《传感技术》PPT课件

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1、——第五章光电式传感器本章内容5.1光电传感器概述5.2常用光源5.3光电效应及光电元件5.4光电编码器5.5光栅传感器现代传感器技术<2/108>工作原理：系统组成：光源光通路光电元件测量电路光光电电y被测量x1被测量x2光→敏感元件→电敏感元件：光电元件光电效应外光电效应内光电效应测量方式：改变光源改变光路方式：5.1.1光电式传感器的组成原理5.1.2特点及应用特点：非接触、响应快、性能可靠、精度高应用：光学量：光强、光照度、辐射、气体成分几何量：形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误差力学量：应变、速度、加

2、速度、振动、流量、密度生化量：离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记现代传感器技术<4>光透射式：光→被测物→光电元件（透射）测量透明、半透明固体透明度、液体混浊度、气体浓度；1.模拟式光电传感器反射式：光→被测物→光电元件（反射）测量物体表面反射率、粗糙度、距离、位置、振动；遮光式：光→被测物→光电元件（部分遮光）测量物体位移、振动、速度；辐射式：被测物→光→光电元件，辐射强度测量辐射温度、放射线；5.1.3光电式传感器的一般形式5.1.3光电式传感器的一般形式2.脉冲式光电传感器透射式反射式频闪式现代传感器技术<6

3、>光源－码盘－光电元件转速越高－脉冲频率越高码盘转动－遮光－透光－脉冲转速传感器转速传感器本章内容5.1光电传感器概述5.2常用光源5.3光电效应及光电元件5.4光电编码器5.5光栅传感器现代传感器技术<7/108>5.2.1对光源的要求照度要求：足够亮度、光通量，保证信噪比和灵敏度均匀要求：视场亮度均匀、无阴影，避免测量误差投影要求：控制光的方向、透射、反射、散射发热要求：热光源、冷光源，减小发热对测量结果的影响光谱要求：光波频率、波长：紫外→可见光→红外现代传感器技术<8>全光谱波长：10-1410-1210-10

4、10-810-610-410-21mcmmmmnmÀ可见光380400500600700780nm紫400蓝435橙605红685黄575绿525青470紫外光红外光可见光：380nm～780nm红外光：780nm~1m紫外光：1nm~380nm5.2.2热辐射光源原理：高温物体→光辐射，温度高→辐射能大器件：白炽灯---钨丝（1879年，爱迪生）+惰性气体→提高寿命卤钨灯---钨丝+卤素（碘），卤素+内壁钨→卤化钨→受热分解→钨→沉积到钨丝现代传感器技术<9>5.2.2热辐射光源特点：谱线丰富，可见光+红外光，峰值

5、在近红外区发光效率低，15%在可见光，发热大，>80%能量转化为热能，→热光源寿命短（1000小时），易碎，电压高，有危险应用：可见光源---宽光谱（滤色片→窄带光谱，避免杂光干扰→仪器）近红外光源---红外检测现代传感器技术<10>5.2.3气体放电光源原理：气体分子激发→放电→发光器件：弧光灯：碳弧灯、钠弧灯、水银弧灯(汞灯)、金卤灯荧光灯：气体放电+荧光粉，波长更长日光灯：光谱接近日光节能灯：压缩荧光灯特点：效率高，省电功率大，光色接近日光，紫外线丰富有辐射，废弃物有汞污染、易碎频率低，对人眼有损害应用：强光、色

6、温要求接近日光现代传感器技术<11>5.2.4发光二极管(LED)原理：半导体，电致发光特点：体积小功耗低（白炽灯1/8，荧光灯1/2）、发热少寿命长（10万小时，是荧光灯的10倍）响应快（毫秒级）、供电电压低、易于数字控制价格较白炽灯贵，功率低，亮度小，器件：单色LED：红色、绿色、黄色、橙色、蓝色应用：指示灯、背光源白色LED：2001,美国波士顿大学光学研究中心光谱丰富：（篮+黄）/（篮+绿+红）亮度高---荧光灯5倍，白炽灯的25倍应用：仪器光源、室内照明现代传感器技术<12>5.2.5激光光源LASER：Li

7、ghtAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation“受激励辐射放大产生的光”原理：外界光→光原子→能级跃迁→受激辐射→光放大→谐振→辐射激光特点：方向性好---发散角很小(约0.18º)，比普通光小2~3数量亮度高：能量高度集中，亮度比普通光高几百万倍单色性好：光谱范围极小，频率单一；（He-Ne激光:λ=632.8nm,Δλ=10-6nm）相干性好---受激辐射，传播方向/振动方向/频率/相位一致时间相干性、空间相干性均好。现代传感器技术<13>5.2.5激光光源固体激光器

8、：体积小，坚固，功率高气体激光器：小巧、单色性好、能连续工作、功率小；高光束质量、高稳定性、长寿命、低噪音、经济；现代传感器技术<14>红外固体激光器绿色固体激光器红宝石固体激光器He-Ne激光器He-Cd激光器He-Cd激光器（制冷）5.2.5激光光源半导体激光器：效率高、体积小、重量轻、结构简单、功率小、非线性现代传感器技术<