1、1第7章 光電式傳感器2引言光電式傳感器是把被測物理量的變化先轉(zhuǎn)換光電式傳感器是把被測物理量的變化先轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后再通過光電轉(zhuǎn)換元件成光信號的變化，然后再通過光電轉(zhuǎn)換元件把光信號變換成電信號的一種傳感器。把光信號變換成電信號的一種傳感器。光電式傳感器的測量方法靈活多樣，并且具光電式傳感器的測量方法靈活多樣，并且具有使用方便、非接觸、高精度、高分辨力、有使用方便、非接觸、高精度、高分辨力、高可靠性和反應(yīng)快等一系列優(yōu)點，因而發(fā)展高可靠性和反應(yīng)快等一系列優(yōu)點，因而發(fā)展十分迅速，而且隨著激光、光柵、光導(dǎo)纖維、十分迅速，而且隨著激光、光柵、光導(dǎo)纖維、CCDCCD等器件的相繼問世，光電傳感器在檢

2、測等器件的相繼問世，光電傳感器在檢測及自動控制領(lǐng)域中得到了更廣泛的應(yīng)用。及自動控制領(lǐng)域中得到了更廣泛的應(yīng)用。3所謂光電效應(yīng)是指在光的照射下一些金屬、金屬氧所謂光電效應(yīng)是指在光的照射下一些金屬、金屬氧化物或半導(dǎo)體材料釋放電子的現(xiàn)象?；锘虬雽?dǎo)體材料釋放電子的現(xiàn)象。光子是具有一定能量的微粒，是以光速運動的粒子光子是具有一定能量的微粒，是以光速運動的粒子流。每一個光子都具有一定的能量，它的能量大小流。每一個光子都具有一定的能量，它的能量大小E E與其頻率與其頻率 成正比。成正比。hchE7.1 光電傳感器47.1 光電傳感器光的波長越短，即頻率越高，其光子的能量也越大；光的波長越短，即頻率越高，其光

3、子的能量也越大；反之，光的波長越長，其光子的能量也就越小。不反之，光的波長越長，其光子的能量也就越小。不同顏色的光子由于其光波頻率不同其能量也是不同同顏色的光子由于其光波頻率不同其能量也是不同的；的；綠光光子比紅光光子具有更多的能量，照射在物體綠光光子比紅光光子具有更多的能量，照射在物體上可看作是一連串具有能量為上可看作是一連串具有能量為E E的粒子轟擊在物體的粒子轟擊在物體上；上；光子與物質(zhì)間的連接體是電子。光子與物質(zhì)間的連接體是電子。57.1.1 光電效應(yīng)光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。當(dāng)物光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。當(dāng)物體在光的作用下所釋放的電子沒有逸出物體表體在光的作用下所

4、釋放的電子沒有逸出物體表面，而只在物體的內(nèi)部運動并使物體的電學(xué)特面，而只在物體的內(nèi)部運動并使物體的電學(xué)特性發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效性發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)多產(chǎn)生于半導(dǎo)體材料內(nèi)。應(yīng)多產(chǎn)生于半導(dǎo)體材料內(nèi)。當(dāng)物體在光的作用下使物體中的電子從物體表當(dāng)物體在光的作用下使物體中的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象，叫做外光電效應(yīng)，外光電效應(yīng)面逸出的現(xiàn)象，叫做外光電效應(yīng)，外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬或金屬氧化物內(nèi)。多發(fā)生于金屬或金屬氧化物內(nèi)。 67.1.2 外光電效應(yīng)器件 光電管光電管77.1.2 外光電效應(yīng)器件 光電管的伏安特性曲線光電管的伏安特性曲線UA（V）)( AI601000204

5、0801234lm1 . 00.050.02lmlm87.1.2 外光電效應(yīng)器件 光電管的光照特性光電管的光照特性銀氧銫陰極光電管光通量（lm）04812160.20.40.60.81.0)( AI光電流銻銫陰極光電管97.1.2 外光電效應(yīng)器件 光電管的光譜特性曲線光電管的光譜特性曲線107.1.2 外光電效應(yīng)器件 光電倍增管光電倍增管117.1.2 外光電效應(yīng)器件光電倍增管的工作原理光電倍增管的工作原理基于外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)基礎(chǔ)上。在光電倍基于外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)基礎(chǔ)上。在光電倍增管的各倍增電極增管的各倍增電極D D1 1、D D2 2、D D3 3和陽極上，

6、依次有逐漸增高的正電壓，和陽極上，依次有逐漸增高的正電壓，即陰極電位最低，從陰極開始，各個倍增電極的電位依次升高，陽極即陰極電位最低，從陰極開始，各個倍增電極的電位依次升高，陽極電位最高，而且相鄰兩極之間電壓應(yīng)使二次發(fā)射系數(shù)大于電位最高，而且相鄰兩極之間電壓應(yīng)使二次發(fā)射系數(shù)大于1 1。在入射光。在入射光作用下，光電陰極發(fā)射的光電子在作用下，光電陰極發(fā)射的光電子在D D1 1電場作用下，以高速向倍增電極電場作用下，以高速向倍增電極D D1 1打去，產(chǎn)生二次發(fā)射，于是更多的二次發(fā)射電子又在打去，產(chǎn)生二次發(fā)射，于是更多的二次發(fā)射電子又在D D2 2電場作用下，射電場作用下，射向第二倍增電極，激發(fā)更多

7、的次發(fā)射電子，如此下去，一個光電子將向第二倍增電極，激發(fā)更多的次發(fā)射電子，如此下去，一個光電子將激發(fā)更多的二次發(fā)射電子，如此不斷倍增，最后陽極收集到的電子數(shù)激發(fā)更多的二次發(fā)射電子，如此不斷倍增，最后陽極收集到的電子數(shù)將達(dá)到陰極發(fā)射電子數(shù)的將達(dá)到陰極發(fā)射電子數(shù)的10105 510106 6倍，即光電倍增管的放大倍數(shù)可達(dá)到倍，即光電倍增管的放大倍數(shù)可達(dá)到幾萬倍到幾百萬倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬到幾幾萬倍到幾百萬倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬到幾百萬倍。因此，在很微弱的光照下，光電倍增管也能產(chǎn)生很大的光電百萬倍。因此，在很微弱的光照下，光電倍增管也能產(chǎn)生很大的光電流。流。

8、127.1.2 外光電效應(yīng)器件 光電倍增管的主要參數(shù)光電倍增管的主要參數(shù) （1 1）倍增系數(shù)）倍增系數(shù)MM。 （2 2）光電陰極靈敏度和光電倍增管的總靈敏度。）光電陰極靈敏度和光電倍增管的總靈敏度。極間電壓（V）251035075100125150104105106放大倍數(shù)137.1.3 內(nèi)光電效應(yīng)器件 光電倍增管的主要參數(shù)光電倍增管的主要參數(shù) （1 1）倍增系數(shù)）倍增系數(shù)MM。 （2 2）光電陰極靈敏度和光電倍增管的總靈敏度。）光電陰極靈敏度和光電倍增管的總靈敏度。極間電壓（V）251035075100125150104105106放大倍數(shù)141）光敏電阻 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)

9、體光光敏電阻又稱光導(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、電元件。它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命長等特點。振動、抗過載能力強和壽命長等特點。 15（1）光敏電阻的原理和結(jié)構(gòu)。 光敏電阻受到光照時，由于內(nèi)光電效應(yīng)，因而其導(dǎo)電光敏電阻受到光照時，由于內(nèi)光電效應(yīng)，因而其導(dǎo)電性能增強而電阻性能增強而電阻R R0 0值下降，所以流過負(fù)載電阻值下降，所以流過負(fù)載電阻R RL L的電的電流及其兩端電壓會發(fā)生流及其兩端電壓會發(fā)生變化。一般而言，光線越變化。一般而言，光線越強，電流越大。

10、當(dāng)光照強，電流越大。當(dāng)光照停止時，光電效應(yīng)會立停止時，光電效應(yīng)會立即消失，電阻又恢復(fù)原即消失，電阻又恢復(fù)原值。值。 16光敏電阻實物圖 當(dāng)光敏電阻受到光照時，當(dāng)光敏電阻受到光照時， 阻值減小。阻值減小。17（2）光敏電阻的基本特性和主要參數(shù)。光敏電阻的伏安特性：光敏電阻的伏安特性： 光敏電阻的伏安特性光敏電阻的伏安特性 18光敏電阻的頻率特性光敏電阻的頻率特性Sr(%)（A）2040608010001.53硫化鉛硫化鉈硫化鎘靈敏度波長光敏電阻的光譜特性光敏電阻的光譜特性19光敏電阻的頻率特性：光敏電阻的頻率特性：暗電阻、亮電阻與光電流：暗電阻、亮電阻與光電流： 光敏電阻在受到光照射時的電阻稱為

11、亮電阻，此時流過光敏電阻在受到光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。在沒有受到光照射時的阻值稱為暗電的電流稱為亮電流。在沒有受到光照射時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流被稱為暗電流。阻，此時流過的電流被稱為暗電流。10080604020010100100010000S( %)（Hz）硫化鎘硫化鉛頻率靈敏度20光敏電阻的溫度特性。光敏電阻的溫度特性。 1.02.03.04.0020406080100(%)-20+20波長（m）靈敏度212）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)；閘管，

12、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、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、控制伺服電機轉(zhuǎn)速的檢測、光電讀出光電耦合器、控制伺服電機轉(zhuǎn)速的檢測、光電讀出裝置等場合，光敏晶閘管主要應(yīng)用于光控開關(guān)電路裝置等場合，光敏晶閘管主要應(yīng)用于光控開關(guān)電路 2022-3-1622（1）光敏晶體管結(jié)構(gòu)與工作原理 光敏二極管。光敏二極管。 通常處于反向偏置通常處于反向偏置狀態(tài)狀態(tài) 。當(dāng)沒有光照射。當(dāng)沒有光照射時，其反向電阻很大，時，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反反向

13、電流很小，這種反向電流稱為暗電流。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 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(jié) 12金屬引出線23光敏二極管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。24光敏二極管外形 25紅外發(fā)射、接收對管外形 紅外發(fā)射管紅外發(fā)射管紅外接收管紅外接收管26 光敏三極管 集電極電流是原始光電電流的集電極電流是原始光電電流的 倍。因此，光敏三極管比光敏倍。因此，光敏三極管比光敏二極管的靈敏度高許

14、多倍。二極管的靈敏度高許多倍。 光敏三極管光敏三極管 27光敏三極管外形 28 光敏晶閘管 光敏晶閘管（光敏晶閘管（LCRLCR）又稱為光控晶閘管）又稱為光控晶閘管 光敏晶閘管的特點是工作電壓很高，有的可達(dá)數(shù)百伏，導(dǎo)光敏晶閘管的特點是工作電壓很高，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，在自動通電流比光敏三極管大得多，因此輸出功率很大，在自動檢測控制和日常生活中應(yīng)用會越來越廣泛。檢測控制和日常生活中應(yīng)用會越來越廣泛。29光敏晶閘管外形光敏面30（2）光敏晶體管的基本特性。 光譜特性。光譜特性。相對靈敏度100806040200入射光鍺硅波長（m）(%)0.421.61.2

15、0.831 伏安特性伏安特性 32 光敏晶體管的光照特性光敏晶體管的光照特性33光敏晶體管的溫度特性光敏晶體管的溫度特性34光敏晶體管的頻率特性光敏晶體管的頻率特性353）光電池 光電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng)，當(dāng)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，可以直接輸出光電流。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，一種是金屬常用的光電池有兩種，一種是金屬半導(dǎo)體半導(dǎo)體型，另一種是型，另一種是PNPN結(jié)型，如硒光電池、硅光電結(jié)型，如硒光電池、硅光電池、鍺光電池等。池、鍺光電池等。 36（1）硅光電池的結(jié)構(gòu)及工作原理 用導(dǎo)線連接用導(dǎo)線連接P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)

16、，區(qū)，電路中就有電流流過電路中就有電流流過 37光電池外形光敏面光敏面38能提供較大電流的大面積光電池外形39光電池在動力方面的應(yīng)用光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用40典型的光電開關(guān)結(jié)構(gòu) 1發(fā)光元件 2接收元件 3殼體 4導(dǎo)線 5反射物 6窗體 2022-3-1641 光電開關(guān)外形42應(yīng)用范圍 用光電開關(guān)檢測物體時，大部分只要求其輸出信號有用光電開關(guān)檢測物體時，大部分只要求其輸出信號有“高高低低”之分即可。之分即可。 43光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動化包裝光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動化包裝線及安全裝置中作光控制和光探測裝置?？删€及安全裝置中作光控制和光探測裝置?？稍谧钥?/p>

17、系統(tǒng)中用作物體檢測、產(chǎn)品計數(shù)、料在自控系統(tǒng)中用作物體檢測、產(chǎn)品計數(shù)、料位檢測、尺寸控制、安全報警及計算機輸入位檢測、尺寸控制、安全報警及計算機輸入接口等用途。接口等用途。 447.1.4 光電傳感器的應(yīng)用1 1、煙塵濁度監(jiān)測儀、煙塵濁度監(jiān)測儀 煙囪里的煙塵濁度是通過光在煙囪里傳煙囪里的煙塵濁度是通過光在煙囪里傳輸時的變化大小來檢測的。如果煙塵濁度增輸時的變化大小來檢測的。如果煙塵濁度增加，那么光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和加，那么光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射就會增加，使到達(dá)接收端的光減少，因折射就會增加，使到達(dá)接收端的光減少，因而光檢測器輸出的信號就會減弱；反之，煙而光檢測器輸出的信號就

18、會減弱；反之，煙塵濁度減少，光檢測器輸出的信號就會增強。塵濁度減少，光檢測器輸出的信號就會增強。457.1.4 光電傳感器的應(yīng)用 吸收式煙塵濁度檢測儀框圖：吸收式煙塵濁度檢測儀框圖：白熾光光源光檢測器放大電路顯示電路刻度校正報警電路煙囪467.1.4 光電傳感器的應(yīng)用 2 2、光電轉(zhuǎn)速傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器 如圖所示為在待測轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤一邊由白熾燈如圖所示為在待測轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過盤上小孔到達(dá)由光敏晶體管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換產(chǎn)生恒定光，透過盤上小孔到達(dá)由光敏晶體管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路輸出整

19、齊的脈沖信號，轉(zhuǎn)速由該成相應(yīng)的電脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。脈沖頻率決定。光 敏 晶 體 管放 大 整 形 電 路白 熾 燈光 敏 晶 體 管轉(zhuǎn) 盤放 大 整 形 電 路白 熾 燈轉(zhuǎn) 盤（ a）（ b）477.1.4 光電傳感器的應(yīng)用 光電脈沖轉(zhuǎn)換電路光電脈沖轉(zhuǎn)換電路VT1VT2VT3VT4R1R2R3R4R5R6R7R8+VCCUO487.2 紅外傳感器紅外傳感器是用來檢測物體紅外輻射的敏感紅外傳感器是用來檢測物體紅外輻射的敏感器件。所謂紅外輻射就是紅外光，紅外光是器件。所謂紅外輻射就是紅外光，紅外光是太陽光譜的一部分，其波長范圍為太陽光譜的一部分，其

20、波長范圍為0.760.761000m1000m。根據(jù)紅外線在電磁波譜中的位置，。根據(jù)紅外線在電磁波譜中的位置，工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分：工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分：近紅外、中紅外、近紅外、中紅外、 遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外。遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外。497.2.1 紅外輻射的基本定律1 1 、斯忒藩、斯忒藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 物體溫度越高，它輻射出來的能量就越大，公物體溫度越高，它輻射出來的能量就越大，公式表示為。式表示為。4TW507.2.1 紅外輻射的基本定律2 2 、希爾霍夫定律、希爾霍夫定律若幾個物體處于同一溫度場中，各物體的熱發(fā)若幾個物體處于同一溫度場中，各物體的熱發(fā)

21、射本領(lǐng)正比于它的吸收本領(lǐng)，這就是希爾霍夫定律。射本領(lǐng)正比于它的吸收本領(lǐng)，這就是希爾霍夫定律。其表示公式為其表示公式為0aEEr517.2.1 紅外輻射的基本定律3 3 、維恩位移定律、維恩位移定律 熱輻射發(fā)射的電磁波中包含著各種波長。物體熱輻射發(fā)射的電磁波中包含著各種波長。物體峰值輻射波長與物體的自身的絕對溫度峰值輻射波長與物體的自身的絕對溫度T T成反比，成反比，即：即：aT 527.2.2 紅外傳感器的組成及原理紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件（也紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件（也叫探測器）、前置放大器和信號調(diào)制器等組叫探測器）、前置放大器和信號調(diào)制器等組成。紅外探測器是紅外傳感器的

22、核心。紅外成。紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器是利用紅外輻射與物體相互作用所呈探測器是利用紅外輻射與物體相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的。紅外探測現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的。紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，分為熱器的種類很多，按探測機理的不同，分為熱探測器和光子探測器兩大類。探測器和光子探測器兩大類。537.2.3 紅外傳感器的應(yīng)用1 1、紅外測溫儀、紅外測溫儀547.2.3 紅外傳感器的應(yīng)用2 2、紅外線氣體分析儀、紅外線氣體分析儀 根據(jù)紅外輻射在氣體中的吸收帶的不同，可以對氣體成分進(jìn)行分析。根據(jù)紅外輻射在氣體中的吸收帶的不同，可以對氣體成分進(jìn)行分析。557.3 光

23、纖傳感器光纖傳感器從光纖傳感器從20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期發(fā)展年代中期發(fā)展起來起來 優(yōu)點，如不受電磁干擾、體積小、重量輕、可撓優(yōu)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、易曲、靈敏度高、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、與微機連接、便于遙測等。它能用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和pHpH值值等各種物理量的測量，具有極為廣泛的應(yīng)用前景。等各種物理量的測量，具有極為廣泛的應(yīng)用前景。 56光纖傳感器分類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

24、類是功能型（傳感型）傳感器；另一類是非功能型（傳（傳感型）傳感器；另一類是非功能型（傳光型）傳感器。光型）傳感器。單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通常為通常為2 212 m12 m，很細(xì)的纖芯半徑接近于光，很細(xì)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，一源波長的長度，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；光強度調(diào)制型或傳光型光纖傳用單模光纖；光強度調(diào)制型或傳光型光纖傳感器多采用多模光纖。感器多采用多模光纖。 2022-3-1657各種裝飾性光導(dǎo)纖維 58 發(fā)光二極發(fā)

25、光二極管產(chǎn)生多種顏管產(chǎn)生多種顏色的光線，通色的光線，通過光導(dǎo)纖維傳過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東方明珠導(dǎo)到東方明珠球體的表面。球體的表面。在計算機控制在計算機控制下，可產(chǎn)生動下，可產(chǎn)生動態(tài)圖案。態(tài)圖案。上海東方明珠上海東方明珠597.3.1 光纖的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維簡稱為光纖，目前基本上還是采用石英玻光導(dǎo)纖維簡稱為光纖，目前基本上還是采用石英玻璃，其結(jié)構(gòu)如圖所示。中心的圓柱體叫做纖芯，圍璃，其結(jié)構(gòu)如圖所示。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。不同摻雜的石英玻璃制成。 1光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)60光纖的結(jié)構(gòu)示意圖 6

26、1光纖的結(jié)構(gòu) 62光纖傳感器外形 637.3.2 光纖的分類(1)(1)按光纖的折射率可分為階躍型和梯度型。按光纖的折射率可分為階躍型和梯度型。(2)(2)按傳輸模數(shù)可分為單模光纖和多模光纖按傳輸模數(shù)可分為單模光纖和多模光纖647.3.3 光纖的傳光原理 光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。 65 只要滿足全反射條件，光線仍繼續(xù)前進(jìn)?？梢娺@里的光線只要滿足全反射條件，光線仍繼續(xù)前進(jìn)?？梢娺@里的光線“轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎”實際上是由光的全反射所形成的實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)值孔徑光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語叫數(shù)值孔徑N NA A N NA A= sin= sin c

27、= c= 數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。 2212nn667.3.4 光纖傳感器的工作原理及類型特點光纖傳感器是將光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖再送入調(diào)制光纖傳感器是將光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖再送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)如光的強度、波長、頻率、相位、致光的光學(xué)性質(zhì)如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號光。已調(diào)制偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號光。已調(diào)制的信號光再經(jīng)光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，的信號光再經(jīng)光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，最終獲得被測量的參數(shù)。

28、最終獲得被測量的參數(shù)。1光纖傳感器工作原理光纖傳感器工作原理677.3.4 光纖傳感器的工作原理及類型特點按光纖在傳感器中功能的不同，光纖傳感器可分為按光纖在傳感器中功能的不同，光纖傳感器可分為兩種類型，即非功能型兩種類型，即非功能型( (或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型) )光纖光纖傳感器（又稱光纖式光電傳感器）和功能性傳感器（又稱光纖式光電傳感器）和功能性( (或稱或稱物性型、傳感型物性型、傳感型) )光纖傳感器。前者常使用多模光光纖傳感器。前者常使用多模光纖，而后者常使用單模光纖。纖，而后者常使用單模光纖。2、光纖傳感器的類型及組成、光纖傳感器的類型及組成68光纖傳感器組成示意圖被

29、測 對 象光 纖 敏 感 元 件光 源光 探 測 器信 號 處 理 系 統(tǒng)光 纖光 纖被 測 對 象(a)(b)光 纖 敏 感 元 件光 探 測 器光 源信 號 處 理 系 統(tǒng)697.3.4 光纖傳感器的工作原理及類型特點（1 1）抗電磁干擾能力強。常用光纖主要是由電絕緣、耐腐蝕的）抗電磁干擾能力強。常用光纖主要是由電絕緣、耐腐蝕的 SiOSiO2 2做成，工作時利用光子傳輸信息，因而不怕電磁場干擾，做成，工作時利用光子傳輸信息，因而不怕電磁場干擾，加之電磁干擾噪聲的頻率與光頻相比很低，對光波沒有干擾；加之電磁干擾噪聲的頻率與光頻相比很低，對光波沒有干擾；此外，光波易于屏蔽，外界光頻性質(zhì)的干擾也很難進(jìn)入光纖。此外，光波易于屏蔽，外界光頻性質(zhì)的干擾也很難進(jìn)入光纖。（2 2）靈敏度高。）靈敏度高。（3 3）重量輕、體積小。）重量輕、體積小。（4 4）適于遙測。可以利用光通訊技術(shù)組成遙測網(wǎng)。）適于遙測?？梢岳霉馔ㄓ嵓夹g(shù)組成