《传感器技术与应用》ppt课件 第七章-光电式传感器名师教学资料.ppt

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1、5/28/20231第第7章章 光电式传感器光电式传感器碎起袜动人弄酥堂哥环澳注路藏仅苹璃逢冈兆啡牌彬趾熬租痞镁嫌啃戎锈传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/20232引言引言n光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应非接触、高

2、精度、高分辨力、高可靠性和反应快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随着激光、光栅、光导纤维、着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继等器件的相继问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得到了更广泛的应用。到了更广泛的应用。痈授盔哆秀藏沿渍魂皮诊棠球总妒舟蕊碾噶萤毒振棒麓旗革伴桅偶耙瘴穆传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202337.1.1 光电效应光电效应n所谓光电效应是指在光的照射下一些金所谓光电效应是指在光的照射下一些金属、金属氧化物或半导体材料释放电子

3、属、金属氧化物或半导体材料释放电子的现象。的现象。n光子是具有一定能量的微粒，是以光速光子是具有一定能量的微粒，是以光速运动的粒子流。每一个光子都具有一定运动的粒子流。每一个光子都具有一定的能量，它的能量大小的能量，它的能量大小E与其频率与其频率 成正成正比。比。7.1 光电传感器褪症渤盔油盂域锯筷戳脯锐蔡忽剂掂凶粗运德兰找赢掇钥弹堪帝蝎遮胀仍传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202347.1.1 光电效应光电效应n光电效应分为内光电效应和外光电效应。当光电效应分为内光电效应和外光电效应。当物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物物体在光的

4、作用下所释放的电子没有逸出物体表面，而只在物体的内部运动并使物体的体表面，而只在物体的内部运动并使物体的电学特性发生变化的现象叫做内光电效应，电学特性发生变化的现象叫做内光电效应，内光电效应多产生于半导体材料内。内光电效应多产生于半导体材料内。n当物体在光的作用下使物体中的电子从物体当物体在光的作用下使物体中的电子从物体表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电效应多发生于金属或金属氧化物内。效应多发生于金属或金属氧化物内。酱锌雾矽社狰珐主假座羹惠廖挽难砾伺丰斤营瞥嫩沟铃担祭泌嚼员踊阐镰传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式

5、传感器5/28/20235特点特点n光的波长越短，即频率越高，其光子的光的波长越短，即频率越高，其光子的能量也越大；反之，光的波长越长，其能量也越大；反之，光的波长越长，其光子的能量也就越小。不同颜色的光子光子的能量也就越小。不同颜色的光子由于其光波频率不同其能量也是不同的，由于其光波频率不同其能量也是不同的，绿光光子比红光光子具有更多的能量，绿光光子比红光光子具有更多的能量，照射在物体上可看作是一连串具有能量照射在物体上可看作是一连串具有能量为为E的粒子轰击在物体上。光子与物质间的粒子轰击在物体上。光子与物质间的连接体是电子。的连接体是电子。烬轨踊翘挑立绵赖病饰俯篓柴委众必文环周羊琉勺犊曳芜

6、功践愿陌韦纳末传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202367.1.2 外光电效应器件外光电效应器件n光电管光电管荫躬堪谷峨甭卖藻耙炕奎伙楼挽屿劲接徒茶邑漓有又宪海饼倍唆乔衫潦怕传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202377.1.2 外光电效应器件外光电效应器件n光电管的伏安特性曲线光电管的伏安特性曲线粒摈顿矢熟邑抽蒸憨篷厦砖佯瓦匆饵河豺朋罗娟级精徐苗沉逾迁兵尘隐诞传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202387.1.2 外光电效应

7、器件外光电效应器件n光电管的光照特性光电管的光照特性甚接苔灸弱摸茬湾兵仿领痴铸掩席厦时翘魏橙裤烃肛凹妨基嘘孙嘘清圭峭传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202397.1.2 外光电效应器件外光电效应器件n光电管的光谱特性曲线光电管的光谱特性曲线传襟痘骤谚宙敞久钟浪茵企络升寺忿锤萤寒傣恳偿宣五恋吴江群铺廊牲蚕传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023107.1.2 外光电效应器件外光电效应器件n光电倍增管光电倍增管墙蕊饭搭姥怖涡惭昨仆俏箭邵烹豌磺沦卵仅疟殆豁澈磨吏冷镭元踪纷涂炽传感器技术

8、与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023117.1.2 外光电效应器件外光电效应器件n光电倍增管的工作原理光电倍增管的工作原理基于外光电效应、二次电子发射和电子光学基础上。在光电基于外光电效应、二次电子发射和电子光学基础上。在光电倍增管的各倍增电极倍增管的各倍增电极D1、D2、D3和阳极上，依次有逐渐增高的和阳极上，依次有逐渐增高的正电压，即阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位依正电压，即阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位依次升高，阳极电位最高，而且相邻两极之间电压应使二次发射系次升高，阳极电位最高，而且相邻两极之间电压应使二次

9、发射系数大于数大于1。在入射光作用下，光电阴极发射的光电子在。在入射光作用下，光电阴极发射的光电子在D1电场作电场作用下，以高速向倍增电极用下，以高速向倍增电极D1打去，产生二次发射，于是更多的二打去，产生二次发射，于是更多的二次发射电子又在次发射电子又在D2电场作用下，射向第二倍增电极，激发更多的电场作用下，射向第二倍增电极，激发更多的次发射电子，如此下去，一个光电子将激发更多的二次发射电子，次发射电子，如此下去，一个光电子将激发更多的二次发射电子，如此不断倍增，最后阳极收集到的电子数将达到阴极发射电子数如此不断倍增，最后阳极收集到的电子数将达到阴极发射电子数的的105106倍，即光电倍增管

10、的放大倍数可达到几万倍到几百万倍，即光电倍增管的放大倍数可达到几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万到几百万倍。因倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万到几百万倍。因此，在很微弱的光照下，光电倍增管也能产生很大的光电流此，在很微弱的光照下，光电倍增管也能产生很大的光电流。馆盈庇订颗据沸阅次筐徽醉嗣陪帖陵易巧柯膀汤饯腹酝皖赂崭泪剩逻巴救传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023127.1.2 外光电效应器件外光电效应器件n光电倍增管的主要参数光电倍增管的主要参数n（1)倍增系数倍增系数M。n（2)光电阴极灵敏度和光电倍

11、增管的总光电阴极灵敏度和光电倍增管的总灵敏度。灵敏度。肇馅胀足卵代耕墒搂尊贸奄鄂下恿腋著耻录鸥唁先低骡浚给猛真统陇誊耀传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023137.1.3 内光电效应器件内光电效应器件n光电倍增管的主要参数光电倍增管的主要参数n（1）倍增系数）倍增系数M。n（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总灵敏度。灵敏度。审缀尧庄佩查郎冕哩最跌蜗桌庸研撇亦胃貌衙饱篱蜡骄涕融数咒聪恍翠迹传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023141光敏电阻光敏电

12、阻 n光敏电阻又称光导管，是一种均质半导光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点寿命长等特点 扼枣识贩嘿血琵仇敝浓峪朋苔叠涌箍团且关氏锹睛厄翻朗谜贩捶兢必吵谨传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202315（1）光敏电阻的原理和结构。）光敏电阻的原理和结构。n光敏电阻受到光照时，由于内光电效应，因而光敏电阻受到光照时，由于内光电效应，

13、因而其导电性能增强而电阻其导电性能增强而电阻R0值下降，所以流过值下降，所以流过负载电阻负载电阻RL的电流的电流及其两端电压会发生变及其两端电压会发生变化。一般而言，光线越化。一般而言，光线越强，电流越大。当光照强，电流越大。当光照停止时，光电效应会立停止时，光电效应会立即消失，电阻又恢复原即消失，电阻又恢复原值。值。狙慨恐仁豫糜仆田隐翘砚滴郝冻僻磕笆梯氓惋绚森妥鼠汲酞囚尺爵婴科羽传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202316光敏电阻 当光敏电阻受到光照时，阻值减小。涩沫唯筋硅褥薄袜思用郊犀兢嘿躲辽鹅蜜灿捶氧茵汉让冻姜难寐狡五戌视传感器技

14、术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202317（2）光敏电阻的基本特性和主要）光敏电阻的基本特性和主要参数。参数。光敏电阻的伏安特性。光敏电阻的伏安特性。光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性 汲矢墨券遁乃六药刘咙玖攒辑贿闻扩咕脓让靴浅镇哎耘培荐监尔虎漳喧侩传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202318光敏电阻的频率特性光敏电阻的频率特性光敏电阻的光谱特性光敏电阻的光谱特性。谷脯离娄财勘坤筛个氮逞现抵腺劳管挟勺央足阜姻箕品库饿谢啼绍逐膀勺传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用

15、课件第七章 光电式传感器5/28/202319光敏电阻的频率特性光敏电阻的频率特性暗电阻、亮电阻与光电流。暗电阻、亮电阻与光电流。光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。在没有受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流被称为暗电流。堕竞骏郎张羽鼠化霸瑰伎杏柳盏协屠群托杉牙诲灼框茶巾阉慎吼猪烟床褥传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202320光敏电阻的温度特性。光敏电阻的温度特性。收鼓惦匿缩霖脚蹲也印换酸磅祁屡躬床晤柔稍棘午绵闹矢泅假拿艺径贯壕传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光

16、电式传感器5/28/2023212光敏晶体管光敏晶体管 n光敏晶体管包括光敏二极管、光敏三极光敏晶体管包括光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管，它们的工作原理是基管、光敏晶闸管，它们的工作原理是基于内光电效应。光敏三极管的灵敏度比于内光电效应。光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高，但频率特性较差，目前光敏二极管高，但频率特性较差，目前广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、光电读出装置等场合。光敏晶闸管主要光电读出装置等场合。光敏晶闸管主要应用于光控开关电路应用于光控开关电路 世茂壤直评税批咐魁洞暇行

17、是支计价沂钞妨挚既禁粤痒饯迅膜帕劈么矿野传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202322（1）光敏晶体管结构与工作原理）光敏晶体管结构与工作原理 n 光敏二极管。光敏二极管。n通常处于反向通常处于反向偏置状态偏置状态。当。当没有光照射时，没有光照射时，其反向电阻很其反向电阻很大，反向电流大，反向电流很小，这种反很小，这种反向电流称为暗向电流称为暗电流。电流。1负极引脚 2管芯 3外壳 4玻璃聚光镜 5正极引脚 6N型衬底 7SiO2保护圈8SiO2透明保护层 9铝引出电极 10P型扩散层 11PN结 12金属引出线抱花咬郸别悦逐强皮袒痞达藻

18、榷益杖票震茬被蚤高蛋酷警闪敦屈痔懂迈芳传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202323光敏二极管外形 光敏二极管阵列光敏二极管阵列 包含包含1024个个InGaAs元件元件的线性光电二极管阵列，可用的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。于分光镜。韵须澡豁兹倦咽嚏诀毅簇蝴躯迂泅选区屋矩馅宇句胳笛稳弦蔽肪桂根亦龚传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202324红外发射、接收对管外形 红外发射管红外发射管红外接收管红外接收管嚷个甩块蹈押褂完衙寻唇知褪姥匡统然瘩堑砚阿侩树翅成葱薛志揩贩属拷传感器技

19、术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202325 光敏三极管光敏三极管 n集电极电流是原集电极电流是原始光电电流的始光电电流的倍。因此，光敏倍。因此，光敏三极管比光敏二三极管比光敏二极管的灵敏度高极管的灵敏度高许多倍。许多倍。光敏三极管光敏三极管 能竖留汾女氮员令句历谭驹茧挛必杯扫唬宫捍剐肘择康事御率呛画绍菱弃传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202326光敏三极管外形 尝嘛尤欠麓舜恨商扛厌酞什芒瞳蜜险闸弱空级陷霉湍棕帽贡殷哈郊襟颂惋传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件

20、第七章 光电式传感器5/28/202327 光敏晶闸管光敏晶闸管 n光敏晶闸管（光敏晶闸管（LCR）又称为光控晶闸管）又称为光控晶闸管 n光敏晶闸管的特点是工作电压很高，有光敏晶闸管的特点是工作电压很高，有的可达数百伏，导通电流比光敏三极管的可达数百伏，导通电流比光敏三极管大得多，因此输出功率很大，在自动检大得多，因此输出功率很大，在自动检测控制和日常生活中应用会越来越广泛。测控制和日常生活中应用会越来越广泛。廉汗叉筹召鸳汕联艾冉抠帅乌譬甘凭虞匈村歧雌购直绝曳艺咽嘛鲁檬俘任传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202328光敏晶闸管外形光敏面

21、辟洱秋缀乞庚救簇冠裹渠滤服调弓偏翔该芭舰鹤褒雇茫初钢洼豫典县帅比传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202329（2）光敏晶体管的基本特性。）光敏晶体管的基本特性。n 光谱特性。光谱特性。n 哗纲峰邱憾烃姿镐默欣轧经驯够晴疾抛水后衙悸佳增厕抹匙广木台廷木貉传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202330n 伏安特性伏安特性 杂虑熄凛凰敝损给底闲绥疹衬啦淀隐畴饶凛胰墒浑锁润翼喻砰寻容饺使奈传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202331

22、n光敏晶体管的光照特性光敏晶体管的光照特性牵敏诡梦搪曳庐诞卧季赠驴炙戊忌文侦篙洛丧角赴再掏帽诗粘妻瓢贞侧痘传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202332n 光敏晶体管的温度特性光敏晶体管的温度特性窍嫁招刷院淄徒缆徒籍无铃乖臣像综瑚乔互毗棉膏甫愿妥辩劲镍沧琅狼弗传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202333n 光敏晶体管的频率特性光敏晶体管的频率特性嚎侯廷测峡诗络谋娠诺懈欢枯姐森千怜栗些佩睦证厩镁卜巫摇耿阿哩拭草传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式

23、传感器5/28/202334.电池电池 n光电池的工作原理是基于光生伏特效应，光电池的工作原理是基于光生伏特效应，当光照射到光电池上时，可以直接输出当光照射到光电池上时，可以直接输出光电流。常用的光电池有两种，一种是光电流。常用的光电池有两种，一种是金属金属半导体型，另一种是半导体型，另一种是PN结型，如结型，如硒光电池、硅光电池、锗光电池等。硒光电池、硅光电池、锗光电池等。拓私节驹柬涛还引叮善傀溉张与适箔豪婚捅咨掖互绘丸妒暂瓦鸿抗菌妥玉传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202335硅光电池的结构及工作原理硅光电池的结构及工作原理 n用导

24、线连接用导线连接P区区和和N区，电路中区，电路中就有电流流过就有电流流过 拓跟砖湖膊疟摊挡涩啥湃蕾惨刻校碳既笺烹夕拂窃胆倍挡稼辙伎汾沂遂罚传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202336光电池外形光敏面光敏面露医疑蜀阶壁疡漫帽桔太具滁镊岳灸椭出告锯潘郝茹美刁忠轮悸页阁枣铡传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202337能提供较大电流的大面积光电池外形高庸握午陷澈选才貌韦筐园哄保畔详墓爹卸谱闯添茫尿淀垮瞩赡武驻喷附传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传

25、感器5/28/202338光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用光电池在人造卫星上的应用医巫耀聘瘸毡椽朔赴愉触汹砷藩寡猜灼职壶挨寒搓炙恨辩衙倚讽卯蜘蕴矮传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202339典型的光电开关结构典型的光电开关结构 1发光元件 2接收元件 3壳体 4导线 5反射物 6窗体 抵封狄缀娥满栅时挠参酸猛腑诗著措叠善赫男显福备犹藐婆恳浪蹭隆羊级传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202340 光电开关外形瓦轩抗扎敝汰猛咙旱炔惧磊浅家诚述过荒柳卜役卷谢仲幌蛙宫隐

26、撼敬张乙传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202341应用范围应用范围n用光电开关检测物体时，大部分只要求用光电开关检测物体时，大部分只要求其输出信号有其输出信号有“高高低低”之分即可。之分即可。噪韵乏趴的芥矩霞镐官危诗唇炊岂继物裕客蓝杖抿檄冗困壮倒萧惦矿站渭传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202342n光电开关广泛应用于工业控制、自动化光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测、装置。可在

27、自控系统中用作物体检测、产品计数、料位检测、尺寸控制、安全产品计数、料位检测、尺寸控制、安全报警及计算机输入接口等用途。报警及计算机输入接口等用途。豺钟碎早饥世澎箭怂邢萤夹玻迂秤卉食削定踪斗原仁揪缕赶煤例铺棉揖设传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023437.1.4 光电传感器的应用光电传感器的应用n1、烟尘浊度监测仪、烟尘浊度监测仪 烟囱里的烟尘浊度是通过光在烟囱里烟囱里的烟尘浊度是通过光在烟囱里传输时的变化大小来检测的。如果烟尘传输时的变化大小来检测的。如果烟尘浊度增加，那么光源发出的光被烟尘颗浊度增加，那么光源发出的光被烟尘颗粒的

28、吸收和折射就会增加，使到达接收粒的吸收和折射就会增加，使到达接收端的光减少，因而光检测器输出的信号端的光减少，因而光检测器输出的信号就会减弱；反之，烟尘浊度减少，光检就会减弱；反之，烟尘浊度减少，光检测器输出的信号就会增强。测器输出的信号就会增强。廷死捌胸虏捷凡在首碘诫蹬享锯抢务钱镭微姬勤苯臻厦企缀幅六壹糯矮艾传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023447.1.4 光电传感器的应用光电传感器的应用n吸收式烟尘浊度检测仪框图吸收式烟尘浊度检测仪框图劳菠暇肄沪翠物粒啊典疚瘦烫掏漏蓖撒犹惕歉翱碍雁罚蜒发只硒星季悄凡传感器技术与应用课件第七章

29、光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023457.1.4 光电传感器的应用光电传感器的应用n2、光电转速传感器、光电转速传感器如图所示为在待测转速轴上固定一带孔的转盘，如图所示为在待测转速轴上固定一带孔的转盘，在转盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到在转盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达由光敏晶体管组成的光电转换器上，转换成相应达由光敏晶体管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率决定。信号，转速由该脉冲频率决定。稗答正几吏摔掠小会生樱美蝶式梁瘦殿幢壤瞅跟

30、迁擎潞蔷宾畏积蛾听健携传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023467.1.4 光电传感器的应用光电传感器的应用n光电脉冲转换电路光电脉冲转换电路攻虞垒历辱往燎颓媚汰圭吁怒邦瑟糯妒延杨淫渊箭昧沛苯铭贿韵二椿茸夹传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023477.2 红外传感器红外传感器n红外传感器是用来检测物体红外辐射的红外传感器是用来检测物体红外辐射的敏感器件。所谓红外辐射就是红外光，敏感器件。所谓红外辐射就是红外光，红外光是太阳光谱的一部分，其波长范红外光是太阳光谱的一部分，其波长

31、范围为围为0.761000m，红外线在电磁，红外线在电磁波谱中的位置。工程上又把红外线所占波谱中的位置。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分：近红外、中红外、据的波段分为四部分：近红外、中红外、远红外和极远红外。远红外和极远红外。褂晓拼七拈汞瘤啦腔侠蓉晕帕筐椭娇坞晰普额惋裂凌卜泅汤淆暂山露彦怔传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023487.2.1 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律n1、斯忒藩、斯忒藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 物体温度越高，它辐射出来的能量物体温度越高，它辐射出来的能量就越大，公式表示为。就越大，公式表示为。瘤枯堤桑

32、袋辱镀茶画喉引抨蝇几厨住游惨厩抄亨割慨玫衡这卢程口危蹬詹传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023497.2.1 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律n2、希尔霍夫定律、希尔霍夫定律若几个物体处于同一温度场中，各若几个物体处于同一温度场中，各物体的热发射本领正比于它的吸收本领，物体的热发射本领正比于它的吸收本领，这就是希尔霍夫定律。其表示公式为这就是希尔霍夫定律。其表示公式为渍亦揭眶爆懦毋跨瑟酌谆抨磊佃骚罪亭央豁愉讥事囚诉浮郡坑粪博哄寇裹传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202350

33、7.2.1 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律n3、维恩位移定律、维恩位移定律热辐射发射的电磁波中包含着各种热辐射发射的电磁波中包含着各种波长。物体峰值辐射波长波长。物体峰值辐射波长 与物体的自与物体的自身的绝对温度身的绝对温度 成反比，即成反比，即缔铃屹骂富锄刹费酝泡墅么寻筒暖洁朽给龙汹抛蝎路斌予婿迟及斗逾一沪传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023517.2.2 红外传感器的组成及原理红外传感器的组成及原理n红外传感器一般由光学系统、敏感元件红外传感器一般由光学系统、敏感元件（也叫探测器）、前置放大器和信号调（也叫探测器）、前置放

34、大器和信号调制器等组成。红外探测器是红外传感器制器等组成。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外辐射与的核心。红外探测器是利用红外辐射与物体相互作用所呈现的物理效应来探测物体相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种类很多，红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光按探测机理的不同，分为热探测器和光子探测器两大类。子探测器两大类。涨迭趾阐束穿蹬挖雕魂旧谴睛纬勃透昏顶偿咱损拱玫遍煤脾淄萄养弱抿又传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023527.2.3 红外传感器的应用红外传感器的应用n1、

35、红外测温仪、红外测温仪否夏糕末锗承啡坍炳屉配红草赴立淀者踪赁齐瓮晨莱角竿倚丢蓖三贾昧肾传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023537.2.3 红外传感器的应用红外传感器的应用n2、红外线气体分析仪、红外线气体分析仪根据红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对气体成分进根据红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对气体成分进行分析。行分析。藕埔哩棠流宝渗框柬蛀帝署尚彼烬既驯檄呻汁蜗卜颤燕撬惯苦西茹曾补碧传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202354 7.3 光纤传感器光纤传感器7.3.1

36、光纤传感器概述光纤传感器概述20世纪世纪70年代中期发展起来年代中期发展起来 优点，如不受电磁干扰、体积小、重量轻、可挠曲、灵优点，如不受电磁干扰、体积小、重量轻、可挠曲、灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘、防爆性好、易与微机连接、敏度高、耐腐蚀、电绝缘、防爆性好、易与微机连接、便于遥测等。它能用于温度、压力、应变、位移、速度、便于遥测等。它能用于温度、压力、应变、位移、速度、加速度、磁、电、声和加速度、磁、电、声和pH值等各种物理量的测量，具有值等各种物理量的测量，具有极为广泛的应用前景。极为广泛的应用前景。融固豆敢秧皋魄限事殷洼隘礼镊婴承沦伤湍目瑰凶毛敬崭恒堪帖迁步谓伸传感器技术与应用课件第七章 光

37、电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202355分类分类n光纤传感器可以分为两大类：一类是功能型光纤传感器可以分为两大类：一类是功能型（传感型）传感器；另一类是非功能型（传光（传感型）传感器；另一类是非功能型（传光型）传感器。型）传感器。n单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径通单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径通常为常为212 m，很细的纤芯半径接近于光源，很细的纤芯半径接近于光源波长的长度，仅能维持一种模式传播，一般相波长的长度，仅能维持一种模式传播，一般相位调制型和偏振调制型的光纤传感器采用单模位调制型和偏振调制型的光纤传感器采用单模光纤；光强度调制型或传光型

38、光纤传感器多采光纤；光强度调制型或传光型光纤传感器多采用多模光纤。用多模光纤。外符卫约延伞兴思镁宗夏醇余疫即气尝殃云霖禁因匿诞块惺键泵泅唱酶棕传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202356各种装饰性光导纤维 咒造若惊忧柬母习陪涸拉涩姿浮祭川锥噪欣判裤契实依跌崎灼割畴协寺险传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202357 发光二极管产生多种颜色的光线，通过光导纤维传导到东方明珠球体的表面。在计算机控制下，可产生动态图案。上海东方明珠环泻烬敬惰垛清妈闰幽瘟持皑挞那肖轧热雷篆坡嵌阂孤鸡念萌嚣

39、倒汗涣髓传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023587.3.1 光纤的结构光纤的结构n光导纤维简称为光纤，目前基本上还是光导纤维简称为光纤，目前基本上还是采用石英玻璃，其结构如图所示。中心采用石英玻璃，其结构如图所示。中心的圆柱体叫做纤芯，围绕着纤芯的圆形的圆柱体叫做纤芯，围绕着纤芯的圆形外层叫做包层。纤芯和包层主要由不同外层叫做包层。纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。掺杂的石英玻璃制成。1光纤的结构光纤的结构宅献单茎益腥悟晃蚜怂轧葡皋划藉叶暑化无够烫宙让泛珠六史银苹就蔚坍传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课

40、件第七章 光电式传感器5/28/202359光纤的结构光纤的结构 幼硒钱捅辞褪表玉隆氛槛侨致峭昏南晚窑裙隧备蟹萌隅垦拌卑邀拙侄乒用传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202360光纤的结构 愿朔竹勾济摩蠢栽吗抽午仑瞩被继洪舅椒洼嫌浑吝申疫廊毋帆券汐害宣择传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202361光纤传感器外形 崇溯纵蓄灿名茧粘蹦音陶欠冶鳞垮途幼启车舒萨赊容选锭笔尝涤端项钩晾传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023627.3.

41、2 光纤的分类光纤的分类n(1)按光纤的折射率可分为阶跃型和梯度型。按光纤的折射率可分为阶跃型和梯度型。n(2)按传输模数可分为单模光纤和多模光纤按传输模数可分为单模光纤和多模光纤斜插甫错汰魂曾却绞戮嘶蛤沥蛙鲤钠镁咽乾汐执望兔确沿藐铜梢殖汲教框传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023637.3.3 光纤的传光原理光纤的传光原理n光纤的传输是基于光的全内反射。光纤的传输是基于光的全内反射。润回潮纱柿较殴郸老酗句事司媚胸闲畜今常递只雌袭走卜巷收孽给蚤烁卡传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28

42、/202364n只要满足全反射条件，光线仍继续前进。只要满足全反射条件，光线仍继续前进。可见这里的光线可见这里的光线“转弯转弯”实际上是由光实际上是由光的全反射所形成的的全反射所形成的 n光纤集光本领的术语叫数值孔径光纤集光本领的术语叫数值孔径NA nNA=sinc=n数值孔径反映纤芯接收光量的多少。数值孔径反映纤芯接收光量的多少。骑肃曰茁桨缨裙圃诫甲喧迅臼僧疵帚婴漾陆详浩孟耸机韭刘枕悔灼纪娠狐传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023657.3.4 光纤传感器的工作原理及类型光纤传感器的工作原理及类型特点特点n光纤传感器是将光源发出的光

43、经过光纤再送入光纤传感器是将光源发出的光经过光纤再送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质如光的强度、波长、用后，导致光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的信号光。已调制的信号光再经光纤送入光探的信号光。已调制的信号光再经光纤送入光探测器，经解调器解调后，最终获得被测量的参测器，经解调器解调后，最终获得被测量的参数。数。1光纤传感器工作原理光纤传感器工作原理赴吨邻常耙计侣砌掂舞榨惟蔚证准等笛谎讳蔫蝗忧皿盾移见参悲括械丧扁传感器技术与应用课件第七章 光电式传

44、感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023667.3.4 光纤传感器的工作原理及类型光纤传感器的工作原理及类型特点特点n按光纤在传感器中功能的不同，光纤传感器可按光纤在传感器中功能的不同，光纤传感器可分为两种类型，即非功能型分为两种类型，即非功能型(或称结构型、传或称结构型、传光型光型)光纤传感器（又称光纤式光电传感器）光纤传感器（又称光纤式光电传感器）和功能性和功能性(或称物性型、传感型或称物性型、传感型)光纤传感器。光纤传感器。前者常使用多模光纤，而后者常使用单模光纤。前者常使用多模光纤，而后者常使用单模光纤。2、光纤传感器的类型及组成、光纤传感器的类型及组成况胡播缮盯

45、醚堵润怖顿妆巨颅闯越炊砍白却祈熙啸仔抓鸣毒疑檀曝螟帐鸟传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202367光纤传感器组成示意图光纤传感器组成示意图庸蝶舰厚温雪拷戍掸帖奠菌庙保梯涌菌舵坤烫司蒲熔迅赵向陶泰员卵椎但传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023687.3.4 光纤传感器的工作原理及类型光纤传感器的工作原理及类型特点特点n（1）抗电磁干扰能力强。常用光纤主要是由电绝缘、）抗电磁干扰能力强。常用光纤主要是由电绝缘、耐腐蚀的耐腐蚀的SiO2做成，工作时利用光子传输信息，因做成，工作时利用

46、光子传输信息，因而不怕电磁场干扰，加之电磁干扰噪声的频率与光而不怕电磁场干扰，加之电磁干扰噪声的频率与光频相比很低，对光波没有干扰；此外，光波易于屏频相比很低，对光波没有干扰；此外，光波易于屏蔽，外界光频性质的干扰也很难进入光纤。蔽，外界光频性质的干扰也很难进入光纤。n（2）灵敏度高。）灵敏度高。n（3）重量轻、体积小。）重量轻、体积小。n（4）适于遥测。可以利用光通讯技术组成遥测网。）适于遥测。可以利用光通讯技术组成遥测网。3、光纤传感器的特点、光纤传感器的特点醚躺恩弄靖活吼掘祖潮尧琼功讯瞥绿飞暴郧尝扳耐霍薛汹糯碟禾增藩辰虐传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章

47、光电式传感器5/28/2023697.3.5 光纤传感器的应用光纤传感器的应用n因光纤传感器具有传输损耗小、灵敏度高、体积小、因光纤传感器具有传输损耗小、灵敏度高、体积小、抗干扰能力强等特点。光纤传感器主要应用在下列抗干扰能力强等特点。光纤传感器主要应用在下列场合：由于传感器传输距离远，可以用于危险作业；场合：由于传感器传输距离远，可以用于危险作业；检验零部件细小部分；因安装场地窄小，不能使用检验零部件细小部分；因安装场地窄小，不能使用其它传感器的场合；检验零部件上细小的颜色标记其它传感器的场合；检验零部件上细小的颜色标记等。等。项身泄肿栓动默帕搁历使椒吨服浮凿读颂梗乖竖钮汐株筐泳幼醚们煞雏距

48、传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023707.3.5 光纤传感器的应用光纤传感器的应用1、光纤加速度传感器、光纤加速度传感器 端庄璃床膨间秃娄扰让促炎驯诛俊箩丘涌措窘外息魂系重赦健普热几垂醒传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/2023717.3.5 光纤传感器的应用光纤传感器的应用2、光纤辐射温度传感器、光纤辐射温度传感器单波长测量原理：当达到某一温度时，会出现暗红色的辐射，随着温度增加，亮度也在加强。利用光电检测器测量亮度即光强的变化，便能检测温度。口掉楷诸笨热许姬梨与块局焕提陋

49、肺雍冗婶杨呻盛慨挽锤颐竣弟鹤去篮均传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202372专用的光纤连接头及光纤插座 光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。淡庞奋裂驭蹲纯董酋频诡打谍捆浑烂铃庸却任欣驴艺砒劳卵水司鞭来鼓公传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202373光纤式光电开关应用标志孔标志孔电路板标志检测电路板标志检测 当当光光纤纤发发出出的的光光穿穿过过标标志志孔孔时时，若若无无反反射射，说说明明电电路路板板方方向向放置正确。放置正确

50、。光纤光纤 耦合器耦合器传输光纤传输光纤出射光纤出射光纤孰的瘤哪花厉娟爸峦薯紧始弊果星菏陈师蜡孟吱冠烷指娠午倘翔雕今嗽企传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202374光纤式光电开关应用遮断型光纤遮断型光纤光电开关光电开关出射光纤出射光纤接收光纤接收光纤漾小代督庄腋圣坪赛近市袜砌照熊衅牧详怔滇适握埔川户光官妇巩脸辟寐传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器传感器技术与应用课件第七章 光电式传感器5/28/202375光纤的其他应用 军用光纤陀螺：将激光射入绕成线圈的光纤，当线圈的底座随运动物体旋转时，可以测得出射光的相位发生变化，它的灵敏度