第9章光電式傳感器技術(shù)1

1、第9章 光電式傳感器技術(shù) 第第9 9章章 光電傳感器光電傳感器第9章 光電式傳感器技術(shù) 概念:將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光敏器件稱為光電傳感器。 可用于測(cè)量直接或間接引起光強(qiáng)變化的非電量，如光強(qiáng)、輻射測(cè)溫或位移、速度、加速度、零件線度、表面粗糙度等，是目前使用最多的傳感器之一。第9章 光電式傳感器技術(shù) 光電式傳感器技術(shù) 宇宙射線（小于 1 pm） 伽瑪射線 (10 pm - 1 pm) 第9章 光電式傳感器技術(shù) 靈敏度是按照光波討論的.光波長(zhǎng)范圍:宇宙射線（小于 1 pm） 伽瑪射線 (10 pm - 1 pm) X 射線 (10 nm - 1 nm) 紫外線 (UV) (380 nm - 10

2、nm) 可見(jiàn)光 (VIS)（紅 780 nm - 紫 380 nm） 紅外線 (IR)（1 mm - 1 微米） 微波 (1 cm - 1 mm) 無(wú)線電波（大于 1 cm）可以看到，可見(jiàn)光在光譜中只占很小的一段。波長(zhǎng)增加方向第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.19.1、概述、概述 一般來(lái)說(shuō)，光電傳感器是指把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部件（器件）;或者它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電探測(cè)器進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。前一種前一種含義與光電探測(cè)器相似，是狹義的光電傳感器，后一種后一種含義是廣義的光電傳感器。后一種定義中，光電探測(cè)器是光電傳感器的核心器件。因此，本章主要以光電探測(cè)器為出發(fā)點(diǎn)

3、來(lái)進(jìn)行講解。第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.2、光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)(1)光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光電效應(yīng)：光照射到某些物質(zhì)上，使該物質(zhì)的電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象，可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類。 外光電效應(yīng):在光線作用下,物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的物理現(xiàn)象。頻率為頻率為的光子能量為：的光子能量為：Eh光子能量被電子吸收后，能量轉(zhuǎn)化為電子逸出功光子能量被電子吸收后，能量轉(zhuǎn)化為電子逸出功A和動(dòng)能，即：和動(dòng)能，即：212hmvA愛(ài)因斯坦能量守恒定律光電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)第9章 光電式傳感器技術(shù) 式中：式中：h普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.62610-34Js；入射光頻率，入射光頻率，s-1；m電

4、子質(zhì)量；電子質(zhì)量；v電子逸出速度；電子逸出速度；A物體的逸出功。物體的逸出功。第9章 光電式傳感器技術(shù) 光電子逸出時(shí)所具有的初始動(dòng)能光電子逸出時(shí)所具有的初始動(dòng)能Ek與光的頻率有關(guān)，頻與光的頻率有關(guān)，頻率高則動(dòng)能大。率高則動(dòng)能大。a.光電子逸出物體表面的必要條件光電子逸出物體表面的必要條件hchAcA或， 是波長(zhǎng)， 是光速。212kEmvhA當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，也不能激發(fā)出電子；反之，當(dāng)入射光的頻率高于此也不能激發(fā)出電子；反之，當(dāng)入射光的頻率高于此極限頻率時(shí)，即使光線微弱也會(huì)有光電子發(fā)射出來(lái)，極限頻率時(shí)，即使光線微弱也會(huì)有光電子

5、發(fā)射出來(lái)，這個(gè)頻率限稱為這個(gè)頻率限稱為“紅限頻率紅限頻率”。第9章 光電式傳感器技術(shù) 內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類。1、光電導(dǎo)效應(yīng):半導(dǎo)體材料在光照下,禁帶中的電子受到能量不低于禁帶寬度的光子的激發(fā)而躍遷到導(dǎo)帶，從而增加電導(dǎo)率的現(xiàn)象(光照射改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象)。 能量對(duì)應(yīng)于禁帶寬度的照射光子的波長(zhǎng)稱光電導(dǎo)效應(yīng)的臨界波長(zhǎng)。 導(dǎo) 帶禁 帶價(jià) 帶Eg電子吸收光子能量從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶。即由鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)。+-用SiO2分子結(jié)構(gòu)形象說(shuō)明:第9章 光電式傳感器技術(shù) 2.光生伏特效應(yīng) 光生伏特效應(yīng)就是半導(dǎo)體材料吸收光能后,在PN結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。從圖3.3解釋原理。 先解釋內(nèi)電

6、場(chǎng)的形成：P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)， N型半導(dǎo)體中電子與P 型半導(dǎo)體中空穴復(fù)合，留下帶正電的施主離子與帶負(fù)電的受主離子，施主離子與受主離子之間形成電場(chǎng)，叫內(nèi)電場(chǎng)。 光照射到距離表面很近的PN結(jié)上時(shí)，光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度時(shí)，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，價(jià)帶成為自由空穴。電子-空穴在內(nèi)電場(chǎng)的作用下電子被推向N區(qū)外側(cè)，空穴被推向P。第9章 光電式傳感器技術(shù) PN光光生電子空穴對(duì)受主離子施主離子 PN結(jié)產(chǎn)生光生伏特效應(yīng) 可見(jiàn)光生伏特效應(yīng)能產(chǎn)生電流。光照射到距離表面很近的PN結(jié)上時(shí)，光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度時(shí)，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，價(jià)帶成為自由空

7、穴。電子-空穴在內(nèi)電場(chǎng)的作用下電子被推向N區(qū)外側(cè)，空穴被推向P。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)， N型半導(dǎo)體中電子與P 型半導(dǎo)體中空穴復(fù)合，留下帶正電的施主離子與帶負(fù)電的受主離子，施主離子與受主離子之間形成電場(chǎng)，叫內(nèi)電場(chǎng)。第9章 光電式傳感器技術(shù) 基于外光電效應(yīng)的光電敏感器件有光電管和光電倍增管。基于光電導(dǎo)效應(yīng)的有光敏電阻。基于光生伏特效應(yīng)的有光電二極管和光電三極管。 (2)熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 熱釋電效應(yīng):光照射時(shí)，材料的溫度發(fā)生變化，該種材料中自發(fā)極化的強(qiáng)度隨溫度的變化而變化的效應(yīng)。光 熱 電第9章 光電式傳感器技術(shù) 原理：晶體在自然條件下 形成固有的偶極矩 垂直晶體極軸的兩

8、個(gè)端面上具有大小相等、符號(hào)相反的束縛電荷。如果垂直晶體極軸的兩個(gè)端面上鍍有金屬電極,則在電極上會(huì)感生與束縛電荷大小相等的自由電荷。當(dāng)溫度變化時(shí),電偶極矩會(huì)發(fā)生變化,晶體表面的束縛電荷發(fā)生變化,從而導(dǎo)致電極上的自由電荷發(fā)生變化。如果溫度變化頻率高于束縛電荷綜合自由電荷的頻率，將電極與放大器的輸入端相接,則放大器輸出與溫度變化成正比的電信號(hào)。 xzy第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.2.3、光電探測(cè)器的特性表示法、光電探測(cè)器的特性表示法 光電探測(cè)器的性能參數(shù)主要的有：（1）積分靈敏度R： 光電器件對(duì)連續(xù)輻射通量的響應(yīng)程度U 與入射到光電器件上的輻射通量之比，即 R=U/。積分靈敏度值一般是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輻射

9、源的輻射來(lái)測(cè)定的，光電器件類型不同所用標(biāo)準(zhǔn)輻射源也不同。（2）光譜靈敏度R ：光電器件對(duì)單色輻射通量的反應(yīng)與入射的單色輻射通量之比. 光譜電流靈敏度 ,光譜電壓靈敏度 。 di 、 du為信號(hào)電流、信號(hào)電壓， dp為輻射功率。（3）相對(duì)光譜靈敏度:光譜靈敏度與最大光譜靈敏度之比稱為相對(duì)光譜靈敏度,R隨波長(zhǎng)而變化, 當(dāng)光譜靈敏度R取最大值時(shí)的波長(zhǎng)m稱為峰值波長(zhǎng).dPdiRidPduRu第9章 光電式傳感器技術(shù) （4）頻率靈敏度: 如果入射光是強(qiáng)度調(diào)制的，在其他條件不變下，光電流將隨調(diào)制頻率f的升高而下降，這時(shí)的靈敏度稱為頻率靈敏度。（5）光譜特性：在入射光照度一定時(shí)，光電元件的相對(duì)靈敏度隨光波波

10、長(zhǎng)的變化而變化，一種材料只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的入射光敏感，這就是光譜特性。 （6）頻率特性：反映了交變光照下器件的輸出特性，用響應(yīng)時(shí)間來(lái)表示。（7）伏安特性：在一定的光照下，對(duì)光電器件所加端電壓與光電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。它是傳感器設(shè)計(jì)時(shí)選擇電參數(shù)的依據(jù)。使用時(shí)應(yīng)注意不要超過(guò)器件最大允許的功耗。（8）溫度特性：光電器件隨所處環(huán)境溫度的變化，其光電效應(yīng)的外在表現(xiàn)會(huì)發(fā)生變化。第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.3、光電探測(cè)器、光電探測(cè)器9.3.1、光電管、光電管一般有兩種類型。一種是半導(dǎo)體材料類型的光電管，如光電二極管(光敏二極管)_樓道用的光控開(kāi)關(guān)。另一種是電子管類型的光電管。這里介紹電子管類型的光電

11、管。光電管示意圖 真空玻璃管真空光電管原理：光電陰極在適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射時(shí)向外發(fā)射電子，電子被陽(yáng)極吸引，形成空間電流，在外電路中串入一電阻，則產(chǎn)生正比于空間電流的電壓降,但靈敏度低.組成:光電陰極和陽(yáng)極的真空玻璃管第9章 光電式傳感器技術(shù) (1)光照特性： 指光電管的陽(yáng)極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系，如圖9-1所示。 圖9-1光電管的光照特性第9章 光電式傳感器技術(shù) (2)光譜特性：指相對(duì)光譜靈敏度與入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系 光譜特性：保持光通量和陰極電壓不變，陽(yáng)極電流與光波長(zhǎng)之間的關(guān)系稱為光電管的光譜特性。對(duì)不同波長(zhǎng)區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極 .（1）同一材料,入射光

12、的波長(zhǎng)增加， h太小，不足以產(chǎn)生電子空穴對(duì)。光波長(zhǎng)太短時(shí), 穿透深度淺，電子空穴在半導(dǎo)體表面附近便被吸收,不能達(dá)到PN結(jié)。相對(duì)靈敏度要下降。（2）材料不同,響應(yīng)的峰值波長(zhǎng)也不同。第9章 光電式傳感器技術(shù) (3)伏安特性： 在一定的光照射下，對(duì)光電管的陰極所加電壓與陽(yáng)極所產(chǎn)生的電流之間的關(guān)系. 光電管的伏安特性曲線 當(dāng)極間電壓高于50V時(shí)，光電流開(kāi)始飽和，所有的光電子都達(dá)到了陽(yáng)極。真空光電管一般工作于飽和部分 注:lm:流明 lx:勒克斯 光照度單位第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.3.2光電倍增管光電倍增管 用光電管對(duì)微弱光進(jìn)行檢測(cè)極其困難。若要解決對(duì)微弱光的檢測(cè),就要用光電倍增管。它利用二次電子

13、釋放效應(yīng),將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。 二次電子釋放效應(yīng)：指高速電子撞擊固體表面,再發(fā)射出二次電子的現(xiàn)象。圖3.15為光電倍增管示意圖。 組成：它由光電陰極、若干倍增極和陽(yáng)極三部分組成。 第9章 光電式傳感器技術(shù) 圖3.15 光電倍增管示意圖 入射光E1E3E2E4KA表3.1列出了幾種物質(zhì)的最大倍增率max值。陰極陽(yáng)極光電倍增級(jí)是否要每個(gè)倍增級(jí)加電壓呢？理想狀況:每一級(jí)倍增率為，N個(gè)倍增級(jí)后光電倍增管的光電流為N管內(nèi)電流放大增益為()NGf g第9章 光電式傳感器技術(shù) E1E3E4E5E6E7E8E9E10E11E2R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C3C2C1陰 極陽(yáng)極輸

14、出RLCIAU 倍增極的電壓是由分壓電阻鏈R1、R2、RN+1獲得,如下圖所示。電容器C1、C2等有助于穩(wěn)定增益和防止飽和,如果光電倍增管用來(lái)連續(xù)監(jiān)控很穩(wěn)定的光源,電容C1、C2等可以省去。（300700V）第9章 光電式傳感器技術(shù) 典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側(cè)窗式兩種類型。上圖所示為端窗型光電倍增管的剖面結(jié)構(gòu)圖。 端窗型光電倍增管第9章 光電式傳感器技術(shù) 聚焦光柵光電層光云母屏蔽板陽(yáng)極玻璃真空管陰極倍增極陽(yáng)極陰極倍增極陽(yáng)極陽(yáng)極聚焦電極倍增極導(dǎo)電層端窗聚焦環(huán)光陰極入射光(a)(b)(c)(d)側(cè)窗聚焦型直接定向線性聚焦型直接定向百葉窗型,直接定向柵格型圖給出幾種常見(jiàn)的光電倍

15、增管結(jié)構(gòu)。第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.3.3、光敏電阻 光敏電阻又稱光導(dǎo)管,幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件。結(jié)構(gòu)：通常由光敏層（光電半導(dǎo)體層、玻璃基片（或絕緣體）和電極等組成的 .該結(jié)構(gòu)減小電極對(duì)光敏面的接觸電阻，增加透光面積。減小傳輸時(shí)間第9章 光電式傳感器技術(shù) 工作原理：基于光電導(dǎo)效應(yīng)，在無(wú)光照時(shí),光敏電阻具有很高的阻值;在有光照時(shí),當(dāng)光子的能量大于材料禁帶寬度,價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶,激發(fā)出可以導(dǎo)電的電子-空穴對(duì),使電阻降低;光線愈強(qiáng),激發(fā)出的電子-空穴對(duì)越多,電阻值越低;光照停止后,自由電子與空穴復(fù)合,導(dǎo)電性能下降,電阻恢復(fù)原值。下面結(jié)合

16、圖解釋。第9章 光電式傳感器技術(shù) 光敏電阻光敏電阻工作原理圖光照電極即：無(wú)光照時(shí)，光敏電阻很大，電路中電流很??；有光照時(shí)電阻很小，電路中電流迅速增加。導(dǎo) 帶禁 帶價(jià) 帶Eg在有光照時(shí),當(dāng)光子的能量大于材料禁帶寬度,價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶,激發(fā)出可以導(dǎo)電的電子-空穴對(duì),使電阻降低第9章 光電式傳感器技術(shù) 主要參數(shù)1）亮電阻（k）：指光敏電阻器受到光照射時(shí)的電阻值。2）暗電阻(M)：指光敏電阻器在無(wú)光照射（黑暗環(huán)境）時(shí)的電阻值。3）最高工作電壓(V)：指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。4）亮電流(mA)：指光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照射時(shí)所通過(guò)的電流。5）暗電流(

17、mA)：指在無(wú)光照射時(shí)，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過(guò)的電流。6）時(shí)間常數(shù)（s）：指光敏電阻器從光照躍變開(kāi)始到穩(wěn)定亮電流的63.75時(shí)所需的時(shí)間。7）電阻溫度系數(shù)：指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1時(shí)，其電阻值的相對(duì)變化。8）靈敏度：指光敏電阻器在有光照射和無(wú)光照射時(shí)電阻值的相對(duì)變化。第9章 光電式傳感器技術(shù) 10 k51 k220 7.7 k220 120 繼電器28 VD2V3V2V1D10V圖3.30 一個(gè)實(shí)際的光敏電阻開(kāi)關(guān)電路 下圖是 一個(gè)實(shí)際的光敏電阻開(kāi)關(guān)電路 第9章 光電式傳感器技術(shù) 應(yīng)用：光控閃爍安全警示燈道路施工時(shí)，需在施工現(xiàn)場(chǎng)掛上紅色安全警示燈，以保護(hù)行人和行車(chē)安全。高層建筑物的

18、頂端按有關(guān)規(guī)定必須設(shè)置紅色警示燈，確保飛機(jī)安全航行。光控閃爍安全警示燈比現(xiàn)在用的紅色警示燈增加了光控和閃爍功能，白天自動(dòng)熄滅，傍晚可自動(dòng)點(diǎn)亮并發(fā)出十分引人注目的閃爍光。雙向觸發(fā)二極管雙向晶閘管第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.3.4、光電二極管和光電三極管、光電二極管和光電三極管光電二極管與一般二極管異同:相同點(diǎn)：光電二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管類似。 結(jié)構(gòu)：一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?不同點(diǎn)：1、光電二極管PN結(jié)裝在管的頂部，可直接受到光照射。2、為了獲得盡可能大的光生電流,PN結(jié)的面積比一般二極管要大。3、為了光電轉(zhuǎn)換效率高,PN結(jié)的深度較一般二極管淺。4、在電路中不是用它作整

19、流元件，而是通過(guò)它把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 光電二極管兩種工作狀態(tài): 正偏和反偏.大多數(shù)情況下工作在反向偏壓狀態(tài)。 在此狀態(tài)下有兩種工作狀態(tài):有光照和無(wú)光照,下面用圖解釋.第9章 光電式傳感器技術(shù) 圖3.33 光電二極管結(jié)構(gòu)原理圖PN光(a)PNRf(b)無(wú)光照時(shí)，處于反偏二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，只有少數(shù)載流子（？）在反偏電壓作用下形成暗電流。光照到PN結(jié)時(shí)，光子把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在反偏電壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成光電流(反偏電壓與內(nèi)電場(chǎng)同向）。光電二極管圖示符第9章 光電式傳感器技術(shù) 光電二極管和光電三極管光電二極管和光電三極管 光電二極管具有

20、一個(gè)PN結(jié)，光電三極管具有二個(gè)PN結(jié).光電三極管因輸入信號(hào)為光信號(hào)，所以通常只有集電極和發(fā)射極兩個(gè)引腳線。 第9章 光電式傳感器技術(shù) 光電二極管與光電三極管外殼形狀基本相同，其判定方法如下：遮住窗口，選用萬(wàn)用表R*1K擋，測(cè)兩管腳引線間正、反向電阻，均為無(wú)窮大的為光電三極管。正、反向阻值一大一小者為光電二極管。9.3.5光電池光電池:利用光生伏特效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)變成電能的器件，又稱為太陽(yáng)能電池。光電池常用的材料是硅和硒. 它是一種特殊的光電二級(jí)管,只是面積更大, 做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯(PN結(jié))受到光照時(shí)，你就會(huì)看到微安表的

21、表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個(gè)現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多。第9章 光電式傳感器技術(shù) 硅光電池結(jié)構(gòu)示意圖 NP下電極P N 結(jié)SiQ2抗反射模上電極（透明導(dǎo)電膜）（鋁電極）（柵狀受光電極）減少反射損失,又對(duì)光電池起保護(hù)作用。減小電極對(duì)光敏面的接觸電阻，增加透光面積。在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成一個(gè)大面積的P-N結(jié)，P層做得很薄 第9章 光電式傳感器技術(shù) （1）光照特性(1)開(kāi)路電壓曲線：光生電動(dòng)勢(shì)與照度之間的特性曲線，當(dāng)照度為2000lx時(shí)趨向飽和。(2)短路電流曲線：光電流與照度之間

22、的特性曲線。如圖9-7所示。短路電流：指外接負(fù)載遠(yuǎn)小于光電池內(nèi)阻時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流。負(fù)載電阻越小，光電流與照度的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬。如圖9-8所示。）第9章 光電式傳感器技術(shù) （2）光譜特性 光電池在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，硒峰值波長(zhǎng)在500nm附近，適宜測(cè)可見(jiàn)光。硅光電池應(yīng)用的范圍400nm1200nm，峰值波長(zhǎng)在800nm附近，因此可在很寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。如圖9-8所示。第9章 光電式傳感器技術(shù) （3）頻率特性光電池的頻率特性:指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系。頻率特性與材料、結(jié)構(gòu)尺寸和使用條件等有關(guān)。由于光電池PN結(jié)面積較大，極間電容大，故頻率特性較差。硅光電池具有較高的頻

23、率響應(yīng)，而硒光電池則較差。（4）溫度特性開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化的關(guān)系，如圖9-10所示。由于溫飄,當(dāng)光電池作為測(cè)量元件時(shí)，最好能保持溫度恒定，或采取溫度補(bǔ)償措施 圖9-10 溫度特性第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.3.6、光電耦合器件 發(fā)光元件和光電傳感器同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件，如圖11所示。 光電耦合器實(shí)物示意圖 光電耦合器結(jié)構(gòu)圖 放大三極管構(gòu)成的高傳輸效率的光電耦合器高速開(kāi)關(guān)構(gòu)成的高速光電耦合器工作頻率低于50KHZ裝置第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.4各類光電探測(cè)器的性能特點(diǎn)各類光電探測(cè)器的性能特點(diǎn)9.4.1、電子發(fā)射探測(cè)器的特點(diǎn)9.4.2、光電導(dǎo)探測(cè)器的特點(diǎn)9.4.3

24、、光伏探測(cè)器的特點(diǎn)9.4.4、熱探測(cè)器的特點(diǎn)第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.4.1、電子發(fā)射探測(cè)器的特點(diǎn)（1）光電子發(fā)射探測(cè)器是利用外光電效應(yīng)制成的器件，其基本原理是光輻射能使光陰極產(chǎn)生光電子發(fā)射.一般在真空玻殼內(nèi)工作,其共同特點(diǎn)是,光譜響應(yīng)范圍窄,靈敏度高,惰性小,噪聲低,供電電壓高,抗震性差。真空光電管的積分靈敏度約為數(shù)十A/lm，充氣光電管約100300A/lm，倍增管約為1100 A/lm 。（2） 使用時(shí)對(duì)入射光通量范圍應(yīng)有選擇，不宜用強(qiáng)光照射，光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，光電線性關(guān)系會(huì)變差，而且容易使光電陰極疲勞，縮短壽命。（3） 工作電流不宜過(guò)大，光電倍增管的工作電流為零點(diǎn)幾微安到數(shù)十微安，工作電

25、流過(guò)大不僅會(huì)縮短壽命，而且會(huì)燒傷陰極面，使二次發(fā)射材料性能下降，增益降低。（4） 用于測(cè)量交變光通量時(shí)，負(fù)載電阻不宜過(guò)大，否則頻率特性變差。（5） 為了得到較大的線性輸出電壓，應(yīng)選用陽(yáng)極特性平直線段范圍寬的管子，并接以較大的負(fù)載電阻。 第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.4.2、光電導(dǎo)探測(cè)器的特點(diǎn)（1） 利用光激發(fā)使半導(dǎo)體光電導(dǎo)發(fā)生變化而制作的器件稱為光電導(dǎo)探測(cè)器。光電導(dǎo)探測(cè)器具有內(nèi)增益的特性，內(nèi)增益與器件材料性質(zhì)和外加電場(chǎng)大小有關(guān)。（2） 光電導(dǎo)探測(cè)器響應(yīng)范圍根據(jù)器件材料不同可從可見(jiàn)光、近紅外延伸至遠(yuǎn)紅外，而且與工作溫度有關(guān)，冷卻可以使光譜響應(yīng)曲線的峰值和長(zhǎng)波限向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，同時(shí)可提高器件的靈敏

26、度。（3）光電導(dǎo)探測(cè)器的噪聲主要有熱噪聲、g-r噪聲和1/f噪聲。在常用頻率范圍以g-r噪聲和熱噪聲為主，降低器件工作溫度可以大大減小噪聲。（4） 光電導(dǎo)探測(cè)器是均質(zhì)型器件，沒(méi)有極性之分，工作時(shí)必須外加偏壓（偏流），并應(yīng)注意選擇正確工作溫度和最佳偏壓（偏流），以便充分發(fā)揮器件性能。（5） 光電導(dǎo)探測(cè)器的靈敏度與工作頻帶寬度是矛盾的，追求靈敏度高往往要犧牲帶寬，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要注意到這一點(diǎn)。第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.4.3、光伏探測(cè)器的特點(diǎn)（1） 光伏探測(cè)器根據(jù)內(nèi)建電場(chǎng)形成的結(jié)勢(shì)壘不同，有p-n結(jié)、PIN結(jié)、金屬半導(dǎo)體的肖特基勢(shì)壘等不同結(jié)構(gòu)。根據(jù)工作條件不同，可有光電導(dǎo)和光伏兩種工作模式。（2

27、） APD管具有內(nèi)增益，它可以大大提高探測(cè)器的靈敏度和響應(yīng)頻率，以適合于微弱光信號(hào)探測(cè)。（3） 光伏探測(cè)器的噪聲主要包括器件中光生電流的散粒噪聲、暗電流噪聲和器件熱噪聲。器件的總噪聲與所加的工作偏壓有關(guān)。在反偏壓工作時(shí)，熱噪聲可忽略不計(jì)。（4） 光伏探測(cè)器可以工作于零偏與反偏兩種狀態(tài)。零偏工作時(shí)，不會(huì)引入偏置電路噪聲，還可以簡(jiǎn)化前級(jí)電子電路，是常用的偏置方式。反偏工作時(shí)，可以降低器件的熱噪聲及散粒噪聲，并可減小器件電容，此外可得到較高的探測(cè)率和相應(yīng)頻率。（5） 光伏探測(cè)器的響應(yīng)速度比光電導(dǎo)探測(cè)器快，它主要取決于負(fù)載電阻和結(jié)電容所構(gòu)成的時(shí)間常量。負(fù)載電阻大，輸出電壓大，但會(huì)變大，響應(yīng)變慢。反之，

28、負(fù)載電阻小，輸出電壓會(huì)降低，但會(huì)變小，響應(yīng)速度變快。（6） 與光電導(dǎo)探測(cè)器一樣，光伏探測(cè)器的靈敏度與頻帶寬度之積為一常量，在使用時(shí)要綜合考慮。同時(shí)，器件的各種參量基本上都與溫度有關(guān)。降低探測(cè)器工作溫度會(huì)減小暗電流和噪聲，提高電路的穩(wěn)定性。 第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.4.4、熱探測(cè)器的特點(diǎn)（1） 熱探測(cè)器是一類基于光輻射與物質(zhì)相互作用的熱效應(yīng)制成的器件。它的光譜響應(yīng)范圍寬而且平坦，但對(duì)于交變光信號(hào)來(lái)說(shuō)，熱探測(cè)器是一種窄帶響應(yīng)器件，其響應(yīng)速度一般較低，而且速度與響應(yīng)應(yīng)率之積為一常量的結(jié)論對(duì)熱探測(cè)器也成立。因此，選用器件時(shí)要綜合考慮。（2） 由半導(dǎo)體材料制成的溫差熱電堆，相應(yīng)率高，但機(jī)械強(qiáng)度較差

29、，使用時(shí)必須十分當(dāng)心。它的功耗很小，測(cè)量輻射時(shí)，應(yīng)對(duì)所測(cè)的輻射強(qiáng)度范圍有所估計(jì)，不要因電流過(guò)大燒毀熱端的黑化金箔。保存時(shí)，輸出端不能短路，要防止電磁感應(yīng)。（3） 測(cè)輻射熱計(jì)，響應(yīng)率也較高，光敏面采取致冷措施后，響應(yīng)率會(huì)進(jìn)一步提高，但它的機(jī)械強(qiáng)度也較差，易破碎。流過(guò)它的偏置電流不能大，避免電流產(chǎn)生的焦耳熱影響靈敏面的溫度。（4） 熱釋電器件是目前最受重視的熱探測(cè)器，其機(jī)械強(qiáng)度、響應(yīng)率、響應(yīng)速度都很高。在使用這類器件時(shí)要特別注意以下幾點(diǎn)：只能測(cè)量交變輻射，對(duì)恒定輻射無(wú)響應(yīng)；機(jī)械振動(dòng)會(huì)引起振動(dòng)噪聲，使用時(shí)應(yīng)避免振動(dòng)；熱釋電探測(cè)器輸出阻抗高（10101015），在使用時(shí)必須接以高阻抗負(fù)載和高輸入阻抗的

30、放大器。第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.5、光電成像器件、光電成像器件 光電成像器件是基于光電轉(zhuǎn)換原理,能夠提供空間上的二維圖像 ,不僅要求有高的靈敏度、低噪聲，而且要有高的空間信息分辨率，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，甚至可能涉及電子掃描、成像、聚焦和熒光屏發(fā)光等問(wèn)題。如常見(jiàn)器件按照器件結(jié)構(gòu)分為像管、真空攝像管等。按照靈敏度分為紅外、紫外、X射線管等！ 光電成像器件廣泛應(yīng)用于夜間瞄準(zhǔn)、夜間飛行、夜間觀察、偵察、預(yù)警、制導(dǎo)、攝像、攝影、工業(yè)控制、天文觀察、醫(yī)療、航空、航天等，在軍用和民用領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。 第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.6 電荷藕荷器件及其應(yīng)用CCD (Charge Coupled Devic

31、e)電荷耦合器件簡(jiǎn)稱.構(gòu)成:將MOS光敏元(電容器)陣列與讀出移位寄存器集成為一體,構(gòu)成具有自掃描功能的圖象傳感器.1、結(jié)構(gòu)CCD的MOS結(jié)構(gòu)(金屬、氧化物、P型硅襯底）及存貯電荷原理P型硅襯底 (SiO2層) 為柵極2工作原理:金屬電極加正電 電場(chǎng)使P型硅區(qū)域的空穴被趕盡 對(duì)帶負(fù)電的電子而言是一個(gè)勢(shì)陷 .實(shí)質(zhì)上微小的MOS電容構(gòu)成象素，既可“感光”又可留下“潛影”，感光作用是靠光強(qiáng)產(chǎn)生的電子電荷積累，潛影是各個(gè)象素留在各個(gè)電容里的電荷不等而形成的，若能設(shè)法把各個(gè)電容里的電荷依次傳送到輸出端，再組成行幀并經(jīng)過(guò)“顯影”就實(shí)現(xiàn)了圖象的傳遞 第9章 光電式傳感器技術(shù) 通常在半導(dǎo)體硅片上制有成百上千個(gè)

32、相互獨(dú)立的MOS光敏元,若在金屬電極上施加一正電壓,則形成成百上千個(gè)勢(shì)陷.如照射在光敏元上的是一幅明暗起伏的圖像,則光敏元就感應(yīng)出一幅與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖象.光強(qiáng)部位勢(shì)陷中收集電子多，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。MOS光敏源陣列第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.6.1.2、電荷的轉(zhuǎn)移與傳輸、電荷的轉(zhuǎn)移與傳輸 為保證信號(hào)電荷按確定路線轉(zhuǎn)移，通常MOS電容陣列柵極上所加電壓脈沖為嚴(yán)格滿足相位要求的二相、三相或四相系統(tǒng)的時(shí)鐘脈沖。下面介紹三相CCD結(jié)構(gòu)及工作原理。 三組電極組成一個(gè)耦合單元，電極上分別施加三個(gè)相差1200脈沖波。讀出移位寄存器結(jié)構(gòu)第9章 光電式傳感器技術(shù) 123t1t2t3t4t5三個(gè)時(shí)鐘脈沖

33、的時(shí)序第9章 光電式傳感器技術(shù) 圖3.73 讀出移位寄存器完成一次（組）轉(zhuǎn)移的過(guò)程 123123123123t1t2t3t4t5N溝道信號(hào)電荷為空穴,P溝道信號(hào)電荷為電子第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.6.1.3、電荷讀出方法、電荷讀出方法電荷讀出方法有兩種：輸出二極管電流法和浮置柵MOS放大器電壓法。輸出二極管電流法：圖9-17(a)是在線列陣未端襯底上擴(kuò)散形成輸出二極管，當(dāng)二極管加反向偏置時(shí)，在PN結(jié)區(qū)產(chǎn)生耗盡層。當(dāng)信號(hào)電荷通過(guò)輸出柵OG轉(zhuǎn)移到二極管耗盡區(qū)時(shí)，將作為二極管的少數(shù)載流子而形成反向電流輸出。輸出電流的大小與信息電荷大小成正比，并通過(guò)負(fù)載電阻RL變?yōu)樾盘?hào)電壓U0輸出。在PN結(jié)中，由

34、于擴(kuò)散作用，空穴、電子會(huì)分別向濃度低的N極、P極運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)電場(chǎng)，加反偏電壓，內(nèi)外電場(chǎng)方向相同，電場(chǎng)阻滯了載流子的擴(kuò)散。這兩種作用的結(jié)果是在PN結(jié)處形成一個(gè)電子、空穴都很稀少的耗盡層，其特征類似電容電容，這一電容也被稱為結(jié)電容 第9章 光電式傳感器技術(shù) 浮置柵MOS放大器讀取信息：圖9-17(b)是一種浮置柵MOS放大器讀取信息電荷的原理。MOS放大器實(shí)際是一個(gè)源極跟隨器,其柵極由浮置擴(kuò)散結(jié)收集到的信號(hào)電荷控制,所以源極輸出隨信號(hào)電荷變化。為了接收下一個(gè)“電荷包”的到來(lái),必須將浮置柵的電壓恢復(fù)到初始狀態(tài),故在MOS輸出管柵極上加一個(gè)MOS復(fù)位管。在復(fù)位管柵極上加復(fù)位脈沖R，使復(fù)位管開(kāi)啟，將信號(hào)

35、電荷抽走,使浮置擴(kuò)散結(jié)復(fù)位。MOS有三個(gè)極：柵極、源極、漏極，對(duì)應(yīng)三極管的基極、發(fā)射極、集電極第9章 光電式傳感器技術(shù) 圖9-17(c)為輸出級(jí)原理電路，由于采用硅柵工藝制作浮置柵輸出管,可使柵極等效電容C很小。如果電荷包的電荷為Q，A點(diǎn)等效電容為C,輸出電壓為U0，A點(diǎn)的電位變化U=Q/C，因而可以得到比較大的輸出信號(hào),起到放大器的作用，稱為浮置柵MOS放大器電壓法。MOS復(fù)位管第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.9、光纖傳感器、光纖傳感器1880年年, 貝爾貝爾, “光電話光電話”;1960年年 ,梅曼梅曼, “紅寶石激光器紅寶石激光器”;20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代,醫(yī)療用光導(dǎo)纖維醫(yī)療用光導(dǎo)纖維;

36、1966年，年，高琨博士論文提出光纖傳輸?shù)睦碚摳哏┦空撐奶岢龉饫w傳輸?shù)睦碚?970年，美國(guó)康寧公司年，美國(guó)康寧公司, 20分貝的光纖分貝的光纖; 1930年年,日本日本, 3.6公里的光通信線路公里的光通信線路1972年日本電子技術(shù)綜合研究所制出年日本電子技術(shù)綜合研究所制出7dB/KMSiO2芯光纖芯光纖1973年美貝爾實(shí)驗(yàn)室用化學(xué)沉積法（年美貝爾實(shí)驗(yàn)室用化學(xué)沉積法（CVD）制光纖）制光纖1978年對(duì)年對(duì)1.5m光傳輸接通理論值約光傳輸接通理論值約0.2dB/KM1980年光通訊產(chǎn)業(yè)形成年光通訊產(chǎn)業(yè)形成第9章 光電式傳感器技術(shù) 光纖光纖光導(dǎo)纖維，是由光導(dǎo)纖維，是由石英、玻石英、玻璃、塑料璃、

37、塑料等光折射率高的介質(zhì)材料制成等光折射率高的介質(zhì)材料制成的極細(xì)的纖維，是一種理想的光傳輸線的極細(xì)的纖維，是一種理想的光傳輸線路。路。光纖傳感器光纖傳感器（FiberOpticSensor，F(xiàn)OS）興起于）興起于20世紀(jì)世紀(jì)70年代，是一類較年代，是一類較新的光敏器件，它是利用被測(cè)量對(duì)光纖新的光敏器件，它是利用被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄟM(jìn)行調(diào)制，使光波的一些內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄟM(jìn)行調(diào)制，使光波的一些參數(shù)，如參數(shù)，如強(qiáng)度、頻率、波長(zhǎng)、相位、偏強(qiáng)度、頻率、波長(zhǎng)、相位、偏振態(tài)振態(tài)等特性產(chǎn)生變化來(lái)工作?？梢詼y(cè)量等特性產(chǎn)生變化來(lái)工作?？梢詼y(cè)量位移、加速度、壓力、溫度、磁、聲、位移、加速度、壓力、溫度、磁、聲、電電等

38、物理量。等物理量。光纖傳感器 第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.9.29.9.2光纖傳感器（光纖傳感器（FOSFOS）的組成及工作原理）的組成及工作原理 組成:光纖傳感器一般由光源、光導(dǎo)纖維、光傳感器元件、光調(diào)制機(jī)構(gòu)和信號(hào)處理器等部分組成。工作過(guò)程如下: 相當(dāng)于信號(hào)源，負(fù)責(zé)信號(hào) 的發(fā)射，光源可以是白織燈光源（鎢絲燈泡）、氣體激光器（氦氖激光器、二氧化碳激光器等）、固體激光器等。光纖：傳輸介質(zhì)，負(fù)責(zé)信號(hào)傳輸感知外界信息，相當(dāng)于調(diào)制器。將光信號(hào)變成電信號(hào)還原外界信號(hào)，相當(dāng)于解調(diào)器。第9章 光電式傳感器技術(shù) 光纖傳感器的工作原理 光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制區(qū)，在調(diào)制區(qū)內(nèi)（傳感器內(nèi)），外界被測(cè)參數(shù)與進(jìn)

39、入調(diào)制區(qū)的光相互作用，使光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)（顏色）、頻率、相位、偏振態(tài)）等發(fā)生變化(包絡(luò)線與F相同），成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)光纖送入光敏器件、解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù)。 Pout 出射光 Po ID t 入射光 Pin t D 探測(cè)器 IF t 信號(hào) F 光源 強(qiáng)度調(diào)制區(qū) pi t 第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.9.3、光纖傳感器分類、光纖傳感器分類 多種分類方法:按光纖與光的作用機(jī)理分，可分為本征型和非本征型；按光纖內(nèi)傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量分，可分為單模器件和多模器件；按信號(hào)在光纖中被調(diào)制的不同方式分，分為強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制、頻率調(diào)制和波長(zhǎng)調(diào)制等多種不同類型。 這里，把光纖傳感

40、器分為兩大類： 一類是功能型傳感器F F (Function Fiber Optic Sensor)，如圖9-45所示,是利用光纖本身的特性，把光纖作為敏感元件，所以又稱傳感型光纖傳感器； 功能型光纖傳感示意圖 第9章 光電式傳感器技術(shù) 另一類是非功能傳感器NF (Non-Function Fiber Optic ensor)，如圖9-46所示。是利用其他敏感元件感受被測(cè)量的變化，光纖僅作為光的傳輸介質(zhì)，也稱傳光型光纖傳感器。9-46 非功能型光纖傳感示意圖 第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.9.4、光纖導(dǎo)光原理、光纖導(dǎo)光原理光纖的結(jié)構(gòu)特性與纖芯略有不同的玻璃或塑料制成(塑料)(玻璃或塑料)圖4.

41、1 光纖的結(jié)構(gòu) 纖芯的芯徑一般為纖芯的芯徑一般為50或或62.5m，包層直徑一般為，包層直徑一般為125m。纖芯纖芯包層包層涂覆層涂覆層護(hù)套護(hù)套第9章 光電式傳感器技術(shù) 光在光纖中傳輸 包層n2纖芯n1cc下圖表示光在光纖中傳播的原理：全內(nèi)反射。光在光纖中遠(yuǎn)距離傳輸滿足條件：全內(nèi)反射的條件：n1n2？。并保證光波沿芯子方向傳播。第9章 光電式傳感器技術(shù) ijrkn0n1n2n0sini=n1sin j n1sin k= n2sin r k=900- j 2221022210021201sinsin901sin1sinnnnnnnnnnNANAiirri，得定義為數(shù)值孔徑，將為臨界入射角，則入射

42、角時(shí)發(fā)生全反射，此時(shí)的當(dāng)因第9章 光電式傳感器技術(shù) 數(shù)值孔徑的意義：無(wú)論光源發(fā)射功率有多大,只有2張角之內(nèi)的光功率被光纖接受傳播。一般希望光纖有大的數(shù)值孔徑,保證較大入射角范圍輸入全反射光，提高效率。但數(shù)值孔徑大,光信號(hào)將產(chǎn)生大的“模色散”, 所以要適當(dāng)選擇。典型的光纖10。例題、試計(jì)算n1=1.46 n2=1.45的階躍折射率光釬的數(shù)值孔徑？如果外部媒質(zhì)為空氣n0=1，求該種光釬的最大入射角？解： 畫(huà)圖并 寫(xiě)出數(shù)值孔徑的公式推倒過(guò)程 =0.17162212NAnn1706. 0arcsinarcsinnNAi第9章 光電式傳感器技術(shù) 9.9.5、光纖傳感器的應(yīng)用舉例、光纖傳感器的應(yīng)用舉例（1

43、）反射式光纖位移傳感器反射式光纖位移傳感器原理圖第9章 光電式傳感器技術(shù) 原理： 當(dāng)光纖探頭端部緊貼被測(cè)件時(shí),發(fā)射光纖中的光不能反射到接收光纖中去,接收光纖中無(wú)光信號(hào);當(dāng)被測(cè)表面逐漸遠(yuǎn)離光纖探頭時(shí),發(fā)射光纖照亮被測(cè)表面的面積越來(lái)越大, 相應(yīng)的發(fā)射光錐和接收光錐重合面積B1越來(lái)越大,因而接收光纖端面上被照亮的B2區(qū)也越來(lái)越大,有一個(gè)線性增長(zhǎng)的輸出信號(hào);當(dāng)整個(gè)接收光纖被全部照亮?xí)r,輸出信號(hào)就達(dá)到了位移-輸出信號(hào)曲線上的“光峰點(diǎn)”,光峰點(diǎn)以前的這段曲線叫前坡區(qū);當(dāng)被測(cè)表面.繼續(xù)遠(yuǎn)離時(shí),由于被反射光照亮的B2面積大于C,即有部分反射光沒(méi)有反射進(jìn)接收光纖,還由于接收光纖更加遠(yuǎn)離被測(cè)表面,接收到的光強(qiáng)逐漸

44、減小,光敏輸出器的輸出信號(hào)逐漸減弱,進(jìn)入曲線的后坡區(qū)第9章 光電式傳感器技術(shù) 位移-輸出信號(hào)曲線 輸出位移光峰坡前后坡O這一區(qū)域可以用來(lái)進(jìn)行微米級(jí)的位移測(cè)量?？捎糜诰嚯x較遠(yuǎn)而靈敏度、線性度和精度要求不高的測(cè)量。檢測(cè)物體表面狀態(tài)根據(jù)被測(cè)距離購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)光纖傳感器.第9章 光電式傳感器技術(shù) 反射式光釬傳感器靈敏度與那些因素有關(guān)： (1)所使用光纖束的數(shù)量 (2)尺寸 (3)分布 (4) 每根光纖的數(shù)值孔徑 其中光纖探頭端部的發(fā)射光纖和接收光纖的分布狀況對(duì)探頭測(cè)量范圍和靈敏度有較大影響。一般在光纖探頭的端部,發(fā)射光纖與接收光纖有以下四種分布:如圖所示。 第9章 光電式傳感器技術(shù) 圖4.9 發(fā)射光纖與接收

45、光纖的四種分布(a)(b)(c)(d)隨機(jī)分布半球形對(duì)開(kāi)分布共軸內(nèi)發(fā)射分布共軸外發(fā)射分布光釬隨機(jī)排列可達(dá)到靈敏度最佳值第9章 光電式傳感器技術(shù) 反射式光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)與輸出靈敏度及測(cè)量距離之間關(guān)系 反射式光纖位移傳感器一般是將發(fā)射和接收光纖捆綁組合在一起，組合的形式有不同，如：半分式、共軸式、混合式，混合式靈敏度高，半分式測(cè)量范圍大。第9章 光電式傳感器技術(shù) （2）光纖液位傳感器 下圖為基于全內(nèi)反射原理研制的液位傳感器。它由LED光源，光電二極管，多模光纖等組成。當(dāng)測(cè)頭接觸液面和不接觸液面時(shí)，由于液體折射率與空氣不同，使返回到光電二極管的光強(qiáng)變化；表明測(cè)頭已接觸到液位。探頭不接觸液面時(shí)，在錐體內(nèi)全反射，接觸時(shí)部