光电、光纤、霍尔课件
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用的光源结合起来考虑，才能获得较好的效果。
相对灵敏度
图 7 - 5 光敏电阻的光谱特性
λ/nm
4.频率特性：表示光电流与照射光强度变化频率之间的关系。因 为光敏电阻受光照射后光电流不能立即达到饱和值，而是需要经 过一段时间。同样光线停止照射后，光电流也不是立即完全消失， 也存在一定的延时现象。
大多数光敏电阻的相应时间都较长，在ms 级左右。它除了 与材料有关外，还取决于照度、负载电阻和环境温度。
(a)是一种透射式的光电开关，两管之间有一间陷，发光元件和接收元件的光轴 是重合的。当被测物体位于或通过间隙时，遮断光路，输出端产生电平变化， 起到检测的作用。
(b)是一种反射式的光电开关，它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面 上且以某一角度相交，交点一般即为待检物的所在处。当有物体经过时， 接收元件可按收到从物体表面反射的光，使输出产生电平变化。
第八章光纤传感器
光纤与激光器、半导体光电器件一起构成了新的光学技 术——光电子学。
8— 1 光纤的结构和传光原理
1、 结构光纤由纤芯和包层组成。中心部
分称纤芯，围绕纤芯的部分称包层。这两部
分都是用石英、玻璃或塑料等光透射率高的
材料作成的，但二者的折射率不同。
纤芯n;
被覆层
纤芯的折射率nl> 包层的折射串n 2。
光电式 直射式光电转速传感器
机
态，已
结构示意图
它可以
特性较
开空圆盘 运转状
感器，
输入轴 的动态 ,
缝隙板
光敏元件
光源1发出 回来，经 经放大整 器10显示
光纸4反射
电脉冲信号，
光源 上理后由显示
案例：光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来 测量位移。
亮度传感器：
通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比 较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线， 达到节约电能的目的。
由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多， 一般情况 下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应 快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、 CCD 器件、 光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在 检测和控制领域得到了广泛的应用。
应用 光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射 式 (直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四种 基本形式。
以便入射光集中在P-N结。光电二极管在电路中往往工作在反向
偏置，没有光照时流过的反向电流很小，因为这时P型材料中的
电子和N 型材料中的空穴很少。但当光照射在P-N结上时，在耗
尽区内吸收光子而激发出的电子-空穴对越过结区，使少数载流
子的浓度大大增加，因此通过P-N结产生稳态光电流。 其特点
是体积小，频率特性好。
利用折射率不同，在纤芯内产生全反射，使 光束沿着轴向前进到达传输目的。为了增加 抗机械张力.防止腐蚀，在包层外加覆一层 塑胶尼龙被覆层。由许多单根光纤组成的光 纤束称光缆。
图 8 - 1 光纤结构
2、 传光原理
界面
(a)α<a
(b)a=a
n₁sinα= n₂sinβ
当m>nz, 当 的正弦值大于等于n₂/n;时，光束出现全反射。反射光的 强度等干入射光强度，此时，入射角a₁ 称为全反射临界角
它能够以光为媒介耦 合与传递电信号.也能 够隔离(绝缘)开电路的输 入与输出端。因此又称 为光电隔离器。
塑料封名
光电耦合器的结构
发光元件
件
接收元
(a)
(b)
图7→27 光 电开关结构原理 (a) 透 射 式 光 电 开 关 (b) 反 射 式 光 电 开 关
光 电 开 关 又称光电断续器，它是将红外发光元件和光电元件组装在一起， 典型的光电开关结构如图。
5.温度特性：光敏电阻与其它半导体器件一样，温度对其特 性影响很大。温度升高时暗电流增大，使灵敏度降低。
第七章光电传感器
照相机自动测光 光控灯 工业控制
7-2 光电管
光电管的工作原理与光敏电阻是相似的，其差别只是光照 在半导体结上而已。
光电二极管的P-N结装在管的顶部，上面有一个透镜制成的窗口，
相机测距反射式光电传感器
第八章光纤传感器
3.13 CCD固态图象传感器
MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的 结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物( 如二氧化硅),在氧化物上再沉积一层金属电极， 以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元 (MOS)。
+V9 金属电极 二氧化硅
光敏电阻不受光照射时的电阻称暗电阻，此时通过的电流称暗电流。受光照 射时的电阻称亮电阻，对应的电流称亮电流。亮电流与暗电流之差称光电流。光 敏电阻的暗电阻在几兆欧以上，而亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之差越 大，光电流越大，灵敏度越高。
第七章光电传感器
电极
电极
中
光敏电阻
1
电源 光敏电阻工作原理图
3.13 CCD固态图象传感器
光敏管 阵列
并 联 串 联 转 换 器
CCD
驱动脉冲 结束信号
显示电路 运算电路
3.13 CCD固态图象传感器
· 特点：
· (1)非接触检测；
· (2)响应快； · (3)可靠性高，为修简便； · (4)测量精度高；
· (5)体积小，重量轻；容易与计算机连接 · (6)对被测物体需要强光照射； · (7)受被测物体以外的光的影响.
被测物体本身就是辐射源，它可以直接照射在光电元件 上，也可以经过一定的光路后作用在光电元件上。光电高温 计、比色高温计、红外侦察和红外遥感等均属于这一类。这 种方式也可以用于防火报警和构成光照度计等
被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对 光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如测量 液体、气体的透明度、混浊度，对气体进行成分分析，测定 液体中某种物质的含量等。
激光器
分光镜
被测物体 光纤
fi+Af
频率分检器
光接收器
图8-.6 光纤端面偏移式位移传感器
作业件检测 颜色检测
载流 子(电子)将沿着于电流I 相反的方向运动。由于外磁场B 的作用， 使电子受到磁场力FI(洛仑兹力)而发生偏转，结果在半导体的后 面上电子积累带负电，而前端面缺少电子带正电，在前后端面 间形成电场。该电场产生的电场力Fe阻止电子继续偏转。当Fe 和Fl相等时，电子积累达到动态平衡。这时在半导体前后两端 面之间(即垂直于电流和磁场方向)建立电场，称为霍尔电场， 相应的电势称为霍尔电势。
光敏电阻的结构图
光电半导 电极 绝缘体 外壳
引线
电极 光电半导体
二、光敏电阻的基本特性
1.光照特性： 表示光电流与照射光强度的关系，也称光电特性。
图7 - 3 硫化镉光敏电阻的光照特性 不同类型的光敏电阻光照特性不同，但大多数光敏电阻的光照特性曲 线是非线性的，所以不适宜作检测元件，只能作为开关式的光电转换器。
光额
数测物
光 电元 件
遮光式
被测物体位于恒定光源与光电元件之间，光源发出的光通 量经被测物遮去其一部分，使作用在光电元件上的光通量减弱， 减弱的程度与被测物在光学通路中的位置有关。利用这一原 理可以测量长度、厚度、线位移、角位移、振动等。
光 电元件
被测物
恒定光源发出的光投射到被测物体上，被测物体把部分 光通量反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测 物表面状态和性质。例如测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、 表面位移等。
第七章 光电式传感器
光电式传感器是利用光电元件将光信号变换成电信号的一种装置。 光电元件也称光敏元件，光电元件的类型很多，但其工作原理都是建 立在光电效应这一物理基础上的。根据光电效应的不同机理，光电效 应可分为三类：
(1)光电子发射效应。在光的照射下，使电子从物理表面逸出的现
象称之。
(2)光电导效应。在光的照射下，使物理电阻率改变的现象称之。
光纤传感器测流速工作原理
光纤流速传感器由光纤、光源、铜管、光电二极管及测量电路所组成。光 纤插入顺流而置的铜管中，由于流体流动而使光纤发生机械变形，从而使 光纤中传播的各模式光的相位发生变化，光纤的发射光强出现强弱变化。 其振主幅的变化与流速成正比。
3.12 光纤传感器
传输型光纤传感器应用
多晋勒效应测速系统相
集电极 号
透明盖 图示符
PH 结
发射极 (b)
3.7半导体敏感元件传感器 7-3 光 电 池
光生伏特效应指半导体材料P-N 结受到光照后 产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源 的光电池是常用的光生伏特型器件。
N
十十十
7-4 光电传感器的应用
它可以用来检测直接引起光量变化的非电量，如光强、 光照度、辐射测温、气体成份分析等，也可以用来检验 能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗 糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的 形状、工作状态的识别等。
被测对象 光纤
被测对象
光纤
光源
敏
感
元 光电元件 件
(a)
(b)
图8- 5 光纤传感器的基本形式
(a) 传感型 (b) 传输型
第八章光纤传感器
传感型光纤传感器应用：
业助
入射光
造射光
(n)施加均衡压力
压力
透射光 施加点压力
光纤流速传感器
流体
铜管
多模光纤
放大器 滤波器 整流器积分器
BPF 光电二极管
2. 伏安特性： 给定的电压下 强不变时，外 最高工作电压 使用时应注意
I/mA 35 30 25 20
15
10wk.baidu.com
5
500mW 功耗
10001x
1001x 101x
0 20 40 60 80100 I20 U图/V? - 4 巯化镉光敏电阻的伏安特性
3.光谱特性：表示照射光的波长于光电流的关系。不同材料 光敏电阻的光谱特性不同，照射光的波长不同时，光敏电阻 的灵敏度亦不同。光敏电阻的灵敏度有一个峰值，材料不同 灵敏度峰值对应的波长不同。所以选择光敏电阻时，要与使
(3)光伏效应。在光的照射下使物体在某一方向产生电动势的现象
称之。
光电子发射效应在物体表面产生，所以也称外光电效应，通常使 用的是金属材料；光电导效应和光伏效应发生在物体内部，所以也称 内光电效应， 一般使用的是半导体材料。
7-1光敏电阻
一、光敏电阻的工作原理 光电导效应： 半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能 增强，光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象称为光 电导效应。 光照停止，自由电子与空穴逐渐复合，电阻又回复原来值。 根据这一原理制成的器件称为光敏电阻。 光敏电阻没有极性，使用时 在电阻两端加直流或交流偏压，如下图所示。
传感型光纤传感器：光纤不仅起传光作用，而且是敏感元件。它是利用光 纤本身的特性受被测物理量作用而发生变化的特点工作的，调制器是光纤本 身，即内部调制，应用的是基本功能的转换，所以称传感型。传感器中的光 纤是连续的。
传输型光纤传感器：光纤不是敏感元件，仅起传光作用，传感器中的光纤 是不连续的。它是利用在光纤端面或两根光纤中间放置其它介质的敏感元件， 感受被测物理量的变化。
定义数值孔径为：
NA= sinθ.
数值孔径越大，
光纤的集光能力越 强，但光信号畸变 越厉害。
8—2 光纤传感器的工作原理及组成
光纤传感器是将被测对象的状态转换成光信号来进行检测的传
感器。
基本原理：将来自光源的光经过光纤送入调制器，在调制器内与外 界被测参数相互作用，导致光的光学性质，如光的强度、频率、相 位、波长、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤 送入光探测器，经解调器解调后获得被测参数。 分类：按照光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为传感 型和传输型两类。
耗尽区
Q
P 型硅
NOS光敏元的结构 耗尽区边界
3.13 CCD固态图象传感器
在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS 单元， 如果照射在这些光敏元上的是一幅明暗起伏的图 像，则这些光敏元上就会感生出一幅与光照强度 相对应的光生电荷图像。
金属电极
23
562 8
9
二氧化硅
P 型硅
读出移位寄存器结构 遮光区
· 应用：
· (1)宽度测量；
(2)外径测量；
条形码扫描器
(3)主轴径向跳动测量.
3.13 CCD固态图象传感器 数码相机
GREY=RED*0.299+GREEG*0.587+BLUE*0.114
光敏三极管
玻璃绝缘
光电偶合嚣
1. 光电偶合器
透明绝缘体 (a) 金属封装
砷化镓发光二极管
由一个发光元件和一 个光电元件共同封装在 一个外壳内组成的复合 型转换元件。
光
逐明盖
图示符号
H PN 结
光电三极管的结构与光敏二极管相似，不过它有两个P-N 结， 基极无引出线，仅有集电极和发射极两端引线。当集电极c上 相对于发射极e为正的电压而不接基极b时，基极-集电极的结 就是反向偏置的。当光照射在基极-集电极结上时，就会在结 附近产生电子-空穴对，从而形成光电流(约几μA), 输出到三 极管的基极，此时集电极电流是光生电流的β倍(β是三极管的 电流放大倍数)。可见，光敏三极管具有放大作用，它的优点 是电流灵敏度高。
相对灵敏度
图 7 - 5 光敏电阻的光谱特性
λ/nm
4.频率特性：表示光电流与照射光强度变化频率之间的关系。因 为光敏电阻受光照射后光电流不能立即达到饱和值，而是需要经 过一段时间。同样光线停止照射后，光电流也不是立即完全消失， 也存在一定的延时现象。
大多数光敏电阻的相应时间都较长，在ms 级左右。它除了 与材料有关外，还取决于照度、负载电阻和环境温度。
(a)是一种透射式的光电开关，两管之间有一间陷，发光元件和接收元件的光轴 是重合的。当被测物体位于或通过间隙时，遮断光路，输出端产生电平变化， 起到检测的作用。
(b)是一种反射式的光电开关，它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面 上且以某一角度相交，交点一般即为待检物的所在处。当有物体经过时， 接收元件可按收到从物体表面反射的光，使输出产生电平变化。
第八章光纤传感器
光纤与激光器、半导体光电器件一起构成了新的光学技 术——光电子学。
8— 1 光纤的结构和传光原理
1、 结构光纤由纤芯和包层组成。中心部
分称纤芯，围绕纤芯的部分称包层。这两部
分都是用石英、玻璃或塑料等光透射率高的
材料作成的，但二者的折射率不同。
纤芯n;
被覆层
纤芯的折射率nl> 包层的折射串n 2。
光电式 直射式光电转速传感器
机
态，已
结构示意图
它可以
特性较
开空圆盘 运转状
感器，
输入轴 的动态 ,
缝隙板
光敏元件
光源1发出 回来，经 经放大整 器10显示
光纸4反射
电脉冲信号，
光源 上理后由显示
案例：光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来 测量位移。
亮度传感器：
通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比 较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线， 达到节约电能的目的。
由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多， 一般情况 下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应 快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、 CCD 器件、 光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在 检测和控制领域得到了广泛的应用。
应用 光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射 式 (直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四种 基本形式。
以便入射光集中在P-N结。光电二极管在电路中往往工作在反向
偏置，没有光照时流过的反向电流很小，因为这时P型材料中的
电子和N 型材料中的空穴很少。但当光照射在P-N结上时，在耗
尽区内吸收光子而激发出的电子-空穴对越过结区，使少数载流
子的浓度大大增加，因此通过P-N结产生稳态光电流。 其特点
是体积小，频率特性好。
利用折射率不同，在纤芯内产生全反射，使 光束沿着轴向前进到达传输目的。为了增加 抗机械张力.防止腐蚀，在包层外加覆一层 塑胶尼龙被覆层。由许多单根光纤组成的光 纤束称光缆。
图 8 - 1 光纤结构
2、 传光原理
界面
(a)α<a
(b)a=a
n₁sinα= n₂sinβ
当m>nz, 当 的正弦值大于等于n₂/n;时，光束出现全反射。反射光的 强度等干入射光强度，此时，入射角a₁ 称为全反射临界角
它能够以光为媒介耦 合与传递电信号.也能 够隔离(绝缘)开电路的输 入与输出端。因此又称 为光电隔离器。
塑料封名
光电耦合器的结构
发光元件
件
接收元
(a)
(b)
图7→27 光 电开关结构原理 (a) 透 射 式 光 电 开 关 (b) 反 射 式 光 电 开 关
光 电 开 关 又称光电断续器，它是将红外发光元件和光电元件组装在一起， 典型的光电开关结构如图。
5.温度特性：光敏电阻与其它半导体器件一样，温度对其特 性影响很大。温度升高时暗电流增大，使灵敏度降低。
第七章光电传感器
照相机自动测光 光控灯 工业控制
7-2 光电管
光电管的工作原理与光敏电阻是相似的，其差别只是光照 在半导体结上而已。
光电二极管的P-N结装在管的顶部，上面有一个透镜制成的窗口，
相机测距反射式光电传感器
第八章光纤传感器
3.13 CCD固态图象传感器
MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的 结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物( 如二氧化硅),在氧化物上再沉积一层金属电极， 以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元 (MOS)。
+V9 金属电极 二氧化硅
光敏电阻不受光照射时的电阻称暗电阻，此时通过的电流称暗电流。受光照 射时的电阻称亮电阻，对应的电流称亮电流。亮电流与暗电流之差称光电流。光 敏电阻的暗电阻在几兆欧以上，而亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之差越 大，光电流越大，灵敏度越高。
第七章光电传感器
电极
电极
中
光敏电阻
1
电源 光敏电阻工作原理图
3.13 CCD固态图象传感器
光敏管 阵列
并 联 串 联 转 换 器
CCD
驱动脉冲 结束信号
显示电路 运算电路
3.13 CCD固态图象传感器
· 特点：
· (1)非接触检测；
· (2)响应快； · (3)可靠性高，为修简便； · (4)测量精度高；
· (5)体积小，重量轻；容易与计算机连接 · (6)对被测物体需要强光照射； · (7)受被测物体以外的光的影响.
被测物体本身就是辐射源，它可以直接照射在光电元件 上，也可以经过一定的光路后作用在光电元件上。光电高温 计、比色高温计、红外侦察和红外遥感等均属于这一类。这 种方式也可以用于防火报警和构成光照度计等
被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对 光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如测量 液体、气体的透明度、混浊度，对气体进行成分分析，测定 液体中某种物质的含量等。
激光器
分光镜
被测物体 光纤
fi+Af
频率分检器
光接收器
图8-.6 光纤端面偏移式位移传感器
作业件检测 颜色检测
载流 子(电子)将沿着于电流I 相反的方向运动。由于外磁场B 的作用， 使电子受到磁场力FI(洛仑兹力)而发生偏转，结果在半导体的后 面上电子积累带负电，而前端面缺少电子带正电，在前后端面 间形成电场。该电场产生的电场力Fe阻止电子继续偏转。当Fe 和Fl相等时，电子积累达到动态平衡。这时在半导体前后两端 面之间(即垂直于电流和磁场方向)建立电场，称为霍尔电场， 相应的电势称为霍尔电势。
光敏电阻的结构图
光电半导 电极 绝缘体 外壳
引线
电极 光电半导体
二、光敏电阻的基本特性
1.光照特性： 表示光电流与照射光强度的关系，也称光电特性。
图7 - 3 硫化镉光敏电阻的光照特性 不同类型的光敏电阻光照特性不同，但大多数光敏电阻的光照特性曲 线是非线性的，所以不适宜作检测元件，只能作为开关式的光电转换器。
光额
数测物
光 电元 件
遮光式
被测物体位于恒定光源与光电元件之间，光源发出的光通 量经被测物遮去其一部分，使作用在光电元件上的光通量减弱， 减弱的程度与被测物在光学通路中的位置有关。利用这一原 理可以测量长度、厚度、线位移、角位移、振动等。
光 电元件
被测物
恒定光源发出的光投射到被测物体上，被测物体把部分 光通量反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测 物表面状态和性质。例如测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、 表面位移等。
第七章 光电式传感器
光电式传感器是利用光电元件将光信号变换成电信号的一种装置。 光电元件也称光敏元件，光电元件的类型很多，但其工作原理都是建 立在光电效应这一物理基础上的。根据光电效应的不同机理，光电效 应可分为三类：
(1)光电子发射效应。在光的照射下，使电子从物理表面逸出的现
象称之。
(2)光电导效应。在光的照射下，使物理电阻率改变的现象称之。
光纤传感器测流速工作原理
光纤流速传感器由光纤、光源、铜管、光电二极管及测量电路所组成。光 纤插入顺流而置的铜管中，由于流体流动而使光纤发生机械变形，从而使 光纤中传播的各模式光的相位发生变化，光纤的发射光强出现强弱变化。 其振主幅的变化与流速成正比。
3.12 光纤传感器
传输型光纤传感器应用
多晋勒效应测速系统相
集电极 号
透明盖 图示符
PH 结
发射极 (b)
3.7半导体敏感元件传感器 7-3 光 电 池
光生伏特效应指半导体材料P-N 结受到光照后 产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源 的光电池是常用的光生伏特型器件。
N
十十十
7-4 光电传感器的应用
它可以用来检测直接引起光量变化的非电量，如光强、 光照度、辐射测温、气体成份分析等，也可以用来检验 能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗 糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的 形状、工作状态的识别等。
被测对象 光纤
被测对象
光纤
光源
敏
感
元 光电元件 件
(a)
(b)
图8- 5 光纤传感器的基本形式
(a) 传感型 (b) 传输型
第八章光纤传感器
传感型光纤传感器应用：
业助
入射光
造射光
(n)施加均衡压力
压力
透射光 施加点压力
光纤流速传感器
流体
铜管
多模光纤
放大器 滤波器 整流器积分器
BPF 光电二极管
2. 伏安特性： 给定的电压下 强不变时，外 最高工作电压 使用时应注意
I/mA 35 30 25 20
15
10wk.baidu.com
5
500mW 功耗
10001x
1001x 101x
0 20 40 60 80100 I20 U图/V? - 4 巯化镉光敏电阻的伏安特性
3.光谱特性：表示照射光的波长于光电流的关系。不同材料 光敏电阻的光谱特性不同，照射光的波长不同时，光敏电阻 的灵敏度亦不同。光敏电阻的灵敏度有一个峰值，材料不同 灵敏度峰值对应的波长不同。所以选择光敏电阻时，要与使
(3)光伏效应。在光的照射下使物体在某一方向产生电动势的现象
称之。
光电子发射效应在物体表面产生，所以也称外光电效应，通常使 用的是金属材料；光电导效应和光伏效应发生在物体内部，所以也称 内光电效应， 一般使用的是半导体材料。
7-1光敏电阻
一、光敏电阻的工作原理 光电导效应： 半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能 增强，光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象称为光 电导效应。 光照停止，自由电子与空穴逐渐复合，电阻又回复原来值。 根据这一原理制成的器件称为光敏电阻。 光敏电阻没有极性，使用时 在电阻两端加直流或交流偏压，如下图所示。
传感型光纤传感器：光纤不仅起传光作用，而且是敏感元件。它是利用光 纤本身的特性受被测物理量作用而发生变化的特点工作的，调制器是光纤本 身，即内部调制，应用的是基本功能的转换，所以称传感型。传感器中的光 纤是连续的。
传输型光纤传感器：光纤不是敏感元件，仅起传光作用，传感器中的光纤 是不连续的。它是利用在光纤端面或两根光纤中间放置其它介质的敏感元件， 感受被测物理量的变化。
定义数值孔径为：
NA= sinθ.
数值孔径越大，
光纤的集光能力越 强，但光信号畸变 越厉害。
8—2 光纤传感器的工作原理及组成
光纤传感器是将被测对象的状态转换成光信号来进行检测的传
感器。
基本原理：将来自光源的光经过光纤送入调制器，在调制器内与外 界被测参数相互作用，导致光的光学性质，如光的强度、频率、相 位、波长、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤 送入光探测器，经解调器解调后获得被测参数。 分类：按照光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为传感 型和传输型两类。
耗尽区
Q
P 型硅
NOS光敏元的结构 耗尽区边界
3.13 CCD固态图象传感器
在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS 单元， 如果照射在这些光敏元上的是一幅明暗起伏的图 像，则这些光敏元上就会感生出一幅与光照强度 相对应的光生电荷图像。
金属电极
23
562 8
9
二氧化硅
P 型硅
读出移位寄存器结构 遮光区
· 应用：
· (1)宽度测量；
(2)外径测量；
条形码扫描器
(3)主轴径向跳动测量.
3.13 CCD固态图象传感器 数码相机
GREY=RED*0.299+GREEG*0.587+BLUE*0.114
光敏三极管
玻璃绝缘
光电偶合嚣
1. 光电偶合器
透明绝缘体 (a) 金属封装
砷化镓发光二极管
由一个发光元件和一 个光电元件共同封装在 一个外壳内组成的复合 型转换元件。
光
逐明盖
图示符号
H PN 结
光电三极管的结构与光敏二极管相似，不过它有两个P-N 结， 基极无引出线，仅有集电极和发射极两端引线。当集电极c上 相对于发射极e为正的电压而不接基极b时，基极-集电极的结 就是反向偏置的。当光照射在基极-集电极结上时，就会在结 附近产生电子-空穴对，从而形成光电流(约几μA), 输出到三 极管的基极，此时集电极电流是光生电流的β倍(β是三极管的 电流放大倍数)。可见，光敏三极管具有放大作用，它的优点 是电流灵敏度高。