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第8单元 光电式传感器 8.1 光电效应及光电器件 8.2 光源 8.3 光电式传感器的应用 8.4 CCD传感器 8.5 光栅传感器 8.6光纤传感器 习题 请你思考 试举例你身边的开关式和测量式光电传感器及其准确度、量程和原理。 查找资料，给出几种典型的光纤制作工艺及其适用的光纤传感器。 试举出CCD传感器应用于视觉三维测量的实例。 8.2 光源 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。 8.2.1 热致发光光源 1. 白炽灯 白炽灯是根据热致发光原理制成的，钨丝密封在玻璃泡内，泡内充以惰性气体或者保持真空，依靠电能将灯丝加热至白炽而发光。白炽灯发光光谱是连续的，覆盖从紫外区域到红外区域，它的峰值波长在近红外区，约1~1.5μm。所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。也就是说，这种光源虽然寿命不够长而且发热大、效率低、动态特性差，但对接收用的光敏元件的光谱特性要求不高，是它的可取之处。 2. 卤钨灯 卤钨灯是一种特殊的白炽灯，灯泡用石英玻璃或硬质玻璃制作，能够耐3500K的高温，灯泡内充以卤族元素，通常是碘，卤族元素能够与沉积在灯泡内壁上的钨丝发生化学反应，形成卤化钨，卤化钨扩散到钨丝附近，由于温度高而分散，钨原子重新沉积到钨丝上，这样弥补了灯丝的蒸发，大大延长了灯泡的寿命，同时也解决了灯泡因钨的沉积而发黑的问题，光通量在整个寿命期中始终能够保持相对稳定。 8.2.2 气体放电发光光源 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光，利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。气体放电光源的光谱不连续，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流的大小，可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。 低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的光源，统称为光谱灯。 8.3.3 固体发光光源 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过程。利用这种现象制成的光源称为固体发光光源，如发光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。发光二极管的伏安特性和光谱特性如图所示。 8.3.4 激光光源 激光的形成必须具备三个条件 1.具有能够提供能量的激励源； 2.具有提供反复进行受激辐射场所的光学谐振腔； 3.具有形成粒子数反转的增益介质。 常用激光器及其特点 按增益介质分类，常用激光器有 ： 固体激光器、液体激光器、气体激光器、半导体激光器 。 8.3 光电式传感器的应用 光电脉搏测定 8.5光栅传感器 按其形状可以分为长光栅和圆光栅两类，其中长光栅用于长度测量，又称为直线光栅，圆光栅用于角度测量；按光线的走向可以分为透射光栅和反射光栅。 8.6.1 光栅的结构 光栅主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在活动部件上，如机床的工作台或丝杠上。光栅读数头则安装在固定部件上，如机床的底座上。当活动部件移动时，读数头和标尺光栅也就随之做相对移动。 8.6.2 光栅的工作原理 如果两块光栅栅距W相等，且刻线之间的夹角很小时，莫尔条纹的宽度B近似为 8.6.3 光栅传感器的应用 光栅式万能测长仪 习题 微弯损耗光强调制 根据模态理论，当光纤轴向受力而发生微小弯曲时，光纤中的部分光会折射到纤芯的包层中去，不产生全折射，这样将引起纤芯中的光强发生变化。因此，可以通过对纤芯或包层中光的能量变化来测量外界作用，如应力、重量、加速度等物理量。 微弯光纤压力传感器由两块波形板或其他形状的变形器构成。其中一块活动，另一块固定。变形器一般采用有机合成材料（如尼龙、有机玻璃等）制成。一根光纤从一对变形器之间通过，当变形器的活动部分受到外力的作用时，光纤将发生周期性微弯曲，引起传播光的散射损耗，使光在芯模中重新分配一部分从纤芯耦合到包层，另一部分光反射回纤芯。 当外界力增大时，泄漏到包层的散射光增大， 光纤纤芯的输出光强度减小；当外界力减小时，