光電式傳感器及應(yīng)用

光電式傳感器及應(yīng)用2023/4/261第1頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一引言光電式傳感器是以光電元件作為轉(zhuǎn)化元件，將被測(cè)非電量通過光量的變化再轉(zhuǎn)化成電量的傳感器。光電式傳感器一般由光源、光學(xué)元件和光電元件3部分組成。光電元件是構(gòu)成光電式傳感器最主要的部件。光電器件響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，而且有較高的可靠性，因此在自動(dòng)檢測(cè)，計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。光電式傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。2023/4/262第2頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容6.1光電效應(yīng)及光電元器件6.2光電式傳感器的實(shí)用電路6.3光纖傳感器6.4紅外傳感器2023/4/263第3頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.1光電效應(yīng)及光電元器件光電式傳感器的工作原理是基于不同形式的光電效應(yīng)。根據(jù)光的波粒二象性，光是一種以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流，這種粒子稱為光子。具有的能量hν正比于光的頻率ν（h普朗克常數(shù)）。每個(gè)光子具有的能量為E=hν

6.1.1光電效應(yīng)及分類2023/4/264第4頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特點(diǎn)對(duì)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。用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hν的光子所轟擊，組成該物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。2023/4/265第5頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電響應(yīng)的類型（1）外光電效應(yīng)。真空管元件（2）內(nèi)光電效應(yīng)。（3）光生伏特效應(yīng)。（2）、（3）類屬于半導(dǎo)體元件。2023/4/266第6頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光學(xué)單位流明（lm）和勒克斯（lx）兩個(gè)光學(xué)單位。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。勒克斯是照度的單位，它表征受照物體被照程度的物理量。2023/4/267第7頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.1.2光電元器件及基本測(cè)量電路（1）結(jié)構(gòu)與工作原理。它們是利用外光電效應(yīng)制成的光電元件。

1．光電管、光電倍增管光電管的結(jié)構(gòu)2023/4/268第8頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電子的能量當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功A時(shí)，自由電子就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成逸出電子。這種逸出的電子稱為光電子，光電子逸出金屬表面的初速度υ可由愛因斯坦光電效應(yīng)方程確定。（1/2）mυ2=hν?A

2023/4/269第9頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特點(diǎn)當(dāng)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ν要大于某一最低限度，否則當(dāng)hν小于A時(shí)，不管光通量有多大，都不可能有電子逸出，這個(gè)最低限度的頻率稱為紅限。當(dāng)hν大于A時(shí)，光通量越大，逸出的電子數(shù)目也越多，光電流Iφ就越大。2023/4/2610第10頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電管符號(hào)及測(cè)量電路光電管正常工作時(shí)，陽極電位高于陰極電位。在入射光頻率大于“紅限”的前提下，當(dāng)光電管陽極加上適當(dāng)電壓（幾十伏）時(shí)，從陰極表面逸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，稱為光電流。2023/4/2611第11頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電倍增管光電倍增管是把微弱的光輸入轉(zhuǎn)換成電子，并使電子獲得倍增的電真空器件。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(cè)量。光電倍增管由兩個(gè)主要部分構(gòu)成：陰極室和若干光電倍增極組成的二次發(fā)射倍增系統(tǒng)2023/4/2612第12頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)示意圖在它的陰極與陽極之間設(shè)置許多二次倍增極D1、D2、D3、……，它們又稱為第1倍增極、第2倍增極……，相鄰電極之間通常加上100V左右的電壓，其電位逐級(jí)提高，陰極電位最低，陽極電位最高，兩者之差一般在。600～1

200V左右。光電倍增管結(jié)構(gòu)示意圖2023/4/2613第13頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電倍增管的基本電路2023/4/2614第14頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原理當(dāng)微光照射陰極K時(shí)，從陰極K上逸出的光電子在D1-的電場(chǎng)作用下，以高速向倍增極D1射去，產(chǎn)生二次發(fā)射，于是更多的二次發(fā)射的電子又在D2電場(chǎng)作用下，射向第二倍增極，激發(fā)更多的二次發(fā)射電子，如此下去，一個(gè)光電子將激發(fā)更多的二次發(fā)射電子，最后被陽極所收集。若每級(jí)的二次發(fā)射倍增率為m，共有n級(jí)（通?？蛇_(dá)9～11級(jí)），則光電倍增管陽極得到的光電流比普通光電管大mn倍，因此光電倍增管的靈敏度極高。2023/4/2615第15頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電倍增管的穩(wěn)定性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(jīng)電阻RL得到輸出電壓Uo。當(dāng)用于測(cè)量穩(wěn)定的輻射通量時(shí)，圖中虛線連接的電容C-1、C2、…、Cn和輸出隔離電容C0都可以省去。這時(shí)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連接。當(dāng)入射光通量為脈沖量時(shí)，則應(yīng)將電源的負(fù)端接地，因?yàn)楣怆姳对龉艿年帢O接地比陽極接地有更低的噪聲，此時(shí)輸出端應(yīng)接入隔離電容，同時(shí)各倍增極的并聯(lián)電容亦應(yīng)接入，以穩(wěn)定脈沖工作時(shí)的各級(jí)工作電壓，穩(wěn)定增益并防止飽和。2023/4/2616第16頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光電管特性①光電特性。光電管光電特性曲線2023/4/2617第17頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②伏安特性。2023/4/2618第18頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③光譜特性。2023/4/2619第19頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一其他特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(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書和有關(guān)手冊(cè)合理選用。2023/4/2620第20頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電元件。它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)2023/4/2621第21頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）光敏電阻的工作原理和結(jié)構(gòu)。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。2023/4/2622第22頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光敏電阻

當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，阻值減小。2023/4/2623第23頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光敏電阻的基本特性和主要參數(shù)。①暗電阻和暗電流。②亮電阻和亮電流。③伏安特性。光敏電阻的伏安特性2023/4/2624第24頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光敏電阻的基本特性和主要參數(shù)（續(xù)）④光電特性。⑤光譜特性。某光敏電阻的光電特性光敏電阻的光譜特性2023/4/2625第25頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光敏電阻的基本特性和主要參數(shù)（續(xù)）⑥響應(yīng)時(shí)間。⑦溫度特性。2023/4/2626第26頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常用光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)器件材料禁帶寬度/eV光譜響應(yīng)范圍/nm峰值波長(zhǎng)/nm硫化鎘（CdS）2.45400～800515～550硒化鎘（CdSe）1.74680～750720～730硫化鉛（PbS）0.40500～3

0002

000碲化鉛（PbTe）0.31600～4

5002

200硒化鉛（PbSe）0.25700～5

8004

000硅（Si）1.12450～1

100850鍺（Ge）0.66550～1

8001

540銻化銦（InSb）0.16600～7

0005

500砷化銦（InAs）0.331

000～4

0003

5002023/4/2627第27頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．光敏晶體管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于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏三極管的靈敏度比光敏二極管高，但頻率特性較差，目前廣泛應(yīng)用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)、光電讀出裝置等場(chǎng)合。光敏晶閘管主要應(yīng)用于光控開關(guān)電路2023/4/2628第28頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）光敏晶體管結(jié)構(gòu)與工作原理①光敏二極管。通常處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)沒有光照射時(shí)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。1—負(fù)極引腳2—管芯3—外殼4—玻璃聚光鏡5—正極引腳6—N型襯底7—SiO2保護(hù)圈

8—SiO2透明保護(hù)層9—鋁引出電極10—P型擴(kuò)散層11—PN結(jié)12—金屬引出線2023/4/2629第29頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光敏二極管外形

光敏二極管陣列包含1024個(gè)InGaAs元件的線性光電二極管陣列，可用于分光鏡。2023/4/2630第30頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形

紅外發(fā)射管紅外接收管2023/4/2631第31頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②光敏三極管集電極電流是原始光電電流的β倍。因此，光敏三極管比光敏二極管的靈敏度高許多倍。光敏三極管2023/4/2632第32頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②光敏三極管外形

2023/4/2633第33頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③光敏晶閘管光敏晶閘管（LCR）又稱為光控晶閘管光敏晶閘管的特點(diǎn)是工作電壓很高，有的可達(dá)數(shù)百伏，導(dǎo)通電流比光敏三極管大得多，因此輸出功率很大，在自動(dòng)檢測(cè)控制和日常生活中應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。2023/4/2634第34頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光敏晶閘管外形光敏面2023/4/2635第35頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光敏晶體管的基本特性。①光譜特性。

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2023/4/2636第36頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②伏安特性2023/4/2637第37頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③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2023/4/2638第38頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一④溫度特性⑤頻率特性⑥響應(yīng)時(shí)間

2023/4/2639第39頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.光電池光電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng)，當(dāng)光照射到光電池上時(shí)，可以直接輸出光電流。常用的光電池有兩種，一種是金屬—半導(dǎo)體型，另一種是PN結(jié)型，如硒光電池、硅光電池、鍺光電池等。2023/4/2640第40頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅光電池的結(jié)構(gòu)及工作原理用導(dǎo)線連接P區(qū)和N區(qū)，電路中就有電流流過2023/4/2641第41頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電池外形光敏面2023/4/2642第42頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一能提供較大電流的大面積光電池外形2023/4/2643第43頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用2023/4/2644第44頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光電池的基本特性①光譜特性②光電特性③溫度特性④頻率特性2023/4/2645第45頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一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第46頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）短路電流的測(cè)量Uo=-URf

=-I

Rf該電路的輸出電壓Uo與光電流I

成正比，從而達(dá)到電流/電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系。光電池短路電流測(cè)量電路2023/4/2647第47頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.光電耦合器件由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。發(fā)光元件通常是半導(dǎo)體的發(fā)光二極管，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。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，又可分為用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測(cè)有無物體的光電開關(guān)。2023/4/2648第48頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）光電耦合器光電耦合器實(shí)際上是一個(gè)電量隔離轉(zhuǎn)換器，它具有抗干擾性能和單向信號(hào)傳輸功能，廣泛應(yīng)用在電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、無觸點(diǎn)開關(guān)及固態(tài)繼電器等場(chǎng)合。光電耦合器組合形式2023/4/2649第49頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）光電開關(guān)光電開關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，同時(shí)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(hào)的器件。光電開關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸，而且與TTL、MOS等電路容易結(jié)合。2023/4/2650第50頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一典型的光電開關(guān)結(jié)構(gòu)1—發(fā)光元件2—接收元件3—?dú)んw4—導(dǎo)線5—反射物6—窗體2023/4/2651第51頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

光電開關(guān)外形2023/4/2652第52頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一應(yīng)用范圍用光電開關(guān)檢測(cè)物體時(shí)，大部分只要求其輸出信號(hào)有“高—低”之分即可。2023/4/2653第53頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作光控制和光探測(cè)裝置?？稍谧钥叵到y(tǒng)中用作物體檢測(cè)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、料位檢測(cè)、尺寸控制、安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等用途。2023/4/2654第54頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）光電斷續(xù)器工作原理與光電開關(guān)的相同，但其光電發(fā)射器、接收器放置于一個(gè)體積很小的塑料殼體中，所以兩者能可靠地對(duì)準(zhǔn)。分為遮斷型和反射型2種。2023/4/2655第55頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電斷續(xù)器1—發(fā)光二極管2—紅外光3—光電元件4—槽5—被測(cè)物2023/4/2656第56頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電斷續(xù)器外形2023/4/2657第57頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電斷續(xù)器外形（續(xù)）紅色光柱2023/4/2658第58頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

齒盤每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，光電斷續(xù)器就輸出一個(gè)脈沖。通過脈沖頻率的測(cè)量或脈沖計(jì)數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。光電斷續(xù)器的應(yīng)用請(qǐng)寫出轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系式n=？n2023/4/2659第59頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.2光電式傳感器的實(shí)用電路非接觸式測(cè)量，由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。按照被測(cè)物、光源、光電元件三者之間的關(guān)系4種類型1—被測(cè)物2—光電元件3—恒光源2023/4/2660第60頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電式傳感器的幾種形式1—被測(cè)物2—光電元件3—恒光源2023/4/2661第61頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.高溫比色溫度儀根據(jù)有關(guān)的輻射定律，物體在兩個(gè)特定波長(zhǎng)λ1、λ2上的輻射強(qiáng)度、之比與該物體的溫度成指數(shù)關(guān)系，即K1、K2是與λ1、λ2及物體的黑度有關(guān)的常數(shù)。2023/4/2662第62頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一使用光電池制作非接觸測(cè)溫的高溫比色溫度儀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(dǎo)棒

9—鏡10、12—濾光鏡11、13—硅光電池14、15—電流/電壓轉(zhuǎn)換器2023/4/2663第63頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.光電比色計(jì)化學(xué)分析儀器使用公共光源，不管光線強(qiáng)弱如何，光源光通量不穩(wěn)定帶來的變化可以被抵消，故其測(cè)量精度高。但兩光電池的性能不可能完全一樣，由此會(huì)帶來一定誤差。2023/4/2664第64頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電比色儀原理圖1—光源2—光透鏡3—濾色鏡4—標(biāo)準(zhǔn)樣品5—被檢

測(cè)樣品6、7—光電池8—差動(dòng)放大電路9—指示儀表2023/4/2665第65頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.光電式帶材跑偏檢測(cè)裝置帶材跑偏檢測(cè)裝置是用來檢測(cè)帶型材料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(hào)。2023/4/2666第66頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光電式邊沿位置檢測(cè)裝置1—被測(cè)帶材2—光源3、4—光透鏡5—光敏電阻6—遮光罩2023/4/2667第67頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.物體長(zhǎng)度及運(yùn)動(dòng)速度的檢測(cè)光電元件檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的速度1—光源A2—光敏元件VA3—運(yùn)動(dòng)物體4—光源B5—光敏元件VB6—RS觸發(fā)器2023/4/2668第68頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

6.3光纖傳感器6.3.1光纖傳感器概述20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來

優(yōu)點(diǎn)，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(jī)連接、便于遙測(cè)等。它能用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和pH值等各種物理量的測(cè)量，具有極為廣泛的應(yīng)用前景。2023/4/2669第69頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一分類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（傳光型）傳感器。單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通常為2～12μm，很細(xì)的纖芯半徑接近于光源波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，僅能維持一種模式傳播，一般相位調(diào)制型和偏振調(diào)制型的光纖傳感器采用單模光纖；光強(qiáng)度調(diào)制型或傳光型光纖傳感器多采用多模光纖。2023/4/2670第70頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一各種裝飾性光導(dǎo)纖維2023/4/2671第71頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏色的光線，通過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東方明珠球體的表面。在計(jì)算機(jī)控制下，可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)圖案。上海東方明珠2023/4/2672第72頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3.2光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱為光纖，目前基本上還是采用石英玻璃，其結(jié)構(gòu)如圖6-36所示。中心的圓柱體叫做纖芯，圍繞著纖芯的圓形外層叫做包層。纖芯和包層主要由不同摻雜的石英玻璃制成。1．光纖的結(jié)構(gòu)2023/4/2673第73頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖的結(jié)構(gòu)2023/4/2674第74頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖的結(jié)構(gòu)

2023/4/2675第75頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖傳感器外形

2023/4/2676第76頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.光纖的傳輸原理光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。2023/4/2677第77頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一只要滿足全反射條件，光線仍繼續(xù)前進(jìn)。可見這里的光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語叫數(shù)值孔徑NA

NA=sinθc=數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。2023/4/2678第78頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.3.3光纖傳感器一種簡(jiǎn)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(cè)量光束。當(dāng)傳感器感受加速度時(shí)，由于質(zhì)量塊M對(duì)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光纖射出后與參考光束會(huì)合產(chǎn)生干涉效應(yīng)。激光干涉儀的干涉條紋的移動(dòng)可由光電接收裝置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過處理電路處理后便可正確地測(cè)出加速度值。1．光纖加速度傳感器2023/4/2679第79頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖加速度傳感器組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2023/4/2680第80頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.液位的檢測(cè)技術(shù)在球狀對(duì)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(dǎo)向探測(cè)器。反射光強(qiáng)的大小取決于被測(cè)介質(zhì)的折射率。被測(cè)介質(zhì)的折射率與光纖折射率越接近，反射光強(qiáng)度越小。顯然，傳感器處于空氣中時(shí)比處于液體中時(shí)的反射光強(qiáng)要大。因此，該傳感器可用于液位報(bào)警。若以探頭在空氣中時(shí)的反光強(qiáng)度為基準(zhǔn)，則當(dāng)接觸水時(shí)反射光強(qiáng)變化–6dB～–7dB，接觸油時(shí)變化–25dB～–30dB。（1）球面光纖液位傳感器2023/4/2681第81頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一球面光纖液位傳感器2023/4/2682第82頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）斜端面光纖液位傳感器當(dāng)傳感器接觸液面時(shí)，將引起反射回另一根光纖的光強(qiáng)減小。這種形式的探頭在空氣中和水中時(shí)，反射光強(qiáng)度差在20dB以上。1、2—光纖3—棱鏡2023/4/2683第83頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）單光纖液位傳感器將光纖的端部拋光成45°的圓錐面。當(dāng)光纖處于空氣中時(shí)，入射光大部分能在端部滿足全反射條件而返回光纖。當(dāng)傳感器接觸液體時(shí)，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件而折射入液體中，返回光纖的光強(qiáng)就減小。利用X形耦合器即可構(gòu)成具有兩個(gè)探頭的液位報(bào)警傳感器。2023/4/2684第84頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單光纖液位傳感器結(jié)構(gòu)2023/4/2685第85頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一專用的光纖連接頭及光纖插座光纖與電光轉(zhuǎn)換元件耦合時(shí)，兩者的軸心必須嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)并固定，可使用專用的連接頭及光纖插座來完成。2023/4/2686第86頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖式光電開關(guān)應(yīng)用標(biāo)志孔電路板標(biāo)志檢測(cè)

當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過標(biāo)志孔時(shí)，若無反射，說明電路板方向放置正確。光纖耦合器傳輸光纖出射光纖2023/4/2687第87頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖式光電開關(guān)應(yīng)用遮斷型光纖光電開關(guān)出射光纖接收光纖2023/4/2688第88頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖的其他應(yīng)用軍用光纖陀螺：

將激光射入繞成線圈的光纖，當(dāng)線圈的底座隨運(yùn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以測(cè)得出射光的相位發(fā)生變化，它的靈敏度比機(jī)械陀螺高，無機(jī)械磨擦力。光纖內(nèi)窺鏡2023/4/2689第89頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4紅外傳感器（1）紅外輻射計(jì)，用于輻射和光譜輻射測(cè)量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像，如紅外圖像儀、多光譜掃描儀等；（4）紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或多個(gè)的組合。2023/4/2690第90頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4.1紅外輻射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線，故稱紅外線波長(zhǎng)范圍大致在0.76～1

000μm紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射以波的形式在空間直線傳播的是2～2.6μm、3～5μm和8～14μm，統(tǒng)稱它們?yōu)椤按髿獯翱凇薄?023/4/2691第91頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁波譜圖2023/4/2692第92頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.4.2紅外探測(cè)器紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心。紅外探