光电式传感器的原理与应用.ppt

工业上的应用：生产线上部件安装，自动焊接；切割加工，大规模集成电路生产线上自动连接引线、对准芯片和封装；石油、煤矿等地质钻探中数据流自动检测和滤波；纺织、印染业进行自动分色、配色。01各类检验、监测系统中的应用：如检查印刷底版的裂痕、短路及不合格的连接部分；检查铸件产品的杂质和断口；对产品样品进行外观检查；检查、识别标签文字标记、玻璃产品的裂缝和气泡等。02商业上的应用：自动巡视商店或者其他重要场所门廊，自动跟踪可疑的人并及时报警。034）遥感方面的应用：遥感测量包括了两方面，地球表面监视及空间监视。对地球表面的监视，包括对地球资源的勘察、气象及环境监视、军事目标的识别等。空间监视既包括地对空的又包括空对空的监视。这种测量条件的复杂性对探测设备提出了很高的要求，而CCD则是实现测试目的的最理想的传感器，通常用线阵或面阵图像传感器进行拼接来实现大面积传感。此外，一种IRCCD焦面阵列工作于1～14μm范围，对于处于大气窗口的红外辐射测量起着十分重要的作用，通过由数万个像元构成的探测阵列，极大地提高了测试灵敏度。（5）医疗方面的应用：对染色体切片、癌细胞切片、x射线图像、起声波图像的自动检查、进而自动诊断等。（6）军事方面的应用：自动监视军事目标，自动发现、跟踪运动目标离。光纤传感器独特优点：高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可挠曲、体积小、结构简单及与光纤传输线路相容等光纤传感器可应用于位移、振动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、温度、湿度、声场、流量、浓实、pH值等70多个物理量的测量10.4光纤传感器4.1光导纤维的基本知识4.2光纤传感器结构和原理4.3光纤传感器的分类和特点10.4光纤传感器光纤的结构01传光原理02光纤的种类0310.4.1光导纤维的基本知识１.光纤的结构光纤的结构图10.4.2光纤的波导2.传光原理光在两介质界面上的折射和反射依据光折射和反射的斯涅尔(Snell)定律，有:当θ1角逐渐增大，直至θ1=θc时，透射入介质2的折射光也逐渐折向界面，直至沿界面传播(θ2=90°)。对应于θ2=90°时的入射角θ1称为临界角θc；由式(10.4.1)则有:阶跃型多模光纤中子午光线的传播入射光线在A点入射，应用斯涅尔法则，有:当入射光线在界面上发生全反射时，应满足:即将上式代入式(10.4.3)，得入射角的最大值θ0可由式(10.4.5)求出，即:若仿照研究透镜样，引入光纤的数值孔径NA这个概念，则:01光纤按纤芯和包层材料性质分，有玻璃光纤和塑料光纤两类；02按折射率分有阶跃型和梯度型二种3.光纤的种类光纤的折射率断面光在梯度型光纤的传输10.4.2光纤传感器结构和原理光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置，一般由光源、敏感元件、光纤、光敏元件（光接收器）和信号处理系统构成。光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器(FunctionFiberOpticSensor)，又称FF型光纤传感器；另一类是非功能传感器(Non-FunctionFiberOpticSensor)，又称NF型光纤传感器（或称传光型光纤传感器）。功能型（b）传光型光纤传感器类型10.4.3光纤传感器的分类和特点根据对光进行调制的方式不同，光纤传感器又有强度调制、相位调制、频率调制、偏振调制等不同工作原理的光纤传感器。1.强度调制型光纤传感器强度调制型光纤传感器是利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。2.相位调制型光纤传感器相位调制型光纤传感器的基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。(3)温度特性硅光电池温度特性1-开路电压；2一短路电流(4)频率特性光电池的频率特性是指输出电流与入射光调制频率的关系。当入射光照度变化时，由于光生电子-空穴对的产生和复合都需要一定时间，因此入射光调制频率太高时，光电池输出电流的变化幅度将下降。硅光电池的频率特性较好，工作频率的上限约为数十千赫，而硒光电池的频率特性较差。在调制频率较高的场合，应采用硅光电池，并选择面积较小的硅光电池和较小的负载电阻，以进一步减少响应时间，改善频率特性。A特点：结构简单、质量轻、体积小、价格便宜、响应快、性能稳定及具有很高的灵敏度等B光电传感器按其