发光元件和光敏元件集成在一起，封装在一个外壳内。光电耦合器件的输入电路和输出电路在电气上完全隔离，仅仅通过光的耦合才把二者联系在一起。工作时，把电信号加到输入端，使发光器件发光，光敏元件则在此光照下输出光电流，从而实现电－光－电的两次转换。 光电耦合器实际上能起到电量隔离的作用，具有抗干扰和单向信号传输功能。光电耦合器件广泛应用于电量隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关等领域。 光耦合器的应用-燃气灶的脉冲点火控制器 煤气是易燃、易爆气体，所以对燃气器具中的点火控制器的要求是安全、稳定、可靠。因此，电路功能设计要求打火针确认产生火花，才可打开燃气阀门，否则燃气阀门保持关闭，以保证燃气具使用的安全。 图为燃气灶高压打火确认电路。在高压打火时，火花电压可达一万多伏，这个脉冲高电压对电路工作影响极大，为了使电路正常工作，采用光电耦合器VLC进行电平隔离，大大增强了电路抗干扰能力。 当高压打火针对打火确认针放电时，光耦合器中的发光二极管发光，耦合器中的光敏晶体管导通，信号经V1、V2、V3放大，驱动强吸电磁阀将气路打开，燃气碰到火花即燃烧。如果打火针与确认针之间不放电，则光电耦合器不工作，V1等不导通，燃气阀将保持关闭。 8.3　光纤传感器 光纤传感技术是20世纪70年代中期伴随着光通信技术的发展而逐步形成的一门新技术 工作基础：光纤中所传输的光信号（光波）的特征量（如光强、相位、频率、偏振态等）将随外界环境因素（温度、压力、电场、磁场等）的变化而变化 光纤传感器的优点： 频带宽、动态范围大、灵敏度高 固有的安全性好 抗电磁干扰 耐高、耐腐蚀、电绝缘性好 能与数字通信系统兼容，集传感与传输于一体，易实现远距离测量等 光纤传感器受到世界各国的广泛重视。光纤传感器已用于位移、振动、转动、压力、速度、加速度、电流、磁场、电压、温度等70多个物理量的测量 8.3.1 光纤及其传光原理 光纤是一种多层介质结构的同心圆柱体，包括纤芯、包层和保护层（涂敷层及护套）。 核心部分是纤芯和包层，纤芯粗细、纤芯材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起决定性影响。 纤芯是光波的主要传输通道；纤芯材料的主体是SiO2，并掺入微量的GeO2、P2O5，以提高材料的光折射率。纤芯直径5～75um。 包层可以是一层、二层或多层结构，总直径约100～200 um，包层材料主要也是SiO2，掺入了微量的B2O3或SiF