大連理工傳感器原理及應(yīng)用詳解演示文稿

大連理工傳感器原理及應(yīng)用詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有108頁\編輯于星期五優(yōu)選大連理工傳感器原理及應(yīng)用現(xiàn)在是2頁\一共有108頁\編輯于星期五光電器件

被測非電量電信號測量電路U、I

第八章光電式傳感器光電式傳感器的定義以光電器件或傳播光路為敏感元件，將被測量通過光信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號變化的傳感器。光電式傳感器的物理基礎(chǔ)和組成

物理基礎(chǔ)：光電效應(yīng)。光源、光學(xué)元件和光電元件三部分。光電式傳感器的感測量位移、振動、壓力、加速度、液位、成分含量等。光電式傳感器的種類根據(jù)工作原理：內(nèi)光電效應(yīng)型和外光電效應(yīng)型?，F(xiàn)在是3頁\一共有108頁\編輯于星期五

第八章光電式傳感器8.1光的特性與光源8.2光電效應(yīng)8.3光電器件8.4光纖傳感器8.5光電式傳感器應(yīng)用現(xiàn)在是4頁\一共有108頁\編輯于星期五光波：波長10~106nm電磁波。可見光波長：380~780nm；紫外線波長：10~380nm；紅外線波長：780~106nm。一、光的特性§8.1光的特性與光源光具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性質(zhì)。光的粒子性：光是以光速運(yùn)動著的粒子（光子）流，一束頻率為的光由能量相同的光子所組成，每個光子的能量為光的頻率愈高（即波長愈短），光子的能量愈大。電磁波譜圖現(xiàn)在是5頁\一共有108頁\編輯于星期五一、光的特性§8.1光的特性與光源電磁波譜圖現(xiàn)在是6頁\一共有108頁\編輯于星期五二、常用光源§8.1光的特性與光源常用光源發(fā)光器件物體輻射光白熾光源氣體放電光源發(fā)光二極管激光器GaP、SiC可見光LEDGaAs紅外LED現(xiàn)在是7頁\一共有108頁\編輯于星期五二、常用光源§8.1光的特性與光源808nm大功率LD650nmLD1.55umLD模塊現(xiàn)在是8頁\一共有108頁\編輯于星期五

第八章光電式傳感器8.1光的特性與光源8.2光電效應(yīng)8.3光電器件8.4光纖傳感器8.5光電式傳感器應(yīng)用現(xiàn)在是9頁\一共有108頁\編輯于星期五一、光電效應(yīng)基本概念§8.2光電效應(yīng)金屬金屬氧化物半導(dǎo)體光照

電子光電效應(yīng)是光電傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理。外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)光照半導(dǎo)體電子在物體內(nèi)部運(yùn)動外光電效應(yīng)金屬金屬氧化物光照電子逸出物體表面現(xiàn)在是10頁\一共有108頁\編輯于星期五外光電效應(yīng)：物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。二、外光電效應(yīng)（3）逸出的光電子具有動能。（4）從光照至發(fā)射電子，時間<10-9s。愛因斯坦光電效應(yīng)方程：（1）光電子能否產(chǎn)生，取決于光子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功。（2）入射光頻譜成分一定時，產(chǎn)生的光電流和光強(qiáng)成正比?！?.2光電效應(yīng)現(xiàn)在是11頁\一共有108頁\編輯于星期五內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。三、內(nèi)光電效應(yīng)基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻等。在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化。當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時，若這個光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料，且光輻射能量又足夠強(qiáng),光電材料價帶上的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。§8.2光電效應(yīng)1、光電導(dǎo)效應(yīng)禁帶導(dǎo)帶價帶

Eg電子能量E自由電子所占能帶hυ≧Eg不存在電子所占能帶價電子所占能帶禁帶導(dǎo)帶價帶

Eg電子能量E光生電子空穴對現(xiàn)在是12頁\一共有108頁\編輯于星期五（1）勢壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）光照射PN結(jié)時，若hυ≧Eg，使價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內(nèi)電場的作用下，電子偏向N區(qū)外側(cè)，空穴偏向P區(qū)外側(cè)，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成光生電動勢。三、內(nèi)光電效應(yīng)在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象?；谠撔?yīng)的器件有光電池和光敏二極管、三極管等?！?.2光電效應(yīng)2、光生伏特效應(yīng)現(xiàn)在是13頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）側(cè)向光電效應(yīng)

當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時，因載流子濃度梯度而產(chǎn)生側(cè)向光電效應(yīng)。光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對，光照部分載流子濃度比未受光照部分的大，就出現(xiàn)濃度梯度，因而載流子要擴(kuò)散。三、內(nèi)光電效應(yīng)（3）處于反偏的PN結(jié)

無光照時，反向電阻很大，反向電流很小。§8.2光電效應(yīng)2、光生伏特效應(yīng)

有光照時，光子能量足夠大產(chǎn)生光生電子—空穴對，在PN結(jié)電場作用下，形成光電流，電流方向與反向電流一致，光照越大光電流越大。器件：光敏二、三極管?，F(xiàn)在是14頁\一共有108頁\編輯于星期五

第八章光電式傳感器8.1光的特性與光源8.2光電效應(yīng)8.3光電器件8.4光纖傳感器8.5光電式傳感器應(yīng)用現(xiàn)在是15頁\一共有108頁\編輯于星期五光電管：外光電效應(yīng)器件。一、光電管當(dāng)光線照射在光敏材料上時，如果光子的能量大于電子的逸出功，會有電子逸出產(chǎn)生電子發(fā)射。電子被帶有正電的陽極吸引，在光電管內(nèi)形成電子流，電流在回路電阻RL上產(chǎn)生正比于電流大小的壓降?！?.3光電器件現(xiàn)在是16頁\一共有108頁\編輯于星期五光照很弱時，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。如核儀器中閃爍探測器多使用光電倍增管做光電轉(zhuǎn)換元件。二、光電倍增管光電倍增管工作原理：利用二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進(jìn)行放大?！?.3光電器件IAKD1D2D3D4AR1R2R3R4R5RLUOUT光電倍增管結(jié)構(gòu)：由陰極、次陰極（倍增電極）、陽極組成。次陰極可達(dá)30級，通常為12~14級?，F(xiàn)在是17頁\一共有108頁\編輯于星期五光敏電阻：內(nèi)光電效應(yīng)器件。三、光敏電阻基本結(jié)構(gòu)：在玻璃底版上涂一層對光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端有梳狀金屬電極，在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜?！?.3光電器件1、基本結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理：光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)光敏電阻受到光照時，光生電子—空穴對增加，阻值減小，電流增大?，F(xiàn)在是18頁\一共有108頁\編輯于星期五（1）暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流、光電流暗電阻：光敏電阻在未受到光照時的阻值，此時流過的電流為暗電流。亮電阻：在受到光照時的電阻，此時的電流稱為亮電流。光電流：亮電流與暗電流之差。§8.3光電器件三、光敏電阻2、主要參數(shù)和基本特性0

0.20.40.60.81.01.20.300.250.20

0.150.10

0.05（2）光照特性描述光電流與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。多數(shù)是非線性的。不宜做線性測量元件，一般用做開關(guān)式的光電轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在是19頁\一共有108頁\編輯于星期五（3）光譜特性光譜響應(yīng)：光敏電阻靈敏度與入射波長有關(guān)。光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)。材料與相對靈敏度峰位波長：硫化鎘，300～800nm，在可見光區(qū)域，常被用作光度量測量（照度計）的探頭。硫化鉛，1000～2500nm，響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū),常用做火焰探測器的探頭?！?.3光電器件三、光敏電阻2、主要參數(shù)和基本特性0.5

1.01.52.02.53.03.510080

60

4020

0選用時要綜合考慮元件和光源現(xiàn)在是20頁\一共有108頁\編輯于星期五（4）伏安特性所加電壓越高，光電流越大，而且沒有飽和的現(xiàn)象。但受最大功耗限制。在給定的電壓下，光電流的數(shù)值將隨光照增強(qiáng)而增大。（5）溫度特性光敏電阻硫化鉛的溫度特性，峰值隨溫度上升向波長短的方向移動。§8.3光電器件三、光敏電阻2、主要參數(shù)和基本特性50100654

32

101.02.03.04.010080

6040

20現(xiàn)在是21頁\一共有108頁\編輯于星期五（6）穩(wěn)定性初制成的光敏電阻，由于電阻體與其介質(zhì)的作用還沒有達(dá)到平衡，性能不穩(wěn)定。但在人工加溫、光照及加負(fù)載情況下，性能可達(dá)穩(wěn)定。光敏電阻在最初的老化過程中，阻值會有變化，但最后達(dá)到穩(wěn)定值后就不再變化。這是光敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)。光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況下幾乎是無限長的。

§8.3光電器件三、光敏電阻2、主要參數(shù)和基本特性現(xiàn)在是22頁\一共有108頁\編輯于星期五（1）光敏二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。在透明玻璃外殼中，PN結(jié)裝在管的頂部，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般處于反向工作狀態(tài)，在沒有光照射時反向電流很小，稱為暗電流；光照射在PN結(jié)上，PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子—空穴對，在PN結(jié)處內(nèi)電場作用下定向運(yùn)動，形成光電流。光的照度越大，光電流越大。光敏晶體管工作原理：基于光生伏特效應(yīng)?！?.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管1、結(jié)構(gòu)與原理因此，光敏二極管在不受光照射時處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時處于導(dǎo)通狀態(tài)。現(xiàn)在是23頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）光敏三極管與一般晶體管相似，具有兩個PN結(jié)，只是發(fā)射極一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積。§8.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管1、結(jié)構(gòu)與原理光敏二極管光敏三極管大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當(dāng)集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時，集電結(jié)就是反向偏壓，當(dāng)光照射在集電結(jié)時，在結(jié)附近產(chǎn)生電子—空穴對，會有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的β倍，所以光敏晶體管有放大作用。現(xiàn)在是24頁\一共有108頁\編輯于星期五（3）達(dá)林頓光敏管光敏晶體管的光電靈敏度雖然比光敏二極管高得多，但在需要高增益或大電流輸出的場合，需采用達(dá)林頓光敏管。§8.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管1、結(jié)構(gòu)與原理達(dá)林頓光敏管的等效電路：一個光敏晶體管和一個晶體管以共集電極連接方式構(gòu)成的集成器件。增加了一級電流放大，輸出電流能力大大加強(qiáng)，甚至可不必經(jīng)過進(jìn)一步放大，便可直接驅(qū)動靈敏繼電器。但無光照時暗電流也增大，因此適合于開關(guān)狀態(tài)或位式信號的光電變換?，F(xiàn)在是25頁\一共有108頁\編輯于星期五（1）光譜特性光敏管的光譜特性是指在一定照度時，輸出的光電流（或用相對靈敏度表示）與入射光波長的關(guān)系。硅和鍺光敏管光譜特性曲線：硅的峰值波長約為0.9μm，鍺的峰值波長約為1.5μm，此時靈敏度最大，當(dāng)入射光波長增長或縮短時，相對靈敏度都會下降?！?.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管2、基本特性400

6008001000120014001600180010080

6040200一般鍺管的暗電流較大，因此性能較差，故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時，一般都用硅管。但對紅外光的探測，用鍺管較為適宜?，F(xiàn)在是26頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）伏安特性硅光敏晶體管的伏安特性，縱坐標(biāo)為光電流，橫坐標(biāo)為集電極-發(fā)射極電壓。與一般晶體管在不同的基極電流時的輸出特性一樣。只需把光通量看作基極電流即可。晶體管具有放大作用，在同樣照度下，光電流比相應(yīng)的二極管大上百倍?！?.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管2、基本特性246810121443210現(xiàn)在是27頁\一共有108頁\編輯于星期五（3）頻率特性光敏管的頻率特性是指光敏管輸出的光電流（或相對靈敏度）隨頻率變化的關(guān)系。光敏二極管的頻率特性是半導(dǎo)體光電器件中最好的一種，普通光敏二極管頻率響應(yīng)時間達(dá)10μs。光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)范圍，但輸出電壓響應(yīng)也減小?！?.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管2、基本特性光敏晶體管的頻率特性現(xiàn)在是28頁\一共有108頁\編輯于星期五（4）溫度特性光敏管的溫度特性是指光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。從光敏晶體管的溫度特性曲線可看出：溫度變化對光電流影響很小，而對暗電流影響很大。因此，光敏晶體管作為測量元件時，在電子線路中應(yīng)該對暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會導(dǎo)致輸出誤差?！?.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管2、基本特性現(xiàn)在是29頁\一共有108頁\編輯于星期五（5）光照特性光敏三極管的光照特性近似線性關(guān)系。但光照足夠大時會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。故光敏三極管既可做線性轉(zhuǎn)換元件，也可做開關(guān)元件?！?.3光電器件四、光敏二極管和光敏三極管2、基本特性20040060080010004

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0現(xiàn)在是30頁\一共有108頁\編輯于星期五光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)變成電能的光電器件。光電池可把太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽虼擞址Q為太陽能電池。光電池有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。故光電池是有源元件。光電池有硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池、硫化鉈光電池、硫化鎘光電池等。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池和硒光電池?！?.3光電器件五、光電池硅光電池的價格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光。硒光電池的光電轉(zhuǎn)換效率低、壽命短，適于接收可見光。砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性與太陽光譜最吻合，且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等的電源方面應(yīng)用最廣?，F(xiàn)在是31頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.3光電器件五、光電池現(xiàn)在是32頁\一共有108頁\編輯于星期五硅光電池的結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：光電池實(shí)質(zhì)是一個大面積PN結(jié)，上電極為柵狀受光電極，下電極是一層襯底鋁?！?.3光電器件五、光電池1、基本結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理：當(dāng)光照射PN結(jié)的一個面時，電子—空穴對迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場作用下建立一個與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。一般可產(chǎn)生0.2～0.6V電壓50mA電流。硒光電池的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是33頁\一共有108頁\編輯于星期五（1）光譜特性對不同波長的光，光電池的靈敏度是不同的。從硅光電池和硒光電池的光譜特性曲線可知，不同材料的光電池，光譜響應(yīng)峰值所對應(yīng)的入射光波長是不同的，硅光電池波長在800nm附近，硒光電池在500nm附近?！?.3光電器件五、光電池2、基本特性20406080100硒硅入射光波長λ/nm040060080010001200相對靈敏度/%光電池的光譜特性硅光電池的光譜響應(yīng)波長范圍為400~1200nm，而硒光電池只能為380~750nm。硅光電池可在很寬的波長范圍內(nèi)應(yīng)用?，F(xiàn)在是34頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）光照特性不同光照射下有不同光電流和光生電動勢。短路電流在很大范圍內(nèi)與光強(qiáng)成線性關(guān)系。開路電壓與光強(qiáng)是非線性的，且在2000lx時趨于飽和?！?.3光電器件五、光電池2、基本特性光電池作為測量元件時，應(yīng)作為電流源來使用，不宜用作電壓源，且負(fù)載電阻越小越好?，F(xiàn)在是35頁\一共有108頁\編輯于星期五（3）頻率特性光電池的頻率特性是反映光的交變頻率和光電池輸出電流的關(guān)系。從硅光電池和硒光電池的頻率特性曲線可知，硒光電池的頻率響應(yīng)較差，而硅光電池的較好。硅光電池有很高的頻率響應(yīng)，可用于高速記數(shù)、有聲電影等方面?！?.3光電器件五、光電池2、基本特性光電池的頻率特性現(xiàn)在是36頁\一共有108頁\編輯于星期五（4）溫度特性光電池溫度特性，描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度的變化。溫度漂移影響到測量精度或控制精度等重要指標(biāo)，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。從硅光電池溫度特性可知，開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。因此光電池作為測量元件時，最好能保證溫度恒定或采取溫度補(bǔ)償?！?.3光電器件五、光電池2、基本特性光電池的溫度特性現(xiàn)在是37頁\一共有108頁\編輯于星期五光電耦合器件又稱光電隔離器。由發(fā)光元件和接收光敏元件集成在一起，發(fā)光管輻射可見光或紅外光，受光器件在光輻射作用下控制輸出電流大小。通過電—光、光—電兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入輸出耦合。為了保證高靈敏度，發(fā)光元件和接收元件的波長應(yīng)匹配?！?.3光電器件六、光電耦合器件1、基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是38頁\一共有108頁\編輯于星期五實(shí)現(xiàn)以光為媒介的傳輸，輸入和輸出端的電阻很高；輸入輸出完全隔離，有獨(dú)立的輸入輸出阻抗。具有傳輸單向性，即從發(fā)光光源至受光器件，不會反饋；有很強(qiáng)的抗干擾能力和隔離性能，可避免振動、噪聲干擾。發(fā)光光源為砷化鎵發(fā)光二極管，具有低阻抗的特點(diǎn)。響應(yīng)速度快，可用于高頻電路。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，壽命長?！?.3光電器件六、光電耦合器件2、基本特性特別適宜做數(shù)字電路開關(guān)信號傳輸、邏輯電路隔離器、計算機(jī)測量、控制系統(tǒng)中做無觸點(diǎn)開關(guān)等?，F(xiàn)在是39頁\一共有108頁\編輯于星期五光電開關(guān)：利用感光元件對變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，同時加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出“開”、“關(guān)”信號的器件。§8.3光電器件七、光電開關(guān)透射式光電開關(guān)：發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的。當(dāng)不透明的物體經(jīng)過時，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發(fā)光元件的光，起到了檢測作用。反射式光電開關(guān)：發(fā)光元件和接收元件的光軸在同一平面且以某一角度相交，交點(diǎn)一般即為待測物所在處。當(dāng)有物體經(jīng)過時，接收元件將接收到從物體表面反射的光，沒有物體時則接收不到。光電開關(guān)的特點(diǎn)：小型、高速、非接觸，與TTL、MOS等電路容易結(jié)合。現(xiàn)在是40頁\一共有108頁\編輯于星期五"forgroundbreakingachievementsconcerningthetransmissionoflightinfibersforopticalcommunication""fortheinventionofanimagingsemiconductorcircuit–theCCDsensor"TheNobelPrizeinPhysics2009

CharlesK.KaoWillardS.BoyleGeorgeE.Smith1/2oftheprize1/4oftheprize1/4oftheprize現(xiàn)在是41頁\一共有108頁\編輯于星期五美國科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯1969年共同發(fā)明了CCD圖像傳感器。2009年被授予諾貝爾物理學(xué)獎，獲1/2獎金。CCD圖像傳感器：數(shù)碼照相機(jī)的電子眼，通過用電子捕獲光線來替代以往的膠片成像，攝影技術(shù)徹底革新；這一發(fā)明也推動了醫(yī)學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展，在疾病診斷、人體透視及顯微外科等領(lǐng)域都有著廣泛用途?！@獎成就介紹評語§8.3光電器件八、電荷耦合器件博伊爾史密斯高錕現(xiàn)在是42頁\一共有108頁\編輯于星期五電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice,縮寫為CCD）是一種大規(guī)模金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路光電器件。CCD以電荷為信號，具有光電信號轉(zhuǎn)換、存儲、移位并讀出信號電荷的功能。CCD集成度高、尺寸小、電壓低（DC7～12V）、功耗小。

§8.3光電器件八、電荷耦合器件CCD自1970年問世以來，因其獨(dú)特的性能而發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于航天、遙感、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、天文及通訊等軍用及民用領(lǐng)域信息存儲及信息處理等方面，尤其適用以上領(lǐng)域中的圖像識別技術(shù)?，F(xiàn)在是43頁\一共有108頁\編輯于星期五嫦娥二號嫦娥探月CCD立體相機(jī)§8.3光電器件現(xiàn)在是44頁\一共有108頁\編輯于星期五（１）MOS光敏元CCD是由若干個電荷耦合單元組成。基本單元是MOS（Metal-OxideSemiconductor）光敏元?！?.3光電器件八、電荷耦合器件1、CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理MOS單元結(jié)構(gòu)：以P或N型半導(dǎo)體為襯底；上面覆蓋一層厚度約120nm的氧化層SiO2作為電解質(zhì)；再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極為柵電極，形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體的MOS結(jié)構(gòu)單元。

現(xiàn)在是45頁\一共有108頁\編輯于星期五空穴耗盡區(qū)：金屬電極上施加正電壓、襯底接地時，在電場作用下，靠近氧化層的P型硅中的多數(shù)載流子（空穴）受到排斥，從而形成一個空穴耗盡區(qū)?！?.3光電器件八、電荷耦合器件1、CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理顯微鏡下MOS元表面勢阱：耗盡區(qū)對帶負(fù)電的電子而言是一個勢能很低的區(qū)域，稱為勢阱?，F(xiàn)在是46頁\一共有108頁\編輯于星期五表面勢阱：半導(dǎo)體內(nèi)的少數(shù)載流子（電子）吸引到P-Si界面處來，從而在界面附近形成一個帶負(fù)電荷的耗盡區(qū)，也稱表面勢阱?！?.3光電器件八、電荷耦合器件1、CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理光照射在硅片上，在光子作用下，半導(dǎo)體硅產(chǎn)生了電子-空穴對，光生電子就被附近的勢阱所吸收，而空穴被排斥出耗盡區(qū)，勢阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到該勢阱附近光強(qiáng)成正比。這樣一個MOS結(jié)構(gòu)元為MOS光敏元叫做一個像素，存儲了電荷的勢阱被稱為電荷包?，F(xiàn)在是47頁\一共有108頁\編輯于星期五在半導(dǎo)體硅片上有成千上萬個相互獨(dú)立的MOS光敏元。一幅明暗起伏的圖像照射在這些光敏元上，光敏元就感生出一幅與光照強(qiáng)度相對應(yīng)光生電荷圖像。這就是電荷耦合器件的光電物理效應(yīng)基本原理?！?.3光電器件八、電荷耦合器件1、CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理現(xiàn)在是48頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）電信號注入法CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對信號電壓或電流采樣，信號電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號電荷?；窘Y(jié)構(gòu)：在襯底上擴(kuò)散上N區(qū)，形成PN結(jié)。工作原理：IG加正偏壓。PN結(jié)中的電子經(jīng)IG溝道進(jìn)入Φ1下的勢井。IG△t正脈沖，Q＝ID△t。（1）光注入法CCD受到光照，柵極附近產(chǎn)生電子-空穴對，電子被收集在勢阱中形成信號電荷，存儲起來。存儲量正比于光強(qiáng)，反映圖像明暗?！?.3光電器件八、電荷耦合器件2、信號電荷的產(chǎn)生Φ1IGIDIGID現(xiàn)在是49頁\一共有108頁\編輯于星期五（1）移位寄存器的結(jié)構(gòu)MOS結(jié)構(gòu)，由金屬電極、氧化物、半導(dǎo)體三部分組成。與MOS光敏元的區(qū)別在于，半導(dǎo)體底部覆蓋了一層遮光層，防止外來光線干擾。MOS光敏元的光電轉(zhuǎn)換功能將投射到光敏元上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號“圖像”，即將光強(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成正比的、大小不等的電荷包空間分布。CCD電荷耦合器件直接產(chǎn)生的為電荷信號而不是電壓、電流信號。§8.3光電器件八、電荷耦合器件3、電荷轉(zhuǎn)移原理（移位寄存器）移位寄存器的作用：移位寄存器的移位功能將光生電荷“圖像”轉(zhuǎn)移出來，從輸出電路上檢測到幅度與光生電荷包成正比的電脈沖序列，從而將照射在CCD上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號圖像。也稱為讀出移位寄存器。現(xiàn)在是50頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.3光電器件八、電荷耦合器件3、電荷轉(zhuǎn)移原理（2）電荷轉(zhuǎn)移原理電荷轉(zhuǎn)移的控制方法，非常類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)控制方式，也有二、三、四相等控制方式之分。三相控制方式的電荷定向轉(zhuǎn)移過程。t=t0t=t1t=t2t=t3現(xiàn)在是51頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）電荷定向轉(zhuǎn)移原理經(jīng)過一個時鐘脈沖周期，電荷從前一級的一個電極下，轉(zhuǎn)移到下一級的同號電極下。隨著控制脈沖的變化，信號電荷便從CCD一端轉(zhuǎn)移到終端，實(shí)現(xiàn)電荷的耦合與定向轉(zhuǎn)移。§8.3光電器件八、電荷耦合器件3、電荷轉(zhuǎn)移原理t=t0t=t1t=t2t=t3現(xiàn)在是52頁\一共有108頁\編輯于星期五CCD信號電荷輸出方式：電流輸出和電壓輸出兩種。

§8.3光電器件八、電荷耦合器件4、CCD信號電荷的輸出在襯底上擴(kuò)散上N區(qū)，形成PN結(jié)。OG加正偏壓形成溝道，PN結(jié)加反偏電壓形成深勢阱，Φ3勢阱中電荷經(jīng)溝道流入PN勢阱，電荷上流成電流，在負(fù)載電阻上輸出與電荷成正比的電壓。CCD=MOS光敏元+輸入輸出端CCD固態(tài)圖像傳感器=MOS光敏器件

+移位寄存器現(xiàn)在是53頁\一共有108頁\編輯于星期五感光部分：照射的光學(xué)圖像通過MOS光敏元的光電轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換成電信號“圖像”，即光強(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成正比、大小不等的電荷包空間分布。電荷耦合器件用于固態(tài)圖像傳感器中，作為攝像或像敏的器件。組成：CCD固態(tài)圖像傳感器由感光部分和移位寄存器組成。功能：照射在CCD上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號圖像?！?.3光電器件八、電荷耦合器件5、CCD固態(tài)圖像傳感器移位寄存器：光生電荷“圖像”通過移位寄存器的移位功能轉(zhuǎn)移出來，從輸出電路上檢測到幅度與光生電荷包成正比的電脈沖序列?，F(xiàn)在是54頁\一共有108頁\編輯于星期五轉(zhuǎn)移控制柵控制光電荷向移位寄存器轉(zhuǎn)移。在移位寄存器上施加時鐘脈沖，轉(zhuǎn)移到移位寄存器內(nèi)的信號電荷由移位寄存器串行輸出。分類：根據(jù)光敏元件排列形式的不同，CCD固態(tài)圖像傳感器可分為線型和面型兩種；根據(jù)CCD結(jié)構(gòu)形式的不同，有單溝道CCD、雙溝道CCD、幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD、行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD等?！?.3光電器件八、電荷耦合器件5、CCD固態(tài)圖像傳感器（1）線型CCD圖像傳感器線型CCD圖像傳感器是由分別直線排列MOS光敏單元和移位寄存器構(gòu)成，光敏單元與移位寄存器之間有一個轉(zhuǎn)移控制柵。單行結(jié)構(gòu)線型CCD雙行結(jié)構(gòu)線型CCD現(xiàn)在是55頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）面型CCD圖像傳感器按一定方式排列一維線型光敏單元及移位寄存器成二維陣列構(gòu)成面型CCD?！?.3光電器件八、電荷耦合器件5、CCD固態(tài)圖像傳感器面型CCD圖像傳感器有三種基本類型：線轉(zhuǎn)移型、幀轉(zhuǎn)移型和行間轉(zhuǎn)移型。線轉(zhuǎn)移型幀轉(zhuǎn)移型行間轉(zhuǎn)移型現(xiàn)在是56頁\一共有108頁\編輯于星期五（2）面型CCD圖像傳感器線轉(zhuǎn)移面型CCD：行掃描發(fā)生器、感光區(qū)和輸出寄存器等組成。特點(diǎn)：有效光敏面積大，轉(zhuǎn)移速度快，轉(zhuǎn)移效率高等，但電路比較復(fù)雜，易引起圖像模糊?！?.3光電器件八、電荷耦合器件5、CCD固態(tài)圖像傳感器行間轉(zhuǎn)移型CCD：應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，光敏單元與垂直轉(zhuǎn)移寄存器交替排列。特點(diǎn)：感光單元面積減小，圖像清晰，但單元設(shè)計復(fù)雜。幀轉(zhuǎn)移面型CCD：由光敏元面陣（感光區(qū)）、存儲器面陣和輸出移位寄存器三部分構(gòu)成。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，光敏單元密度高，但增加了存儲區(qū)。線型CCD圖像傳感器主要用于測試、傳真和光學(xué)文字識別技術(shù)等方面。要獲得整個二維圖像的視頻信號必須用掃描的方法。面型CCD圖像傳感器主要用于圖象的傳感，如固體攝像器件，圖象存儲和圖象處理器件?，F(xiàn)在是57頁\一共有108頁\編輯于星期五PSD一般為制作在同一硅片上的PIN結(jié)構(gòu)。上面為P層，下面為N層，在P層和N層之間有一層高電阻率的本征半導(dǎo)體I層。位置敏感器件（PositionSensitiveDetector,簡稱PSD）：一種敏感感光面上入射光點(diǎn)位置的器件，也稱為坐標(biāo)光電池，輸出信號與光點(diǎn)在光敏面上的位置有關(guān)。PSD具有高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)速度快和配置電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，在位置坐標(biāo)的精確測量、位置變化檢測、位置跟蹤、工業(yè)自動控制等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用?！?.3光電器件九、位置敏感器件1、PSD的結(jié)構(gòu)與原理現(xiàn)在是58頁\一共有108頁\編輯于星期五光斑能量中心相對于器件中心位置xA，只與I1和I2電流的差值及總電流I0之間的比值有關(guān)，與入射光能的大小無關(guān)。P層是光敏層，也是一個均勻的電阻層，在P層表面電阻層的兩端各設(shè)置一輸出極?！?.3光電器件九、位置敏感器件1、PSD的結(jié)構(gòu)與原理當(dāng)入射光照射到PSD的光敏層時，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號電荷，此電荷形成的光電流通過P型電阻層分別由電極①和電極②輸出。設(shè)電極①、②距光敏面中心點(diǎn)的距離分別為L，光束入射點(diǎn)的位置距中心點(diǎn)的距離為xA，流過兩電極的電流分別為I1和I2，則有現(xiàn)在是59頁\一共有108頁\編輯于星期五PSD有兩種：一維PSD和二維PSD。§8.3光電器件九、位置敏感器件2、PSD的種類與應(yīng)用一維PSD的感光面大多為細(xì)長的矩形條。主要用來測量光點(diǎn)在一維方向上的位置或位置移動量。二維PSD的感光面是方形的。用來測定光點(diǎn)在平面上的二維（x，y）坐標(biāo)?，F(xiàn)在是60頁\一共有108頁\編輯于星期五

第八章光電式傳感器8.1光的特性與光源8.2光電效應(yīng)8.3光電器件8.4光纖傳感器8.5光電式傳感器應(yīng)用現(xiàn)在是61頁\一共有108頁\編輯于星期五1966年，高錕就在光纖物理學(xué)上取得了突破性成果，計算出如何使光在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。這項(xiàng)成果最終促使光纖通信系統(tǒng)問世，正是光纖通信為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展鋪平了道路。高錕因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸及用于光學(xué)通信方面”做出了突破性成就，獲2009年諾貝爾物理學(xué)獎，1/2獎金。博伊爾史密斯高錕§8.4光纖傳感器現(xiàn)在是62頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種新技術(shù)，伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。光纖傳感器特點(diǎn)：

不受電磁干擾，高絕緣強(qiáng)度，防爆性好；體積小，重量輕，可繞曲，耐腐蝕；靈敏度高，集傳感與傳輸于一體，能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等。光纖傳感器可用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和PH值等70多個物理量的測量，在自動控制、在線檢測、故障診斷、安全報警等方面具有極為廣泛的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景?，F(xiàn)在是63頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器一、光纖的基本結(jié)構(gòu)和傳輸原理1、光纖的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維簡稱光纖，一種特殊結(jié)構(gòu)的光學(xué)纖維。光纖材料：基本為石英玻璃，有不同摻雜。光纖導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)，纖芯的折射率N1略大于包層的折射率N2。光纖主要由三部分組成：纖芯——中心的圓柱體包層——圍繞著纖芯的圓形外層護(hù)套——在包層外面還常有一層保護(hù)套，多為尼龍材料，以增加機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)在是64頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器一、光纖的基本結(jié)構(gòu)和傳輸原理2、光纖的傳光原理光在光纖中傳播基于光的全反射。當(dāng)光線射入一個端面并與圓柱的軸線成θi角時，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后,又以φi角入射至纖芯與包層的界面，光線有一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。

但當(dāng)入射角θi小于臨界入射角θc時，光線就不會透射界面，而全部被反射，光在纖芯和包層的界面上反復(fù)逐次全反射，呈鋸齒波形狀在纖芯內(nèi)向前傳播，最后從光纖的另一端面射出。這就是光纖的傳光原理。現(xiàn)在是65頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器一、光纖的基本結(jié)構(gòu)和傳輸原理2、光纖的傳光原理光纖臨界入射角的大小是由光纖本身的性質(zhì)決定的，與光纖的幾何尺寸無關(guān)。實(shí)際工作時需要光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光線仍然繼續(xù)前進(jìn)。這里光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的?，F(xiàn)在是66頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器二、光纖的基本特性1、數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑（NA）定義為臨界入射角θc的正弦函數(shù)定義為光纖的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑表征光纖集光本領(lǐng)的一個重要參數(shù)，即反映光纖接收光量的多少。物理意義：無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射角處于2θc的光椎角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。光纖的NA越大，集光能力越強(qiáng)，一般希望數(shù)值孔徑大，這有利于提高耦合效率。數(shù)值孔徑過大，會造成光信號畸變。數(shù)值孔徑選擇要適當(dāng)，石英光纖常選0.2~0.4?，F(xiàn)在是67頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器二、光纖的基本特性2、光纖模式光纖模式是指光波傳播的途徑和方式。不同入射角度的光線，在界面反射的次數(shù)是不同的，傳遞的光波之間的干涉所產(chǎn)生的橫向強(qiáng)度分布也是不同的，這就是傳播模式不同。單模光纖：一般纖芯直徑為2~12μm，只能傳輸一種模式稱為單模光纖。這類光纖的傳輸性能好，信號畸變小，信息容量大，線性好，靈敏度高；但因纖芯尺寸小，制造、連接和耦合都比較困難。光纖模式值定義為α為纖芯半徑；λ0入射光波長。現(xiàn)在是68頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器二、光纖的基本特性2、光纖模式多模光纖：纖芯直徑較大（50~100μm），傳輸模式較多稱為多模光纖。這類光纖的性能較差，輸出波形有較大的差異，但因纖芯截面積大，故容易制造，連接和耦合比較方便。單模和多模光纖是當(dāng)前光纖通訊技術(shù)最常用的普通光纖。階躍型：光纖纖芯的折射率分布各點(diǎn)均勻一致。梯度型：折射率呈聚焦型。折射率軸線上最大，離開軸線逐步降低，邊沿處與包層區(qū)一樣?，F(xiàn)在是69頁\一共有108頁\編輯于星期五光纖傳輸損耗定義為長度L(km)的光纖輸出端光功率Po與輸入端光功率Pi的比值，用分貝(dB)表示。衰減率為§8.4光纖傳感器二、光纖的基本特性3、光纖傳輸損耗光纖傳輸損耗（或稱為衰減）主要來源于材料吸收損耗、散射損耗和光波導(dǎo)彎曲損耗。在一根率減率為10dB/km的光纖中，表示當(dāng)光纖傳輸1km后，光強(qiáng)下降到入射時的1/10?，F(xiàn)在是70頁\一共有108頁\編輯于星期五散射損耗：主要是由于材料密度及濃度不均勻引起的，這種散射與波長的四次方成反比。因此散射隨著波長的縮短而迅速增大。在近紅外波段有最小的傳輸損耗。長波長光纖已成為目前發(fā)展的方向?！?.4光纖傳感器二、光纖的基本特性3、光纖傳輸損耗吸收損耗：光纖材料中存在雜質(zhì)離子、原子的缺陷等會吸收光，從而造成材料吸收損耗。光纖拉制時粗細(xì)不均勻以及纖芯與包層界面的不光滑、污染等，也會造成嚴(yán)重的散射損耗。彎曲損耗：使用過程中可能產(chǎn)生的一種損耗。光波導(dǎo)彎曲會引起傳輸模式的轉(zhuǎn)換，激發(fā)高階模進(jìn)入包層產(chǎn)生損耗?，F(xiàn)在是71頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器三、光纖傳感器1、光纖傳感器基本原理光調(diào)制原理：在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號（溫度、壓力、應(yīng)變、位移、振動、電場等）與光的相互作用，即光被外界參數(shù)調(diào)制的原理。外界信號可能引起光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變化，從而形成不同的調(diào)制。五個基本部分：光源、敏感元件（光纖或非光纖的）、光探測器、信號處理系統(tǒng)以及光纖等。光源發(fā)出的光通過源光纖引到敏感元件，被測參數(shù)作用于敏感元件，調(diào)制后的光信號經(jīng)光探測器轉(zhuǎn)換為電信號。2、光纖傳感器組成現(xiàn)在是72頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器三、光纖傳感器光纖傳感器目前可測量70多種物理量，種類很多，一般可分為功能型和非功能型兩類。3、光纖傳感器分類功能型（FunctionalFiber，縮寫為FF）：利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器傳感器，又稱為傳感型傳感器。非功能型（NonFunctionalFiber，縮寫為NFF）：光纖僅起傳輸光的作用，在光纖端面或中間加裝敏感元件感受被測量的變化，又稱為傳光型傳感器。現(xiàn)在是73頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器三、光纖傳感器相位的變化（1）功能型光纖傳感器光纖本身對外界被測對象具有敏感能力和檢測功能，光纖在被測對象作用下，相位、光強(qiáng)、偏振態(tài)等光學(xué)特性受到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了被測信息。3、光纖傳感器分類①相位調(diào)制型光纖傳感器當(dāng)真空中的光入射到長度為l、折射率為n、直徑為的d光纖時，當(dāng)l>>d，入射端面為基準(zhǔn)，則出射光的相位為因此，應(yīng)變ε和折射率的變化會產(chǎn)生相位的變化。測量物理量：溫度、壓力、加速度等。調(diào)制解調(diào)方法：常采用干涉技術(shù)。常用干涉測量儀器：馬赫－澤德干涉儀、邁克耳遜干涉儀、賽格納克干涉儀等?，F(xiàn)在是74頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器三、光纖傳感器3、光纖傳感器分類（1）功能型光纖傳感器相位調(diào)制型光纖傳感器測量壓力或溫度動畫演示現(xiàn)在是75頁\一共有108頁\編輯于星期五特點(diǎn)：內(nèi)部變化，宜在惡劣環(huán)境中應(yīng)用，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定?！?.4光纖傳感器三、光纖傳感器②光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器原理：光纖微彎曲損耗。3、光纖傳感器分類（1）功能型光纖傳感器①相位調(diào)制型光纖傳感器例如：邁克耳遜干涉調(diào)制解調(diào)技術(shù)?，F(xiàn)在是76頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器三、光纖傳感器3、光纖傳感器分類（1）功能型光纖傳感器現(xiàn)在是77頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.4光纖傳感器三、光纖傳感器3、光纖傳感器分類（2）非功能型光纖傳感器傳光型光纖傳感器的光纖只當(dāng)作傳播光的媒介，待測對象的調(diào)制功能由光電轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在是78頁\一共有108頁\編輯于星期五

第八章光電式傳感器8.1光的特性與光源8.2光電效應(yīng)8.3光電器件8.4光纖傳感器8.5光電式傳感器應(yīng)用現(xiàn)在是79頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多，又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維等相繼應(yīng)用，使光電式傳感器在檢測和控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。光電式傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式?，F(xiàn)在是80頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用一、光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器是一種簡諧振子的結(jié)構(gòu)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，反射光作為測量光束。當(dāng)傳感器感受加速度時，質(zhì)量塊M對光纖作用，從而使光纖被拉伸，引起光程差的改變，進(jìn)而反射光相位發(fā)生變化。相位改變的激光束由單模光纖射出后與參考光束會合產(chǎn)生干涉效應(yīng)。激光干涉儀干涉條紋的移動可由光電接收裝置轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號處理電路處理后便可以正確地測出加速度值?，F(xiàn)在是81頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用二、光纖溫度傳感器根據(jù)工作原理光纖溫度傳感器可分為相位調(diào)制型、光強(qiáng)調(diào)制型和偏振光型等。光強(qiáng)調(diào)制半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體光吸收器、光纖、光源和包括光探測器在內(nèi)的信號處理系統(tǒng)等組成的。半導(dǎo)體材料的能量隙隨溫度幾乎成線性變化。光透過率特性曲線隨溫度的增加向長波方向移動，透射過半導(dǎo)體材料的光強(qiáng)隨溫度而變化，探測器檢測輸出光強(qiáng)的變化即可測量溫度?，F(xiàn)在是82頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用二、光纖溫度傳感器半導(dǎo)體光吸收型光纖傳感器的測量范圍隨半導(dǎo)體材料和光源而變，一般在-100~300℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測量，響應(yīng)時間約為2s。特點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)簡單、時間響應(yīng)快、工作穩(wěn)定、成本低、便于推廣應(yīng)用?，F(xiàn)在是83頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用三、光纖位移傳感器反射式光纖位移傳感器利用光纖實(shí)現(xiàn)無接觸位移測量。光源經(jīng)一束多股光纖將光信號傳送至端部，并照射到被測物體上。另一束光纖接受反射的光信號，并通過光纖傳送到光敏元件上。被測物體與光纖間距離變化，反射到接受光纖上，光通量發(fā)生變化。再通過光電傳感器檢測出距離的變化?，F(xiàn)在是84頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用四、光纖式光電開關(guān)遮斷型光纖光電開關(guān)現(xiàn)在是85頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用四、光纖式光電開關(guān)缺料檢測或計數(shù)機(jī)械手控制螺絲長度和有無的檢測斷線監(jiān)測現(xiàn)在是86頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用五、光電開關(guān)應(yīng)用鑒別不同高度物體高度判別缺件剔除料位控制現(xiàn)在是87頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用五、光電開關(guān)應(yīng)用自動扶梯自動啟停汽車通過檢測汽車噴涂控制門窗防盜控制現(xiàn)在是88頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用六、光幕傳感器應(yīng)用自動裝配機(jī)的侵入檢測機(jī)器人工作區(qū)安全檢測現(xiàn)在是89頁\一共有108頁\編輯于星期五§8.5光電式傳感器應(yīng)用七、光電池路燈自動控制器天黑：

BG1導(dǎo)通，J動作，路燈亮。天亮：

光電池電動勢，BG1截止，J釋放，路燈滅。220VCJD-10路燈8VC1200uC2200u

R1470kR2200kR310kR457k