传感器课件 第八章 光电、光纤式传感器2.pptVIP

8.7 光纤传感器 8.7.2 光纤导光原理 第8章 光电、光纤式传感器 2．雪崩式光电二极管(APD) APD是在PN结的P型区一侧再设置一层掺杂浓度极高的P’层而构成。使用时，在元件两端加上近于击穿的反向偏压。 8.4 光电式传感器应用（1） 光电物位传感器 光电物位传感器多用于测量物体之有无、个数、物体移动距离和相位等。按结构可分为遮光式和反射式两类。遮光式光电物位传感器是将发光元件和光电元件以某固定距离对置封装在一起构成的。 遮光式光电物位传感器 反射式光电物位传感器 （2）尺寸测量 尺寸测量是用线型CCD传感器测量物体尺寸的基本原理。 尺寸测量的基本原理 (3)形状检测 　　利用带有高速快门的CCD‘摄像机对被测对象摄像，获得被测对象的图像，从而剔除不合格晶或进行分选。这种方法可用于剔除瓶盖、金属或玻璃容器的不合格品，也可用于禽蛋、水果、蔬菜和鲜鱼等物品的形状和鲜度判别。与前述方法不同的是，需要根据不同的被测对象确定若干特征参数，并在某一电平上二值化。 （4） 细丝类物件的在线检测 如图所示，要求激光从轴线垂直方向照射被测对象，利用图示光学系统使激光光束平行扫描，并测出被测对象遮断光束的时间，经过运算求出直径值。由于细丝类物件在加工过程中会产生振动或抖动，因此需要通过运算进行修正。设y为扫描速度，v为被测对象振动速度，D为被测对象的直径，r为扫描时间，则存在下列关系： 被测直径为: 8.5 光栅 计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。 L≈W/θ ，（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角） 光栅的刻线宽度W 莫尔条纹的宽度L 莫尔条纹演示 光栅输出信号（电压正弦波） 余弦信号 正弦信号 零位信号 8.6 光电码盘 数字式传感器: 把输入量转换成数字量输出 优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等 工作原理 用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示的电信号的转换部件。 1－光源 2－柱面镜 3－码盘 4－狭缝 5－元件 码盘和码制 6位二进制码盘 根据码盘的起始和终止位置就可确定转角，与转动的中间过程无关。  8.7.1 光纤结构组成光纤波导简称光纤，它是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构成的光通路。它由折射率n1较大(光密介质)的纤芯，和折射率，n2较小(光疏介质)的包层构成的双层同心圆柱结构。 缓冲涂覆层 包层 纤芯 光纤全反射演示 当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射 （a）折射角大于入射角： （b）临界状态： （c）全反射 ： 8.7.2 光纤导光原理 当θr =90°的临界状态时， Sin θi定义为“数值孔径”NA（Numerical Aperture） 相对折射率差 arcsinNA是一个临界角， θi arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失； θi arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。 传感器 光学现象 被测量 光纤 分类 干涉型 相位调制光线传感器 干涉（磁致伸缩） 干涉（电致伸缩） Sagnac效应 光弹效应 干涉 电流、磁场 电场、电压 角速度 振动、压力、加速度、位移 温度 SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM a a a a a ? ? ? 非 ? ? 干 ? ? 涉 ? ? 型 ? 强度调制光纤温度传感器 遮光板遮断光路 半导体透射率的变化 荧光辐射、黑体辐射 光纤微弯损耗 振动膜或液晶的反射 气体分子吸收 光纤漏泄膜 温度、振动、压力、加速度、位移 温度 温度 振动、压力、加速度、位移 振动、压力、位移 气体浓度 液位 MM MM MM SM MM MM MM b b b b b b b 偏振调制光纤温度传感器 法拉第效应 泡克尔斯效应 双折射变化 光弹效应 电流、磁场 电场、电压、 温度 振动、压力、加速度、位移 SM MM SM MM b,a b b b 频率调制光纤温度传感器 多普勒效应 受激喇曼散射 光致发光 速度、流速、振动、加速度 气体浓度 温度 MM MM MM c b b 注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型 8.7.3 光纤传感器的分类 8.7.4 光纤传感器的工作类型 光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，又称FF型光纤传感器；另一类是非功能型传感器又称N