光電信息技術(shù)第三章課光電耦合

光電信息技術(shù)第三章課光電耦合第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.3.1光電耦合器什么是耦合、光電耦合器？

耦合是指兩個或兩個以上的電路元件或電網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側(cè)向另一側(cè)傳輸能量的現(xiàn)象；概括的說耦合就是指兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的一個量度。

光電耦合器（opticalcoupler，OC）：將發(fā)光器件與光電器件組合成一體，以光作媒質(zhì)把輸入端得到信號耦合到輸出端的器件。

第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、光電耦合器的結(jié)構(gòu)與特點1光電耦合器的結(jié)構(gòu)光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日封裝外形與結(jié)構(gòu)第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2光電耦合器的特點第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日光電隔離器：電氣隔離、消除噪聲光電傳感器：檢測物體位置、有無分類二、光電耦合器的類型第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日發(fā)光器件光敏器件被測物體槽式光電傳感器器示意圖槽式光電傳感器實物圖+EC光電開關(guān)第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日三．光電耦合器的應(yīng)用代替脈沖變壓器，可以耦合從零到幾兆赫茲的信號，失真?。淮胬^電器，做光電開關(guān)用；把不同電位的兩組電路互連，完成電平匹配和電平轉(zhuǎn)移；電流驅(qū)動器件與光驅(qū)動器件相結(jié)合，實現(xiàn)高信噪比；作為計算機主機運輸部與輸入／輸出端的接口，提高計算機的可靠性；在穩(wěn)壓電源中作為過流保護器件，簡單可靠。第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日1．用于電平轉(zhuǎn)換第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日2．用于邏輯門電路

第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日光電開關(guān)在流

水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口遮斷式光電開關(guān)（計數(shù)）第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕兩個柱形結(jié)構(gòu)相對而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號。接收器第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕應(yīng)用

當有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號，起保護、預(yù)警等作用。光線被遮斷（報警）第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度測量第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕應(yīng)用（續(xù)）三維尺寸檢測寬度測量長度測量高度測量第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕應(yīng)用（續(xù)）糾偏光幕可檢測出帶材在卷曲過程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)行機構(gòu)使帶材向正確的方向運動（糾偏）。第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕用于自動收費系統(tǒng)的車輛檢測第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日反射式光電開關(guān)

定區(qū)域式光電開關(guān)有一個非常確定的檢測區(qū)域，不經(jīng)過該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號。檢測距離檢測距離第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日反射鏡反射型光電開關(guān)工作原理反射鏡反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對安裝配合使用。反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來的偏振光。反射板反射鏡被測物體偏振光發(fā)射光第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日被測物漫反射型光電開關(guān)原理漫反射光線反射光線被檢測物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線

漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當被測物體經(jīng)過該光電開關(guān)時，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號。額定距離第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）透明度測量、控制質(zhì)量檢測第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.3.2光電編碼器

一增量式編碼器莫爾條紋寬度B光柵柵距W第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日莫爾條紋演示莫爾條紋移動數(shù)等于光柵移動刻線數(shù)，只要檢測出莫爾條紋的移動數(shù)N，就可計算出光柵的相對移動距離=N*W第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日長光柵莫爾條紋播放動畫第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日長光柵光閘莫爾條紋播放動畫第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日播放中……圓弧莫爾條紋單擊準備演示播放動畫第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日光閘莫爾條紋播放動畫播放中……第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日環(huán)形莫爾條紋播放動畫播放中……單擊準備演示第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日單擊準備演示輻射形莫爾條紋播放動畫第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、絕對式編碼器10碼道光電絕對式碼盤絕對式編碼器按照角度直接進行編碼，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式有接觸式、光電式等形式。透光區(qū)不透光區(qū)零位標志第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日絕對碼盤4個電刷

4位二進制碼盤

最小分辨角＝360°／2n

當n＝4，＝360°／24＝22.5°導(dǎo)電為“1”，非導(dǎo)電為“0”第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日LED光敏元件第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日

輸出信號為一串脈沖，每一個脈沖對應(yīng)一個分辨角，對脈沖進行計數(shù)N，就是對的累加，即，角位移＝N。如：＝0.352，脈沖N＝1000，則：

＝0.352×1000＝352第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日

理想條件下，環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)如圖1所示。一束光經(jīng)分束器M進入同一光學回路中，分成完全相同的兩束光CCW和CCCW，分別沿順時針方向(CW)和逆時針方向(CCW)相向傳播，當回路繞垂直于自身的軸轉(zhuǎn)動時，將使兩束光產(chǎn)生相位差，該相位差的大小與光回路的旋轉(zhuǎn)速率成比例。

圖1理想環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)(a)系統(tǒng)靜止；(b)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)3.3.3光纖陀螺（導(dǎo)航傳感器）第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日圖1理想環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)(a)系統(tǒng)靜止；(b)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)如(a)所示，無旋轉(zhuǎn)條件下，兩束光傳輸時間相等，為如(b)所示，旋轉(zhuǎn)條件下，

Sagnac效應(yīng)第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日圖1理想環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)(a)系統(tǒng)靜止；(b)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)傳輸時間差傳輸光程差傳輸相位差

Sagnac效應(yīng)第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日圖1理想環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)(a)系統(tǒng)靜止；(b)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)傳輸相位差

Sagnac效應(yīng)如何檢測相位差？利用光的干涉：振動頻率相同、方向相同、相位差恒定

通過檢測光強來檢測相位差，進而檢測轉(zhuǎn)動角速率。問題：旋轉(zhuǎn)角速率產(chǎn)生的光程差太小，很難被檢測。第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日檢測器透鏡透鏡光纖線圈光源分束鏡在檢測器上形成干涉條紋當光纖線圈靜止檢測器上的干涉條紋對應(yīng)最大的輸出第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日光纖陀螺實現(xiàn)原理

光纖陀螺本質(zhì)上就是一個環(huán)形干涉儀，通過采