1、第6章光電式傳感器及應用引言引言n光電式傳感器是以光電元件作為轉化元件，將光電式傳感器是以光電元件作為轉化元件，將被測非電量通過光量的變化再轉化成電量的傳被測非電量通過光量的變化再轉化成電量的傳感器。感器。n光電式傳感器一般由光源、光學元件和光電元光電式傳感器一般由光源、光學元件和光電元件件3部分組成。部分組成。n光電元件是構成光電式傳感器最主要的部件。光電元件是構成光電式傳感器最主要的部件。n光電器件響應快、結構簡單、使用方便，而且光電器件響應快、結構簡單、使用方便，而且有較高的可靠性，因此在自動檢測，計算機和有較高的可靠性，因此在自動檢測，計算機和控制系統中，應用非常廣泛。控制系統中，應用

2、非常廣泛。n光電式傳感器的物理基礎是光電效應。光電式傳感器的物理基礎是光電效應。主要內容主要內容n6.1光電效應及光電元器件光電效應及光電元器件 n6.2光電式傳感器的實用電路光電式傳感器的實用電路 n6.3光纖傳感器光纖傳感器 n6.4紅外傳感器紅外傳感器6.1光電效應及光電元器件光電效應及光電元器件n光電式傳感器的工作原理是基于不同形光電式傳感器的工作原理是基于不同形式的光電效應。根據光的波粒二象性，式的光電效應。根據光的波粒二象性，光是一種以光速運動的粒子流，這種粒光是一種以光速運動的粒子流，這種粒子稱為光子。具有的能量子稱為光子。具有的能量h正比于光的正比于光的頻率頻率h普朗克常數）。

3、每個光子具有普朗克常數）。每個光子具有的能量為的能量為 nE= h 6.1.1 光電效應及分類光電效應及分類特點特點n對不同頻率的光，其光子能量是不相同對不同頻率的光，其光子能量是不相同的，頻率越高，光子能量越大。用光照的，頻率越高，光子能量越大。用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為能量為h的光子所轟擊，組成該物體的的光子所轟擊，組成該物體的材料吸收光子能量而發生相應電效應的材料吸收光子能量而發生相應電效應的物理現象稱為光電效應。物理現象稱為光電效應。 光電響應的類型光電響應的類型n（1外光電效應。真空管元件外光電效應。真空管元件n（2內光電效應。內

4、光電效應。n（3光生伏特效應。光生伏特效應。n （2）、（）、（3類屬于半導體元件。類屬于半導體元件。光學單位光學單位n流明流明lm和勒克斯和勒克斯lx兩個光學單兩個光學單位。所謂流明是光通量的單位，所有的位。所謂流明是光通量的單位，所有的燈都以流明表征輸出光通量的大小。勒燈都以流明表征輸出光通量的大小。勒克斯是照度的單位，它表征受照物體被克斯是照度的單位，它表征受照物體被照程度的物理量。照程度的物理量。 6.1.2 光電元器件及基本測量電光電元器件及基本測量電路路 n（1結構與工作原理。它們是利用外光結構與工作原理。它們是利用外光電效應制成的光電元件。電效應制成的光電元件。n 1光電管、光電

5、倍增管光電管、光電倍增管光電管的結構 光電子的能量光電子的能量n當電子獲得的能量大于陰極材料的逸出當電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功功A時，自由電子就可以克服金屬表面束時，自由電子就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成逸出電子。這種逸出的縛而逸出，形成逸出電子。這種逸出的電子稱為光電子，光電子逸出金屬表面電子稱為光電子，光電子逸出金屬表面的初速度的初速度可由愛因斯坦光電效應方程確可由愛因斯坦光電效應方程確定。定。 n（1/2m2= hA 特點特點n當陰極金屬材料選定后，要使陰極金屬當陰極金屬材料選定后，要使陰極金屬表面有電子逸出，入射光的頻率表面有電子逸出，入射光的頻率要大于要大于某一最低限度，

6、否則當某一最低限度，否則當h小于小于A時，不時，不管光通量有多大，都不可能有電子逸出，管光通量有多大，都不可能有電子逸出，這個最低限度的頻率稱為紅限。當這個最低限度的頻率稱為紅限。當h大大于于A時，光通量越大，逸出的電子數目也時，光通量越大，逸出的電子數目也越多，光電流越多，光電流I就越大。就越大。 光電管符號及測量電路光電管符號及測量電路 n光電管正常工作時，陽極電位高于陰極光電管正常工作時，陽極電位高于陰極電位。電位。n在入射光頻率大于在入射光頻率大于“紅限的前提下，紅限的前提下，當光電管陽極加上適當電壓幾十伏當光電管陽極加上適當電壓幾十伏時，從陰極表面逸出的電子被具有正電時，從陰極表面逸

7、出的電子被具有正電壓的陽極所吸引，在光電管中形成電流，壓的陽極所吸引，在光電管中形成電流，稱為光電流。稱為光電流。 光電倍增管光電倍增管n光電倍增管是把微弱的光輸入轉換成電光電倍增管是把微弱的光輸入轉換成電子，并使電子獲得倍增的電真空器件。子，并使電子獲得倍增的電真空器件。n它有放大光電流的作用，靈敏度非常高，它有放大光電流的作用，靈敏度非常高，信噪比大，線性好，多用于微光測量。信噪比大，線性好，多用于微光測量。光電倍增管由兩個主要部分構成：陰極光電倍增管由兩個主要部分構成：陰極室和若干光電倍增極組成的二次發射倍室和若干光電倍增極組成的二次發射倍增系統增系統 結構示意圖結構示意圖n在它的陰極與

8、陽極之間設在它的陰極與陽極之間設置許多二次倍增極置許多二次倍增極D1、D2、D3、，它們又，它們又稱為第稱為第1倍增極、第倍增極、第2倍增倍增極極，相鄰電極之間通，相鄰電極之間通常加上常加上100V左右的電壓，左右的電壓，其電位逐級提高，陰極電其電位逐級提高，陰極電位最低，陽極電位最高，位最低，陽極電位最高，兩者之差一般在。兩者之差一般在。6001 200V左右。左右。 光電倍增管結構示意圖 光電倍增管的基本電路光電倍增管的基本電路 原理原理n當微光照射陰極當微光照射陰極K時，從陰極時，從陰極K上逸出的光電上逸出的光電子在子在D1的電場作用下，以高速向倍增極的電場作用下，以高速向倍增極D1射射

9、去，產生二次發射，于是更多的二次發射的電去，產生二次發射，于是更多的二次發射的電子又在子又在D2電場作用下，射向第二倍增極，激電場作用下，射向第二倍增極，激發更多的二次發射電子，如此下去，一個光電發更多的二次發射電子，如此下去，一個光電子將激發更多的二次發射電子，最后被陽極所子將激發更多的二次發射電子，最后被陽極所收集。若每級的二次發射倍增率為收集。若每級的二次發射倍增率為m，共有，共有n級通常可達級通常可達911級），則光電倍增管陽極級），則光電倍增管陽極得到的光電流比普通光電管大得到的光電流比普通光電管大mn倍，因此光倍，因此光電倍增管的靈敏度極高。電倍增管的靈敏度極高。 光電倍增管的穩定

10、性光電倍增管的穩定性n各倍增極的電壓是用分壓電阻各倍增極的電壓是用分壓電阻R1、R2、Rn獲得的，陽極電流流經電阻獲得的，陽極電流流經電阻RL得到輸出電得到輸出電壓壓Uo。當用于測量穩定的輻射通量時，圖中。當用于測量穩定的輻射通量時，圖中虛線連接的電容虛線連接的電容C1、C2、Cn和輸出隔和輸出隔離電容離電容C0都可以省去。這時電路往往將電源都可以省去。這時電路往往將電源正端接地，并且輸出可以直接與放大器輸入端正端接地，并且輸出可以直接與放大器輸入端連接。當入射光通量為脈沖量時，則應將電源連接。當入射光通量為脈沖量時，則應將電源的負端接地，因為光電倍增管的陰極接地比陽的負端接地，因為光電倍增管

11、的陰極接地比陽極接地有更低的噪聲，此時輸出端應接入隔離極接地有更低的噪聲，此時輸出端應接入隔離電容，同時各倍增極的并聯電容亦應接入，以電容，同時各倍增極的并聯電容亦應接入，以穩定脈沖工作時的各級工作電壓，穩定增益并穩定脈沖工作時的各級工作電壓，穩定增益并防止飽和。防止飽和。 （2光電管特性光電管特性n 光電特性。光電特性。光電管光電特性曲線光電管光電特性曲線 n 伏安特性。伏安特性。n 光譜特性。光譜特性。其他特性其他特性n光電管尚有溫度特性、疲勞特性、慣性光電管尚有溫度特性、疲勞特性、慣性特性，暗電流和衰老特性等，使用時應特性，暗電流和衰老特性等，使用時應根據產品說明書和有關手冊合理選用。根

12、據產品說明書和有關手冊合理選用。 2光敏電阻光敏電阻 n光敏電阻又稱光導管，是一種均質半導光敏電阻又稱光導管，是一種均質半導體光電元件。它具有靈敏度高、光譜響體光電元件。它具有靈敏度高、光譜響應范圍寬、體積小、重量輕、機械強度應范圍寬、體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和高、耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命長等特點壽命長等特點 （1光敏電阻的工作原理和結構。光敏電阻的工作原理和結構。 n光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。 光敏電阻 當光敏電阻受到光照時， 阻值減小。（2光敏電阻的基本特性和主要光敏電阻的基本特性和主要參數。參數。n

13、暗電阻和暗電流。暗電阻和暗電流。 n 亮電阻和亮電流。亮電阻和亮電流。 n 伏安特性。伏安特性。 光敏電阻的伏安特性光敏電阻的伏安特性 （2光敏電阻的基本特性和主要光敏電阻的基本特性和主要參數續）參數續）n 光電特性。光電特性。 n 光譜特性。光譜特性。 某光敏電阻的光電特性 光敏電阻的光譜特性 （2光敏電阻的基本特性和主要光敏電阻的基本特性和主要參數續）參數續）n 響應時間。響應時間。 n 溫度特性。溫度特性。 常用光電導材料常用光電導材料 光電導器件材料光電導器件材料禁帶寬度禁帶寬度/eV光譜響應范圍光譜響應范圍/nm峰值波長峰值波長/nm硫化鎘（硫化鎘（CdS）2.45400800515

14、550硒化鎘（硒化鎘（CdSe）1.74680750720730硫化鉛（硫化鉛（PbS）0.4050030002000碲化鉛（碲化鉛（PbTe）0.3160045002200硒化鉛（硒化鉛（PbSe）0.2570058004000硅（硅（Si）1.124501100850鍺（鍺（Ge）0.6655018001540銻化銦（銻化銦（InSb）0.1660070005500砷化銦（砷化銦（InAs）0.331000400035003光敏晶體管光敏晶體管 n光敏晶體管包括光敏二極管、光敏三極光敏晶體管包括光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管，它們的工作原理是基管、光敏晶閘管，它們的工作原理是基于內光電

15、效應。光敏三極管的靈敏度比于內光電效應。光敏三極管的靈敏度比光敏二極管高，但頻率特性較差，目前光敏二極管高，但頻率特性較差，目前廣泛應用于光纖通信、紅外線遙控器、廣泛應用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、控制伺服電機轉速的檢測、光電耦合器、控制伺服電機轉速的檢測、光電讀出裝置等場合。光敏晶閘管主要光電讀出裝置等場合。光敏晶閘管主要應用于光控開關電路應用于光控開關電路 （1光敏晶體管結構與工作原理光敏晶體管結構與工作原理 n 光敏二極管。光敏二極管。 n通常處于反向通常處于反向偏置狀態偏置狀態 。當。當沒有光照射時，沒有光照射時，其反向電阻很其反向電阻很大，反向電流大，反向電流很小，這種反很

16、小，這種反向電流稱為暗向電流稱為暗電流。電流。 1負極引腳 2管芯 3外殼 4玻璃聚光鏡 5正極引腳 6N型襯底 7SiO2保護圈8SiO2透明保護層 9鋁引出電極 10P型擴散層 11PN結 12金屬引出線光敏二極管外形 光敏二極管陣列光敏二極管陣列包含包含1024個個InGaAs元件元件的線性光電二極管陣列，可用的線性光電二極管陣列，可用于分光鏡。于分光鏡。紅外發射、接收對管外形 紅外發射管紅外發射管紅外接收管紅外接收管 光敏三極管光敏三極管 n集電極電流是原集電極電流是原始光電電流的始光電電流的倍。因而，光敏倍。因而，光敏三極管比光敏二三極管比光敏二極管的靈敏度高極管的靈敏度高許多倍。許

17、多倍。 光敏三極管光敏三極管 光敏三極管外形光敏三極管外形 光敏晶閘管光敏晶閘管 n光敏晶閘管光敏晶閘管LCR又稱為光控晶閘管又稱為光控晶閘管 n光敏晶閘管的特點是工作電壓很高，有光敏晶閘管的特點是工作電壓很高，有的可達數百伏，導通電流比光敏三極管的可達數百伏，導通電流比光敏三極管大得多，因此輸出功率很大，在自動檢大得多，因此輸出功率很大，在自動檢測控制和日常生活中應用會越來越廣泛。測控制和日常生活中應用會越來越廣泛。光敏晶閘管外形光敏面（2光敏晶體管的基本特性。光敏晶體管的基本特性。 n 光譜特性。光譜特性。n 圖6-16 光敏晶體管的光譜特性 1硅光敏晶體管 2鍺光敏晶體管 n 伏安特性伏

18、安特性 n 光電特性光電特性 圖6-18 光敏晶體管的光電特性 1光敏二極管的光電特性 2光電三極管的光電特性 n 溫度特性溫度特性n 頻率特性頻率特性 n 響應時間響應時間 n 4.光電池光電池 n光電池的工作原理是基于光生伏特效應，光電池的工作原理是基于光生伏特效應，當光照射到光電池上時，可以直接輸出當光照射到光電池上時，可以直接輸出光電流。常用的光電池有兩種，一種是光電流。常用的光電池有兩種，一種是金屬金屬半導體型，另一種是半導體型，另一種是PN結型，如結型，如硒光電池、硅光電池、鍺光電池等。硒光電池、硅光電池、鍺光電池等。 硅光電池的結構及工作原理硅光電池的結構及工作原理 n用導線連接

19、用導線連接P區區和和N區，電路中區，電路中就有電流流過就有電流流過 光電池外形光敏面光敏面能提供較大電流的大面積光電池外形光電池在動力方面的應用續）光電池在人造衛星上的應用光電池在人造衛星上的應用（2光電池的基本特性光電池的基本特性 n 光譜特性光譜特性 n 光電特性光電特性n 溫度特性溫度特性n 頻率特性頻率特性光電池和光譜特性曲線 1硅光電池 2硒光電池 硅光電池的光電特性 1開路電壓特性曲線 2短路電流特性曲線 光電池的溫度特性 光電池的頻率特性 （3短路電流的測量短路電流的測量nUo= UR f = I Rfn該電路的輸出電壓該電路的輸出電壓Uo與光電流與光電流I 成正比，從成正比，從

20、而達到電流而達到電流/電壓轉換關系。電壓轉換關系。 光電池短路電流測量電路 5.光電耦合器件光電耦合器件 n由發光元件如發光二極管和光電接由發光元件如發光二極管和光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號的光電器件。號的光電器件。n發光元件通常是半導體的發光二極管，發光元件通常是半導體的發光二極管，光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管或光可控硅等。光敏三極管或光可控硅等。 n根據其結構和用途不同，又可分為用于根據其結構和用途不同，又可分為用于實現電隔離的光電耦合器和用于檢測有實現電隔離的光電耦合器和用于檢測有無物體

21、的光電開關。無物體的光電開關。（1光電耦合器光電耦合器n光電耦合器實際上是一個電量隔離轉換光電耦合器實際上是一個電量隔離轉換器，它具有抗干擾性能和單向信號傳輸器，它具有抗干擾性能和單向信號傳輸功能，廣泛應用在電路隔離、電平轉換、功能，廣泛應用在電路隔離、電平轉換、噪聲抑制、無觸點開關及固態繼電器等噪聲抑制、無觸點開關及固態繼電器等場合。場合。光電耦合器組合形式 （2光電開關光電開關n光電開關是一種利用感光元件對變化的光電開關是一種利用感光元件對變化的入射光加以接收，并進行光電轉換，同入射光加以接收，并進行光電轉換，同時加以某種形式的放大和控制，從而獲時加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控

22、制輸出得最終的控制輸出“開開”、“關信號關信號的器件。的器件。n光電開關的特點是小型、高速、非接觸，光電開關的特點是小型、高速、非接觸，而且與而且與TTL、MOS等電路容易結合。等電路容易結合。 典型的光電開關結構典型的光電開關結構 1發光元件 2接收元件 3殼體 4導線 5反射物 6窗體 光電開關外形應用范圍應用范圍n用光電開關檢測物體時，大部分只要求用光電開關檢測物體時，大部分只要求其輸出信號有其輸出信號有“高高低之分即可。低之分即可。 n光電開關廣泛應用于工業控制、自動化光電開關廣泛應用于工業控制、自動化包裝線及安全裝置中作光控制和光探測包裝線及安全裝置中作光控制和光探測裝置。可在自控系

23、統中用作物體檢測、裝置。可在自控系統中用作物體檢測、產品計數、料位檢測、尺寸控制、安全產品計數、料位檢測、尺寸控制、安全報警及計算機輸入接口等用途。報警及計算機輸入接口等用途。 （3光電斷續器光電斷續器n工作原理與光電開關的相同，但其光電工作原理與光電開關的相同，但其光電發射器、接收器放置于一個體積很小的發射器、接收器放置于一個體積很小的塑料殼體中，所以兩者能可靠地對準。塑料殼體中，所以兩者能可靠地對準。n分為遮斷型和反射型分為遮斷型和反射型2種。種。 光電斷續器光電斷續器 1發光二極管發光二極管 2紅外光紅外光 3光電元件光電元件 4槽槽 5被測物被測物光電斷續器外形光電斷續器外形續）紅色紅

24、色光柱光柱 齒 盤 每 轉過一個齒，光電斷續器就輸出一個脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計數，即可獲得齒盤轉速和角位移。光電斷續器的應用請寫出轉速與頻率的關系式請寫出轉速與頻率的關系式n= ？n6.2光電式傳感器的實用電路光電式傳感器的實用電路n非接觸式測量，由光源、光學通路和光非接觸式測量，由光源、光學通路和光電元件電元件3部分組成。部分組成。n按照被測物、光源、光電元件三者之間按照被測物、光源、光電元件三者之間的關系的關系n4種類型種類型 1被測物 2光電元件 3恒光源光電式傳感器的幾種形式光電式傳感器的幾種形式 1被測物 2光電元件 3恒光源1.高溫比色溫度儀高溫比色溫度儀 n根據有關的輻

25、射定律，物體在兩個特定波長1、2上的輻射強度、之比與該物體的溫度成指數關系，即nK1、K2是與1、2及物體的黑度有關的常數。 TKeKII/1221/使用光電池制作非接觸測溫的高使用光電池制作非接觸測溫的高溫比色溫度儀溫比色溫度儀 1高溫物體 2物鏡 3半反半透鏡 4反射鏡 5目鏡 6觀察者眼睛 7光闌 8光導棒9鏡 10、12濾光鏡 11、13硅光電池 14、15電流/電壓轉換器2.光電比色計光電比色計 n化學分析儀器化學分析儀器 n使用公共光源，不管光線強弱如何，光使用公共光源，不管光線強弱如何，光源光通量不穩定帶來的變化可以被抵消，源光通量不穩定帶來的變化可以被抵消，故其測量精度高。但兩

26、光電池的性能不故其測量精度高。但兩光電池的性能不可能完全一樣，由此會帶來一定誤差。可能完全一樣，由此會帶來一定誤差。 光電比色儀原理圖光電比色儀原理圖 1光源 2光透鏡 3濾色鏡 4標準樣品 5被檢測樣品 6、7光電池 8差動放大電路 9指示儀表3.光電式帶材跑偏檢測裝置光電式帶材跑偏檢測裝置 n帶材跑偏檢測裝置是用來檢測帶型材料帶材跑偏檢測裝置是用來檢測帶型材料在加工過程中偏離正確位置的大小與方在加工過程中偏離正確位置的大小與方向，從而為糾偏控制電路提供糾偏信號。向，從而為糾偏控制電路提供糾偏信號。 光電式邊沿位置檢測裝置光電式邊沿位置檢測裝置 1被測帶材 2光源 3、4光透鏡 5光敏電阻

27、6遮光罩4.物體長度及運動速度的檢測物體長度及運動速度的檢測 n光電元件檢測運動物體的速度光電元件檢測運動物體的速度 1光源A 2光敏元件VA 3運動物體 4光源B 5光敏元件VB 6RS觸發器 6.3光纖傳感器光纖傳感器6.3.1 光纖傳感器概述光纖傳感器概述20世紀世紀70年代中期發展起來年代中期發展起來 優點，如不受電磁干擾、體積小、重量輕、可撓曲、靈優點，如不受電磁干擾、體積小、重量輕、可撓曲、靈敏度高、耐腐蝕、電絕緣、防爆性好、易與微機連接、敏度高、耐腐蝕、電絕緣、防爆性好、易與微機連接、便于遙測等。它能用于溫度、壓力、應變、位移、速度、便于遙測等。它能用于溫度、壓力、應變、位移、速

28、度、加速度、磁、電、聲和加速度、磁、電、聲和pH值等各種物理量的測量，具有值等各種物理量的測量，具有極為廣泛的應用前景。極為廣泛的應用前景。 分類分類n光纖傳感器可以分為兩大類：一類是功能型光纖傳感器可以分為兩大類：一類是功能型傳感型傳感器；另一類是非功能型傳光傳感型傳感器；另一類是非功能型傳光型傳感器。型傳感器。n單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通常為常為212 m，很細的纖芯半徑接近于光源，很細的纖芯半徑接近于光源波長的長度，僅能維持一種模式傳播，一般相波長的長度，僅能維持一種模式傳播，一般相位調制型和偏振調制型的光纖傳感器采用單模位調制型和偏

29、振調制型的光纖傳感器采用單模光纖；光強度調制型或傳光型光纖傳感器多采光纖；光強度調制型或傳光型光纖傳感器多采用多模光纖。用多模光纖。 各種裝飾性光導纖維 發光二極管產生多種顏色的光線，通過光導纖維傳導到東方明珠球體的表面。在計算機控制下，可產生動態圖案。上海東方明珠6.3.2 光纖的結構和傳輸原理光纖的結構和傳輸原理 n光導纖維簡稱為光纖，目前基本上還是光導纖維簡稱為光纖，目前基本上還是采用石英玻璃，其結構如圖采用石英玻璃，其結構如圖636所示。所示。中心的圓柱體叫做纖芯，圍繞著纖芯的中心的圓柱體叫做纖芯，圍繞著纖芯的圓形外層叫做包層。纖芯和包層主要由圓形外層叫做包層。纖芯和包層主要由不同摻雜

30、的石英玻璃制成。不同摻雜的石英玻璃制成。 1光纖的結構光纖的結構光纖的結構光纖的結構 光纖的結構 光纖傳感器外形2.光纖的傳輸原理光纖的傳輸原理 n光纖的傳輸是基于光的全內反射。光纖的傳輸是基于光的全內反射。 n只要滿足全反射條件，光線仍繼續前進。只要滿足全反射條件，光線仍繼續前進。可見這里的光線可見這里的光線“轉彎實際上是由光轉彎實際上是由光的全反射所形成的的全反射所形成的 n光纖集光本領的術語叫數值孔徑光纖集光本領的術語叫數值孔徑NA nNA= sinc= n數值孔徑反映纖芯接收光量的多少。數值孔徑反映纖芯接收光量的多少。 2212nn6.3.3 光纖傳感器光纖傳感器 n一種簡諧振子的結構

31、形式。激光束通過分光板一種簡諧振子的結構形式。激光束通過分光板后分為兩束光，透射光作為參考光束，反射光后分為兩束光，透射光作為參考光束，反射光作為測量光束。當傳感器感受加速度時，由于作為測量光束。當傳感器感受加速度時，由于質量塊質量塊M對光纖的作用，從而使光纖被拉伸，對光纖的作用，從而使光纖被拉伸，引起光程差的改變。相位改變的激光束由單模引起光程差的改變。相位改變的激光束由單模光纖射出后與參考光束會合產生干涉效應。激光纖射出后與參考光束會合產生干涉效應。激光干涉儀的干涉條紋的移動可由光電接收裝置光干涉儀的干涉條紋的移動可由光電接收裝置轉換為電信號，經過處理電路處理后便可正確轉換為電信號，經過處

32、理電路處理后便可正確地測出加速度值。地測出加速度值。 1光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器組成結構簡圖光纖加速度傳感器組成結構簡圖 2.液位的檢測技術液位的檢測技術 n在球狀對折端部一部分光透射出去，而另一部在球狀對折端部一部分光透射出去，而另一部分光反射回來，由光纖的另一端導向探測器。分光反射回來，由光纖的另一端導向探測器。反射光強的大小取決于被測介質的折射率。被反射光強的大小取決于被測介質的折射率。被測介質的折射率與光纖折射率越接近，反射光測介質的折射率與光纖折射率越接近，反射光強度越小。顯然，傳感器處于空氣中時比處于強度越小。顯然，傳感器處于空氣中時比處于液體中時的反射光強

33、要大。因而，該傳感器可液體中時的反射光強要大。因而，該傳感器可用于液位報警。若以探頭在空氣中時的反光強用于液位報警。若以探頭在空氣中時的反光強度為基準，則當接觸水時反射光強變化度為基準，則當接觸水時反射光強變化6dB7dB，接觸油時變化，接觸油時變化25dB30dB。 （1球面光纖液位傳感器 球面光纖液位傳感器球面光纖液位傳感器 （2斜端面光纖液位傳感器斜端面光纖液位傳感器 n當傳感器接觸液面時，將引起反射回另當傳感器接觸液面時，將引起反射回另一根光纖的光強減小。這種形式的探頭一根光纖的光強減小。這種形式的探頭在空氣中和水中時，反射光強度差在在空氣中和水中時，反射光強度差在20dB以上。以上。

34、 1、2光纖 3棱鏡 （3單光纖液位傳感器單光纖液位傳感器n將光纖的端部拋光成將光纖的端部拋光成45的圓錐面。當的圓錐面。當光纖處于空氣中時，入射光大部分能在光纖處于空氣中時，入射光大部分能在端部滿足全反射條件而返回光纖。當傳端部滿足全反射條件而返回光纖。當傳感器接觸液體時，由于液體的折射率比感器接觸液體時，由于液體的折射率比空氣大，使一部分光不能滿足全反射條空氣大，使一部分光不能滿足全反射條件而折射入液體中，返回光纖的光強就件而折射入液體中，返回光纖的光強就減小。利用減小。利用X形耦合器即可構成具有兩個形耦合器即可構成具有兩個探頭的液位報警傳感器。探頭的液位報警傳感器。 單光纖液位傳感器結構

35、單光纖液位傳感器結構 專用的光纖連接頭及光纖插座 光纖與電光轉換元件耦合時，兩者的軸心必須嚴格對準并固定，可使用專用的連接頭及光纖插座來完成。 光纖式光電開關應用標志孔標志孔電路板標志檢測電路板標志檢測 當光纖發出當光纖發出的光穿過標志孔的光穿過標志孔時，若無反射，時，若無反射，說明電路板方向說明電路板方向放置正確。放置正確。 光纖光纖 耦合器耦合器傳輸光纖傳輸光纖出射光纖出射光纖光纖式光電開關應用遮斷型光纖遮斷型光纖光電開關光電開關出射光纖出射光纖接收光纖接收光纖光纖的其他應用 軍用光纖陀螺： 將激光射入繞成線圈的光纖，當線圈的底座隨運動物體旋轉時，可以測得出射光的相位發生變化，它的靈敏度比

36、機械陀螺高，無機械磨擦力。光纖內窺鏡光纖內窺鏡6.4紅外傳感器紅外傳感器n（1紅外輻射計，用于輻射和光譜輻射測量；紅外輻射計，用于輻射和光譜輻射測量；n（2搜索和跟蹤系統，用于搜索和跟蹤紅外搜索和跟蹤系統，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；n（3熱成像系統，可產生整個目標紅外輻射熱成像系統，可產生整個目標紅外輻射的分布圖像，如紅外圖像儀、多光譜掃描儀等；的分布圖像，如紅外圖像儀、多光譜掃描儀等；n（4紅外測距和通信系統；紅外測距和通信系統；n（5混合系統，是指以上各類系統中的兩個混合系統，是指以上各類系統中的兩個或多個的組合。

37、或多個的組合。 6.4.1 紅紅 外外 輻輻 射射 n紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線光線，故稱紅外線 n波長范圍大致在波長范圍大致在0.761 000 m n紅外輻射的物理本質是熱輻射紅外輻射的物理本質是熱輻射 n以波的形式在空間直線傳播的以波的形式在空間直線傳播的 n是是22.6 m、35 m和和814 m，統稱它們為統稱它們為“大氣窗口大氣窗口”。 電磁波譜圖電磁波譜圖 6.4.2 紅外探測器紅外探測器 n紅外傳感器一般由光學系統、探測器、紅外傳感器一般由光學系統、探測器、信號調理電路及顯示系統等組成。紅外信號調理電路及顯示系統等組成。紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器種類很多，常見的有兩大類：熱探測器種類很多，常見的有兩大類：熱探測器和光子探測器。器和光子探測器。 1.熱探測器熱探測器 n熱探測器是利用紅外輻射的熱效應，探熱探測器是利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使有關物理參數發生相應變升高，進而使有關物理參數發生相應變化，通過