第10章 光学传感器(上).pptVIP

10.2.3 磁光传感器 图10-28 磁致旋光原理 （a）光路 （b）外形 图10-29　磁光薄膜电流传感器结构与外形 10.2.4 光栅传感器 图10-31 莫尔条纹示意图 图10-32 光栅传感器的构成 10.2.5 多普勒传感器 图10-33 测量基本原理 图10-34 测量光路 10.2.6 SPR传感器 表面等离子体共振（Surface Plasmaon Resonance，SPR）是一种物理光学现象，其物理模型是一束单色光透过介质入射到金属表面，一部分发生反射形成反射光，部分光穿透金属表面形成折射波，沿着垂直于界面的方向按指数衰减，又称为消失波。 对于可见光而言，在金属导体中消失波的有效深度一般为100～200nm。 消失波导致靠近样品处金属表面电子振荡，形成沿着样品和金属表面传播的电子疏密波，也是一种电磁波，被称为表面等离子体或表面等离子体基元。 在一定条件下，入射光沿X方向的分量和表面等离子体产生共振，这一现象称为表面等离子体共振。 激励SPW的主要方式有棱镜藕合ATR结构，光栅藕合结构和波导藕合结构等，如图10-35所示。 图10-35 SPR耦合方式 (a)棱镜耦合； (b)光栅耦合； (c)光导耦合。 从检测方式来看，SPR传感器可分为：强度调制、角度调制、波长调制和相位调制。 ⑴强度调制：固定入射光波长及入射角度（共振角附近），检测反射光强随外界折射率的变化。 ⑵角度调制：固定入射光波长，通过扫描入射角度，追踪共振角（反射强度的最小值）随外界折射率的变化。目前商用的SPR仪器大多采用相干性较差近红外LED作为光源，不需要复杂的转动装置，还可避免激光产生的干涉效应对测量结果的影响，接收端用线阵CCD采集不同入射角度的反射光强。 ⑶波长调制：固定入射角度，以宽带光源入射，探测反射或者透射光谱的变化，获得共振波长随折射率变化的关系。 ⑷相位调制：固定入射光波长和角度，探测TM波在棱镜底面反射前后相位的变化。理论和实验研究表明，与其他调制方式相比，相位调制可以使SPR传感器灵敏度提高1-2个数量级。 第10章 光学传感器 图10-1 几种常见光敏元件的相对灵敏度曲线 图10-1 现代光学传感器原理框图 光学传感器通常可分为两大类：一类是直接将光能转换为电信号的器件， 也称之为光探测器，主要利用光电效应、光导效应和光伏效应工作，如各 种光管，光敏器件等；另一类是光波（束）传感器，即现代光学传感器。 10.1 光电传感器 光电传感器的的物理基础就是光电效应。光电效应包括外光电效应和内光电效应外光电效应：在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。即为经典归纳的爱因斯坦光电效应方程。内光电效应:当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光电动势的效应叫做内光电效应。 内光电效应又可以分为以下两类： ⑴光电导效应 图10-3 光电导效应 ⑵光生伏特效应 图10-4 PN结因光照产生电动势 图10-5 PN结加反向偏压 10.1.3 光敏电阻 图10-6 光敏电阻工作原理图 图10-7 CdS光敏电阻结构图 图10-8 光敏电阻基本偏置电路 10.1.2 光电池 （a） （b） 图10-9 光电池。（a）光电池结构；（b）光电池工作原理示意图 图10-10 硅光电池结构示意图 图10-11 电子清纱器的光电探测头示意图 10.1.3 光敏晶体管 光电晶体管有二极管、三极管，其结构也与一般二极管、三极管相似。 图10-12光敏晶体管 ⒈光电二极管 图10-13 光电二极管的基本构造 ⒉光敏晶体三极管 图10-14 光敏晶体三极管 ⒊光电IC 图10-15 光电IC的基本构造 ⑴数字输出式 图10-16 IS486的内部线路图 ⑵线性输出式 图10-17 IS445/455的内部线路图 ⑶光调式 图10-18 IS471F的内部线路图 10.1.4 光电倍增管 光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型（Head-on）和侧窗型（Side-on）两大类。 （a）侧窗型光电倍增管 （b）端窗型光电倍增管 图10-19 典型光电倍增管类型 图10-20 端窗型光电倍增管的剖面图 10.2 光波传感器 基于光的波动效应。 10.2.1 红外温度传感器 图10-21 反射型红外测温仪结构 图10-22 衍射型微型镜头集光原理 10.2.2 电光传感器 图10-23 体电光晶体原理应用图 图10-24 传输函数曲线 图10-25 体电光晶体光纤传感测高电压系统 图10-26 Mach-Zehnder式光调制器 图10-27 基于光波导调制器的传感器应用系统