光电式传感器-6.ppt

第八章 光电式传感器 光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。 第一节 光源 第一节 光源 一、热辐射光源 二、气体放电光源 三、电致发光器件－－发光二极管 四、激光器 1.气体激光器 2.固体激光器 3.半导体激光器 一、热辐射光源 二、气体放电光源 三、电致发光器件－发光二极管 固体发光材料在电场激发下，将电能直接转换为光能的发光现象称为电致发光 发光二极管：利用半导体PN结把电能转换成光能的半导体器件。 四、激光器 激光（laser 镭射）受激辐射光放大 light amplification by simulated emission of radiation 激光光源的特点：方向性强、单色性好、 相干性好、高亮度 8.2 光电效应及器件 8.2 光电效应及器件 位置敏感器件PSD -Position Sensitive Detector/ Device PSD 属于半导体器件, 是基于横向光电效应的连续模拟式光斑位置检测器件,它除了具有光电二极管阵列和CCD器件的定位性能外,还具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点,尤其是应用于精确定位时,具有受光斑强度分布对称性和尺寸影响小的特征,其弱点主要是非线性。作为新型器件, PSD 已经被广泛应用在位置坐标的精确测量上, 如: 兵器制导和跟踪、工业自动控制或位置变化等技术领域上。 大光敏面光电二极管（PN结光电传感器） 1.一维PSD 2.二维PSD 1.一维PSD 2.二维PSD 第三节 光纤传感器 一、光纤传感器的基本知识 1、光纤结构 由纤芯和包层组成（石英玻璃5—100um)（n1n2)。 外层一层尼龙保护套。 2）非功能型（或称传光型）（光通讯） 光纤仅起导光作用，作为光的传输回路，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。 相位调制应用：光弹效应 光弹效应（photoelastic effect），也叫应力双折射效应 将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。加力的方向即光轴的方向。 　　若应力均匀,则观察到均匀的干涉光强.  　　若应力不均匀： 各处 F/S 不同 → 各处△φ 不同  　　→ 各处干涉情况不同  　　→ 出现干涉条纹。 　　应力变化大的地方,条纹密; 　　应力变化小的地方,条纹疏。 　　应用： 通过光弹性效应，研究材料内部的应力情况 　　例如. 设计大吊钩时，要知道实际使用时内部的应力分布情况。可用透明的环氧树脂制成模拟吊钩，通过光弹效应，了解内部应力的分布。 相位调制应用：磁致伸缩效应 磁致伸缩效应，是指铁磁体在被外磁场磁化时，其体积和长度将发生变化的现象。磁致伸缩效应引起的体积和长度变化虽是微小的，但其长度的变化比体积变化大得多，是人们研究应用的主要对象，又称之为线磁致伸缩。线磁致伸缩的变化量级为10-5～10-6。它是焦耳在1842年发现的，其逆效应是压磁效应。 磁致伸缩效应应用：可设计制作应力传感器和转矩传感器。利用磁致伸缩系数大的硅钢片制取的应力传感器多用于1t（吨）以上的重量检测中。其输入应力与输出电压成正比，一般精度为1%～2%，高的可达0.3%～0.5%。磁致伸缩转矩传感器可以测出小扭角下的转矩。 相位调制应用：Sagnac效应 1913年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。这就是萨格纳克效应。 萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。 差动式膜片反射型光纤压力传感器 光纤传感器的特点 电绝缘 抗电磁干扰 非侵入性 高灵敏度 容易实现对被测信号的远距离监控 第四节 光栅式传感器 光栅是在一块长条型（圆形）光学玻璃上被均匀刻上许多宽度相等的刻线而制成。 a为刻线宽度, b为缝隙宽度, a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。 芯径大，折射率差大（NA大），N大，多模。 芯径小到6μm,折射率差小到0.5%。N=1光纤只能传输一定波长光，单模。 按折射率分布：阶跃型光纤和梯度型光纤 传感器 光学现象 被测量 光纤 分类 干涉型 相位调制光纤传感器 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 S