第七章光电式传感器探讨.pptVIP

第七章：光电式传感器; 光电式传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。;实验;1、光电效应;光电子：向外发射的电子。;光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的电子表面逸出功。这意味着每种物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率。;光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象称为内光电效应。;b）光生伏特效应; ;图7-3 光电倍增管的结构图;特性----光电管;b）伏安特性 当入射光的频谱及光通量一定时，阳极与阴极之间的电压同光电流的关系。;光电管的光谱特性;光电阴极的灵敏度：一个光子射在阴极上所能激发的电子数。; 光敏电阻用半导体材料制成,没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流??压;; 光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。; 硅光电池的制造原理：在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对，光生电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以;光电池外形; 图7-6 光敏二极管; 当光不照射时：光敏二极管处于载止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流即暗电流；; 光敏二极管的反向偏置接线及光电特性演示 ; 图7-7 光敏三极管;a）光电特性 ;b）伏安特性 ;c）光谱特性 ; 要使光电式传感器能很好地工作，除了合理选用光电转换元件外，还必须配备合适的光源和测量线路。; 光电式传感器按其接收状态可分为模拟式和脉冲式光电传感器两大类。;a）?吸收式：恒光源发射的光通量穿过被测物，一部分由被测物吸收，剩余部分投射到光电元件上，吸收量决定于被测物的某些参数。被吸收的光通量与被测物的透明度有关，常用作混浊度计等。;b）反射式：恒光源发出的光通量投射到被测物上，然后从被测物表面反射到光电元件上，光电元件的输出反映了被测物的某些参数。反射光通量取决于反射表面的性质、状态和与光源之间的距离，可制成表面粗糙度测试仪等。;c）?遮光式：?恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物，照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分，光电元件的输出反映了被测物的尺寸。;d）?辐射式：光源本身是被测物，被测物发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数。; 光电数字式转速表 天幕靶;;2） 脉冲式光电传感器 ;;光导纤维 光纤传感器的工作原理和典型结构;1）光导纤维;一、光导纤维的结构和传输原理 ;一、光导纤维的结构和传输原理 ;一、光导纤维的结构和传输原理 ;一、光导纤维的结构和传输原理 ;二、光导纤维的种类 ; 性能较差。容易制造，连接耦合比较方便。这种光纤常用于非功能型光纤传感器。; ; 利用被测量直接或间接地改变光纤中传输光的强度，再通过测量光强的变化检测出被测量的方法，称为强度调制。;强度调制-微弯损耗光强调制;强度调制-利用光纤的吸收特性进行光强调制; 利用外界因素改变光纤中光波的相位，通过检测相位变化来测量被测量的方法，称为相位调制。; 当光纤受到纵向(轴向)的机械应力作用时，由于应力应变效应，光纤的长度(应变效应)、光纤的直径(泊松效应)、纤芯折射率(光弹性效应)都将变化，这些变化将导致光纤中光波相位的变化。若将光纤放在变化的温度场中，由于温度应变效应，引起光纤的折射率和几何长度的变化也会引起相位变化。;光纤干涉仪的一般系统结构如图所示。; b).非功能型光纤传感器 非功能型光纤传感器又称传光型光纤传感器。它是利用在两根光纤中间或光纤端面放置敏感元件，来感受被测量的变化，光纤仅起传光作用，如图所示。;图7-29 光纤位移传感器的原理图;作业：