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文檔簡介

1、【知識要求】【知識要求】1.了解并掌握光電效應(yīng)、光電器件及其特征。了解并掌握光電效應(yīng)、光電器件及其特征。2.了解并掌握光電、光纖式傳感器的功能和應(yīng)用。了解并掌握光電、光纖式傳感器的功能和應(yīng)用。3.了解光電、光纖式傳感器的發(fā)展方向。了解光電、光纖式傳感器的發(fā)展方向?!灸芰σ蟆俊灸芰σ蟆?.掌握各種光電式和光纖式傳感器的工作特性和掌握各種光電式和光纖式傳感器的工作特性和功能。功能。2.能夠根據(jù)要求設(shè)計出合適的傳感器工作電路。能夠根據(jù)要求設(shè)計出合適的傳感器工作電路。(一光電效應(yīng)和光電器件(一光電效應(yīng)和光電器件光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。在光線作用下,物光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。在光

2、線作用下,物體的導(dǎo)電性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng),如光敏電阻就屬于體的導(dǎo)電性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng),如光敏電阻就屬于這類光電器件。在光線作用下,能使電子退出物體表面的現(xiàn)象這類光電器件。在光線作用下,能使電子退出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng),如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件。稱為外光電效應(yīng),如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件。在光線作用下,能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光在光線作用下,能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng),即阻擋層光電效應(yīng),如光電池、光敏晶體管等就生伏特效應(yīng),即阻擋層光電效應(yīng),如光電池、光敏晶體管等就屬于這類光電器件。屬于這類光電器件。1.光敏

3、電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管,它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可以加直流電壓,也可以加交流電壓。無光照時,光敏電阻值(暗電阻)很大,電路中電流(暗電流)很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時,它的阻值(亮電阻)急劇減小,電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻阻值一般在兆歐級,亮電阻阻值在幾千歐以下。如圖所示為光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)。它是涂于玻璃底板上的一薄層半導(dǎo)體物質(zhì),半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極,金屬電極與引出線端相連接,光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響,在半導(dǎo)體光

4、敏層上覆蓋了一層漆膜,漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu) (1光敏電阻的主要參數(shù)暗電阻光敏電阻在不受光照時的阻值稱為暗電阻,此時流過的電流稱為暗電流。亮電阻光敏電阻在受光照時的電阻稱為亮電阻,此時流過的電流稱為亮電流。光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。 (2光敏電阻的基本特性伏安特性在一定照度下,流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。如圖所示為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見,光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi),其I-U曲線為直線。這說明其阻值與入射光量有關(guān),而與電壓和電流無關(guān)。硫化鎘光敏電阻伏安特性曲線圖光譜特性光敏電阻的相

5、對靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性,亦稱為光譜響應(yīng)。如圖所示為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。對應(yīng)于不同波長,光敏電阻的靈敏度是不同的。從圖中可見,硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域,常被用做光度量測量(照度計)的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū),常用做火焰探測器的探頭。光敏電阻的光譜特性溫度特性溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng),同時,光敏電阻的靈敏度和暗電阻都要改變,尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。如圖所示為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線,它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因而,硫化鉛光敏電阻要在低溫、恒溫的條件下使用。對于可見光的光敏電阻,其溫

6、度影響要小一些。硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性2.光敏二極管和光敏晶體管(1結(jié)構(gòu)原理光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中,其 PN 結(jié)裝在管的頂部,可以直接受到光照,如下圖。光敏二極管結(jié)構(gòu)及符號光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài),如下圖,在沒有光照射時,反向電阻很大,反向電流很小,這一反向電流稱為暗電流。當(dāng)光照射在PN結(jié)上時,光子打在PN結(jié)附近,使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對,它們在PN結(jié)處的內(nèi)電場作用下作定向運動,形成光電流。光的照度越大,光電流 越 大 。 因 此 光 敏 二 極 管 在 不 受 光 照 射 時 , 處 于 截止 狀 態(tài) , 受 光 照 射 時

7、, 處 于 導(dǎo) 通 狀 態(tài) 。光敏二極管接線法光敏晶體管與一般晶體管很相似,具有兩個PN結(jié),只是它的發(fā)射極一邊做得很大,以擴大光的照射面積。如圖所示為NPN型光敏晶體管的結(jié)構(gòu)簡圖和基本電路。大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線,當(dāng)集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時,集電結(jié)就是反向偏壓,當(dāng)光照射在集電結(jié)上時,就會在集電結(jié)附近產(chǎn)生一電子空穴對,從而形成光電流,相當(dāng)于三極管的基極電流,由于基極電流的增加,因此集電極電流是光生電流的倍,所以光敏晶體管有放大作用。NPN型光敏三極管結(jié)構(gòu)簡圖及基本電路光敏二極管和光敏晶體管的材料幾乎都是硅(Si)。在形態(tài)上,有單體型和集合型,集合型是在一塊基片上有兩個

8、以上光敏二極管,比如將要在后面講到的CCD圖像傳感器中的光電耦合器件,就是由光敏晶體管和其他發(fā)光元件組合而成的。 (2基本特性光譜特性光敏二極管和晶體管的光譜特性曲線如圖所示。從曲線上可以看出,硅的峰值波長約為0.9 m,鍺的峰值波長約為1.5 m,此時靈敏度最大,而當(dāng)入射光的波長增加或縮短時,相對靈敏度也下降。一般來講,鍺管的暗電流較大,因此性能較差,故在可見光或探測熾熱狀態(tài)物體時,一般都用硅管。但對紅外光進行探測時,則鍺管較為適宜。光敏二極管的光譜特性伏安特性如圖所示為硅光敏管在不同照度下的伏安特性曲線。從圖中可見,光敏晶體管的光電流比相同管型的二極管大上百倍。硅光敏管的伏安特性溫度特性光

9、敏晶體管的溫度特性是指其暗電流及光電流與濕度的關(guān)系。光敏晶體管的溫度特性曲線如圖所示。從特性曲線上可以看出,溫度變化對光電流影響很小,而對暗電流影響很大,所以在電子線路中應(yīng)該對暗電流進行溫度補償,否則將會導(dǎo)致輸出誤差。光敏晶體管的溫度特性型號或名稱光譜范圍/m峰值波長/m靈敏度/A(W)-1響應(yīng)時間/s2DU0.41.10.90.41072CU0.41.10.90.51072DUL0.41.11.060.65109硅復(fù)合二極管0.41.10.90.5109硅雪崩光電二極管0.41.10.80.8630109鍺光電二極管0.41.11.50.5107CaAs光電二極管0.30.950.85107

10、HgCdTe光電二極管112由Cd的組分決定107PbSnTe光電二極管11.6由Sn的組分決定107InSb光電二極管0.45.5107硅光電二極管的特性參數(shù)硅光電二極管的特性參數(shù)3.光電池(1光電池工作原理光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用下實質(zhì)就是電源,電路中有了這種器件就不需要外加電源了。光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。它實質(zhì)上是一個大面積的PN結(jié),當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個面上,例如P型面時,若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,那么P型區(qū)每吸收一個光子就會產(chǎn)生一對自由電子空穴對,電子空穴對從表面向內(nèi)迅速擴散,在結(jié)電場的作用下,最后建立一個與光照強度有

11、關(guān) 的 電 動 勢 , 工 作 原 理 圖 如 圖 所 示 。光電池工作原理光電池的種類很多,有硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池。其中硅光電池由于性能穩(wěn)定,光譜范圍寬,頻率特性好、轉(zhuǎn)換效率高和耐高溫輻射,所以最受人們重視。(2光電池的基本特性光譜特性光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的。圖為硅光電池和硒光電池的光譜特性曲線。從圖中可知,不同材料的光電池,光譜響應(yīng)峰值所對應(yīng)的入射光波長是不同的,硅光電池在0.8m附近,硒光電池在0.5m附近。硅光電池的光譜響應(yīng)波長范圍從0.41.2m,而硒光電池只能在0.380.75m。可見硅光電池可以在很寬的波長范圍內(nèi)得到應(yīng)用。光電池

12、的光譜特性光照特性光電池在不同光照度下,光電流和光生電動勢是不同的,它們之間的關(guān)系就是光照特性。如圖所示為硅光電池的開路電壓和短路電流與光照度的關(guān)系曲線。硅光電池的光照特性溫度特性光電池的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器或設(shè)備的溫度漂移,影響到測量精度或控制精度等重要指標,因此溫度特性是光電池的重要特性之一。光電池的溫度特性如圖所示。光電池的溫度特性(二二)電荷耦合器件電荷耦合器件電荷耦合器件電荷耦合器件(Charge Couple Device,簡稱,簡稱CCD)是一種金屬氧化物半導(dǎo)體是一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)集成電路器件。集成電路

13、器件。它是以電荷作為信號,基本功能是進行電荷的存儲它是以電荷作為信號,基本功能是進行電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移。和電荷的轉(zhuǎn)移。CCD自自1970年問世以來,由于其獨年問世以來,由于其獨特的性能而發(fā)展迅速,廣泛特的性能而發(fā)展迅速,廣泛地應(yīng)用于自動控制和自動測量,尤其適用于圖像識地應(yīng)用于自動控制和自動測量,尤其適用于圖像識別技術(shù)。別技術(shù)。1CCD原理構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器,如(a)所示。與其他電容器一樣,MOS電容器能夠存儲電荷。如果MOS電容器中的半導(dǎo)體是P型硅,當(dāng)在金屬電極上施加一個正電壓時,在其電極下形成所謂耗盡層,由于電子在那里勢能較低,即形成了電子的勢阱,如圖(b)所示,成為蓄積

14、電荷的場所。電荷耦合器件MOS電容器圖為三相CCD時鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移關(guān)系。當(dāng)電壓從1相移到2相時,1相電極下勢阱消失,2相電極下形成勢阱。這樣儲存于1相電極下勢阱中的電荷移到鄰近的2相電極下勢阱中,實現(xiàn)電荷的耦合與轉(zhuǎn)移。三相CCD時鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移關(guān)系CCD的信號是電荷,那么信號電荷是怎樣產(chǎn)生呢?CCD的信號電荷產(chǎn)生有兩種方式,即光信號注入和電信號注入。CCD用做固態(tài)圖像傳感器時,接收的是光信號,即光信號注入法。當(dāng)光信號照射到CCD硅片表面時,在柵極附近的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對,其多數(shù)載流子(空穴)被排斥進入襯底,而少數(shù)載流子(電子)則被收集在勢阱中,形成信號電荷,并存儲起來。存儲電荷的多少正

15、比于照射的光強。所謂電信號注入就是CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對信號電壓或電流進行 采 樣 , 將 信 號 電 壓 或 電 流 轉(zhuǎn) 換 為 信 號 電 荷 。CCD輸出端有浮置擴散輸出端和浮置柵極輸出端兩種形式,如下圖。CCD的輸出端形式 2CCD的應(yīng)用電荷耦合器件用于固態(tài)圖像傳感器中,作為攝像或像敏的器件。CCD固態(tài)圖像傳感器由感光部分和移位寄存器組成。感光部分是指在同一半導(dǎo)體襯底上布設(shè)的若干光敏單元組成的陣列元件,光敏單元簡稱“像素”。固態(tài)圖像傳感器利用光敏單元的光電轉(zhuǎn)換功能將投射到光敏單元上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號“圖像”,即將光強的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強成比例的、大小不等的電荷空間分布,然后利用移位

16、寄存器的移位功能將電信號“圖像轉(zhuǎn)送,經(jīng)輸出放大器輸出。根據(jù)光敏元件排列形式的不同,CCD固態(tài)圖像傳感器可分為線型和面型兩種。(1線型CCD圖像傳感器線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)根據(jù)光敏元件排列形式的不同,CCD固態(tài)圖像傳感器可分為線型和面型兩種。(1線型CCD圖像傳感器線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。線型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)(2)面型CCD圖像傳感器按一定的方式將一維線型光敏單元及移位寄存器排列成二維陣列,即可以構(gòu)成面型CCD圖像傳感器。面型CCD圖像傳感器有三種基本類型:線轉(zhuǎn)移、幀轉(zhuǎn)移和隔離轉(zhuǎn)移。面型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)(三三)紅外輻射傳感器紅外輻射傳感器1.

17、紅外輻射紅外輻射電磁波譜圖2.紅外探測器(1紅外探測器的一般組成紅外探測器一般由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件、前置放大器和信號調(diào)制器組成,光學(xué)系統(tǒng)是紅外探測器的重要組成部分。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為反射式光學(xué)系統(tǒng)的紅外探測器和透射式光學(xué)系統(tǒng)的紅外探測器兩種。反射式紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖1浸沒透鏡;2敏感元件;3前置放大器;4聚乙烯薄膜;5次反射鏡;6主反射鏡透射式紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖1光管;2保護窗;3光柵;4透鏡;5浸沒透鏡;6敏感元件;7前置放大器(2熱探測器熱探測器是利用紅外輻射的熱效應(yīng),探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高,進而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化,通過測量物理參數(shù)的變化,便可確定探測

18、器所吸收的紅外輻射。熱探測器主要類型有熱釋電型、熱敏電阻型、熱電偶型和氣體型。而熱釋電型探測器在熱探測器中探測率最高,頻率響應(yīng)最寬,所以這種探測器備受重視,發(fā)展很快,這里主要介紹熱釋電型探測器。(3光子探測器光子探測器是利用入射紅外輻射的光子流與探測器材料中的電子相互作用,從而改變電子的能量狀態(tài),引起各種電學(xué)現(xiàn)象,稱光子效應(yīng)。通過測量材料電子性質(zhì)的變化,可以知道紅外輻射的強弱。利用光子效應(yīng)制成的紅外探測器,統(tǒng)稱光子探測器。光子探測器有內(nèi)光電和外光電探測器兩種,后者又分為光電導(dǎo)、光生伏特和光磁電探測器等三種。光子探測器的主要特點是靈敏度高,響應(yīng)速度快,具有較高的響應(yīng)頻率,但探測波段較窄,一般需在

19、低溫下工作。(四四)光纖式傳感器光纖式傳感器1.概述概述光纖式傳感器是光纖式傳感器是20世紀世紀70年代中期發(fā)展起來的年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù),它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展一門新技術(shù),它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。而逐步形成的。光纖式傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)光纖式傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)點,如不受電磁干擾、體積小、重量輕、可撓曲、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,易與微機靈敏度高、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、應(yīng)變、連接,便于遙測等。它能用于溫度、壓力、應(yīng)

20、變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和位移、速度、加速度、磁、電、聲和pH值等各種值等各種物理量的測量,具有極為廣泛的應(yīng)用前景。物理量的測量,具有極為廣泛的應(yīng)用前景。光纖式傳感器可以分為兩大類:一類是功能型(傳感型)傳感器;另一類是非功能型(傳光型)傳感器。功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,被測量對光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M行調(diào)制,使傳輸?shù)墓獾膹姸?、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化,再通過對被調(diào)制過的信號進行解調(diào),從而得出被測信號。非功能型傳感器是利用其他敏感元件感受被測量的變化,光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)。光纖傳感器所用光纖有單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通常為212 m,很細的

21、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感器多采用多模光纖。為了滿足特殊要求,出現(xiàn)了保偏光纖、低雙折射光纖、高雙折射光纖等。所以采用新材料研制特殊結(jié)構(gòu)的專用光纖是光纖傳感技術(shù)發(fā)展的方向。2.光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理(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璃,其結(jié)構(gòu)如圖所示。中心的圓柱體叫纖芯,圍繞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,纖芯的折射率略大于包層的折射率,在包層外面還常有一層保護套,多為尼龍材料。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì),而光纖的機械強度由保護

22、套維持。光纖的結(jié)構(gòu)(2光纖的傳輸原理眾所周知,光在空間是直線傳播的。在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能傳送到很遠的距離,光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射又稱全反射,是一種光學(xué)現(xiàn)象)。當(dāng)光纖的直徑比光的波長大很多時,可以用幾何光學(xué)的方法來說明光在光纖內(nèi)的傳播。設(shè)有一段圓柱形光纖,如下圖,它的兩個端面均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個端面并與圓柱的軸線成角時,根據(jù)斯乃爾光的折射定律,在光纖內(nèi)折射成,然后以角入射至纖芯與包層的界面。光纖的傳光原理為了滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射,光入射到光纖端面的臨界入射角c應(yīng)滿足下式:而所以實際工作時需要光纖彎曲,但只要滿足全反射條件,光線仍繼續(xù)前進??梢娺@里的光線“

23、轉(zhuǎn)彎實際上是由光的全反射所形成的。一般光纖所處環(huán)境為空氣,則n0=1。這樣在界面上產(chǎn)生全反射,在光纖端面上的光線入射角為說明光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語叫數(shù)值孔徑NA,即數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。其意義是:無論光源發(fā)射功率有多大,只有入射光處于2c的光錐內(nèi),光纖才能導(dǎo)光。如入射角過大,中角r,經(jīng)折射后不能滿足式c的要求,光線便從包層選出而產(chǎn)生漏光。所以NA是光纖的一個重要參數(shù)。一般希望有大的數(shù)值孔徑,這有利于耦合效率的提高,但數(shù)值孔徑過大,會造成光信號畸變,所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值。(一實施要求(一實施要求需要具備光電、光纖式傳感器及仿真實驗設(shè)備。需要具備光電、光纖式傳感器及仿真實驗設(shè)備。(二

24、實施步驟(二實施步驟1.識別所需類別傳感器,記錄其型號及特性數(shù)據(jù)。識別所需類別傳感器,記錄其型號及特性數(shù)據(jù)。2.確定所做實驗系統(tǒng)電路無誤。確定所做實驗系統(tǒng)電路無誤。3.連接仿真電路及實驗設(shè)備,檢查無誤并啟動仿真連接仿真電路及實驗設(shè)備,檢查無誤并啟動仿真實驗。實驗。4.記錄實驗數(shù)據(jù),驗證結(jié)果。記錄實驗數(shù)據(jù),驗證結(jié)果。(一燃氣熱水器中脈沖點火控制器(一燃氣熱水器中脈沖點火控制器燃氣熱水器的高壓打火確認電路原理圖 (二常用的紅外傳感器1.紅外測溫儀紅外測溫儀方框圖2紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)原理圖1光源;2拋物體反射鏡;3同步電動機;4切光片;5濾波氣室;6參比氣室;7測量氣室;8紅外探測

25、器;9放大器3.紅外無損探傷儀紅外無損探傷儀(三光纖傳感器(三光纖傳感器光纖傳感器由于它的獨特的性能而受到廣泛的重光纖傳感器由于它的獨特的性能而受到廣泛的重視,它的應(yīng)用正在迅速地發(fā)展。下面我們介紹幾種主視,它的應(yīng)用正在迅速地發(fā)展。下面我們介紹幾種主要的光纖傳感器。要的光纖傳感器。1光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器結(jié)構(gòu)簡圖2光纖溫度傳感器3.光纖旋渦流量傳感器光纖旋渦流量傳感器是將一根多模光纖垂直地裝入流管,當(dāng)液體或氣體流經(jīng)與其垂直的光纖時,光纖受到流體渦流的作用而振動,振動的頻率與流速有關(guān)系,測出頻率便可知流速。這種流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。光纖旋渦流量傳感器(一光纖式傳感

26、器位移特性實驗(一光纖式傳感器位移特性實驗1.實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康牧私夥瓷涔饫w式傳感器的原理與應(yīng)用。了解反射光纖式傳感器的原理與應(yīng)用。2.實驗儀器實驗儀器光纖式位移傳感器模塊、光纖式位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、測微頭、反型光纖傳感器、測微頭、反射面、直流電源、數(shù)顯電壓表。射面、直流電源、數(shù)顯電壓表。3.實驗原理反射光纖式位移傳感器是一種傳輸型光纖式傳感器。其原理如圖所示,光纖采用型結(jié)構(gòu),兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭,另一端分為兩支,分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖,通過光纖傳輸,射向反射面,再被反射到接收光纖,最后由光電轉(zhuǎn)換器接收,轉(zhuǎn)換器接收到的光源與反射體表面的性質(zhì)及

27、反射體到光纖探頭距離有關(guān)。當(dāng)反射表面位置確定后,接收到的反射光光強隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然,當(dāng)光纖探頭緊貼反射面時,接收器接收到的光強為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加,接收到的光強逐漸增加,到達最大值點后又隨兩者的距離增加而減小。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測量,具有探頭小,響應(yīng)速度快,測量線性化在小位移范圍內(nèi)等優(yōu)點,可在小位移范圍內(nèi)進行高速位移檢測。反射式光纖位移傳感器原理4.實驗內(nèi)容與步驟(1光纖式位移傳感器的安裝如圖所示,將Y型光纖安裝在光纖式位移傳感器實驗?zāi)K上。探頭對準鍍鉻反射板,調(diào)節(jié)光纖探頭端面與反射面平行,距離適中;固定測微頭。接通電源預(yù)熱數(shù)分鐘。反射

28、式光纖位移傳感器原理(2將測微頭起始位置調(diào)到14 cm處,手動使反射面與光纖探頭端面緊密接觸,固定測微頭。(3實驗?zāi)K從主控臺接入15 V電源,合上主控臺電源。(4將模塊輸出“Uo接到直流電壓表20 V擋),仔細調(diào)節(jié)電位器RW使電壓表顯示為零。(5旋動測微器,使反射面與光纖探頭端面距離增大,每隔.1 mm讀出一次輸出電壓Uo值,填入表中。5.實驗報告根據(jù)所得的實驗數(shù)據(jù),確定光纖位移傳感器大致的線性范圍,并給出其靈敏度和非線性誤差。(二光纖式傳感器測量振動實驗(二光纖式傳感器測量振動實驗1.實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康牧私夤饫w式傳感器動態(tài)位移性能。了解光纖式傳感器動態(tài)位移性能。2.實驗儀器實驗儀器光纖式位移傳感器、光纖式位移傳感器實驗?zāi)9饫w式位移傳感器、光纖式位移傳感器實驗?zāi)K、振動源、低頻振蕩器、通信接口含上位機軟塊、振動源、低頻振蕩器、通信接口含上位機軟件)。件)。3.實驗原理實驗原理利用光纖式位移傳感器的位移特性和其較高的利用光纖式位移傳感器的位移特性和其較高的頻率響應(yīng),用合適的測量電路即可測量振動。頻率響應(yīng),用合適的測量電路即可測量振動。4.實驗內(nèi)容與步驟(1光纖式傳感器測量振動實驗安裝如圖所示,光纖探頭對準振動平臺的反射面,并避開振動平臺中間孔。震動測量實驗(

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