传感器第5版教学课件作者唐文彦第7章节课件

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器（第5版）哈尔滨工业大学唐文彦主编第一节光源第二节光电器件第三节电荷耦合器件和位置敏感器件第四节光纤传感器第五节光栅式传感器第六节激光式传感器第七章光电式传感器普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回主目录工作原理：被测量光信号电信号（借助光电器件）；基本组成（见下图）：辐射源、光学通路、光电器件；工作过程：被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将被测信息调整到光波上，可改变光波的强度、相位、空间分布和频谱分布；光电器件将光信号转换为电信号；电信号经后续电路解调分离出被测信息，

2、实现测量。第七章光电式传感器特点：频谱宽、不受电磁干扰影响、非接触测量、体积小、重量轻、造价低等。辐射源光电器件光学通路输出被测量被测量图7-1光电式传感器原理图第七章光电式传感器光电式传感器对光源的选择要考虑的因素：波长、谱分布、相干性、体积、造价、功率等。光源分类：热辐射光源、气体放电光源、激光器和电致发光器件等。光谱（附加知识点）光波：波长为10—106nm的电磁波可见光：波长380—780nm紫外线：波长10—380nm，波长300—380nm称为近紫外线波长200—300nm称为远紫外线波长10—200nm称为

3、极远紫外线第一节光源第七章光电式传感器红外线：波长780—106nm波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3μm的红外线称为远红外线。光谱分布如图所示。远紫外近紫外可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波长/μm第一节光源一、热辐射光源定义：热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光源称为热辐射光源。实例：白炽灯、卤钨灯；白炽灯特点：白炽灯为可见光源，但它的能量只有15%左右落在可见光区域，它的峰值波长在近红外区域，约1－1.5μm，因此可用作近红外光源。第一节光源二、气体放

4、电光源定义：电流通过气体会产生发光现象，利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。特点：气体放电光源的光谱不连续，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流的大小，可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。实例：低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的光源，统称为光谱灯。例如低压汞灯的辐射波长为254nm，钠灯的辐射波长约为589nm，它们经常用作光电检测仪器的单色光源。特例：若利用高压或超高压的氙气放电发光，可制成高效率的氙灯，它的光谱与日光非常接近。目前氙灯又可以分为长弧氙灯、短弧氙灯

5、、脉冲氙灯。第一节光源三、电致发光器件－发光二极管定义：固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过程。利用这种现象制成的器件称为电致发光器件，如发光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。发光二极管的发光原理：在N型半导体上扩散或者外延生长一层P型半导体，PN结两边掺杂浓度呈递减分布。当PN结接正向电压时，N区电子向P区运动，与P区空穴结合时发出一定频率的光，光子频率取决于PN结的价带和导带之间的能隙，改变能隙大小可以改变二极管的发光频谱。第一节光源四、激光器激光产生的过程：某些物质的分

6、子、原子、离子吸收外界特定能量（如特定频率的辐射），从低能级跃迁到高能级上（受激吸收）；如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，就形成了粒子数反转，在特定频率的光子激发下，高能粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率相同的光子（受激发射）；由于单位时间受激发射光子数远大于激发光子数，因此上述现象称为光的受激辐射放大。具有光的受激辐射放大功能的器件称为激光器。第一节光源激光器的优点：单色性好、方向性好和亮度高。种类：激光器种类繁多，按工作物质分类—固体激光器（如红宝石激光器）气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化

7、碳激光器）半导体激光器（如砷化镓激光器）液体激光器。第一节光源1、固体激光器固体激光器的典型实例就是红宝石激光器，它是人类发明的第一种激光器，诞生于1960年。红宝石激光器的工作介质是掺0.5%铬的氧化铝（即红宝石），激光器采用强光灯作泵浦，红宝石吸收其中的蓝光和绿光，形成粒子数反转，受激发出深红色的激光（波长约694nm）；Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石激光器）是另一种常见的固体激光器，与红宝石激光器相比，对光泵的要求较低，可见光甚至近红外都可以作其光泵，这种激光器发出的波长为1.06μm的红外光。固体激光器通常工作在

8、脉冲状态下，功率大，在光谱吸收测量方面有一些应用。利用阿波罗登月留下的反射镜，红宝石激光器还曾成功地用于地球到月球的距离测量。第一节光源2、气体激光器特点：气体介质的密度低得多，因而单位体积能够实现的离子反转数目也低得多，为了弥补气体密度低的不足，气体激光器的体积一般都比较大。气体介质均匀，激光稳定性好，另外气体可在