第10章 光電測量技術(shù)

1、第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 1. 1.了解光電測量的基本知識及光電器件的特性了解光電測量的基本知識及光電器件的特性2. 2.了解常用的光電器件及其應(yīng)用了解常用的光電器件及其應(yīng)用3. 3.掌握光纖傳感器的檢測原理及其簡單應(yīng)用掌握光纖傳感器的檢測原理及其簡單應(yīng)用學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 要要 求求第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光電式傳感器：光電式傳感器：將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光量的變化，將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光量的變化，再通過光電元件把光量變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。再通過光電元件把光量變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。 光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。 10

2、.1 10.1 光電測量基礎(chǔ)知識光電測量基礎(chǔ)知識x1光量光量光量光量電量電量x2輸出輸出第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 物體在光的照射下產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為光電物體在光的照射下產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)或外光電效應(yīng)。發(fā)射效應(yīng)或外光電效應(yīng)。 E=hfh 普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，h=6.631010-34-34JSJS；f 是光的頻率。是光的頻率。光子的能量光子的能量E與它的頻率成正比與它的頻率成正比(愛因斯坦光量子理論愛因斯坦光量子理論)光電效應(yīng)分兩大類型：光電效應(yīng)分兩大類型：外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)和和內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)10.2 10.2 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)第第1010章

3、章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 物體表面受光照射，表面內(nèi)的電子與光子碰撞，光子把全物體表面受光照射，表面內(nèi)的電子與光子碰撞，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給電子。如電子的能量超過逸出功部能量轉(zhuǎn)移給電子。如電子的能量超過逸出功A A0 0時，電子就時，電子就逸出物體表面產(chǎn)生光電發(fā)射。逸出物體表面產(chǎn)生光電發(fā)射。如果不考慮電子熱運動的能量，產(chǎn)生光電發(fā)射的條件是：如果不考慮電子熱運動的能量，產(chǎn)生光電發(fā)射的條件是：光子能量光子能量hfhf超過表面逸出功超過表面逸出功A A0 0。mv2/2=hf-A0v-電子逸出時的速度電子逸出時的速度；m-電子的質(zhì)量。電子的質(zhì)量。愛因斯坦光電方程說明光電發(fā)生服從以下定律愛因斯坦光電

4、方程說明光電發(fā)生服從以下定律：1 1）物體表面發(fā)射的電子數(shù)物體表面發(fā)射的電子數(shù)( (光電流光電流) )與光強成正比；與光強成正比；2 2）光電子的動能隨光的頻率成正比的增加，而與光強無關(guān)；光電子的動能隨光的頻率成正比的增加，而與光強無關(guān)；3 3）光電子逸出物體表面，光電子逸出物體表面，hfhfAA0 0。對于每種物體都存在一個。對于每種物體都存在一個極限頻率（紅限頻率極限頻率（紅限頻率f f0 0） 否則不會有光電子發(fā)射出來。否則不會有光電子發(fā)射出來。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 在真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個電極：在真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個電極：光電陰極和陽極光電陰極和陽極。(1)(1

5、)結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 ( (真空光電管真空光電管) )光電管光電管光電陰極貼附在玻璃泡內(nèi)壁或涂在半光電陰極貼附在玻璃泡內(nèi)壁或涂在半圓筒形的金屬片上，當(dāng)陰極受到適當(dāng)圓筒形的金屬片上，當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長的光線照射時便發(fā)射電子，電子波長的光線照射時便發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。生了電流。 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 充氣光電管充氣光電管 在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體，如氬或氖。光電子在趨向陽在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體，如氬或氖。光電子在趨向陽極的途中

6、撞擊惰性氣體的原子，使其電離，使陽極電流急劇增加，極的途中撞擊惰性氣體的原子，使其電離，使陽極電流急劇增加，提高了光電管的靈敏度提高了光電管的靈敏度。缺點缺點: :靈敏度隨電壓顯著變化、穩(wěn)定性、頻率特性等比真空光電靈敏度隨電壓顯著變化、穩(wěn)定性、頻率特性等比真空光電管差。管差。 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光電倍增管光電倍增管 在入射光極為微弱時，光電管產(chǎn)生的光電流很小，在這種在入射光極為微弱時，光電管產(chǎn)生的光電流很小，在這種情況下即使光電流能被放大，但信號和噪聲同時被放大了，情況下即使光電流能被放大，但信號和噪聲同時被放大了，為克服這個缺點，要采用光電倍增管。為克服這個缺點，要

7、采用光電倍增管。(1) (1) 光電倍增管的結(jié)構(gòu)和工作原理光電倍增管的結(jié)構(gòu)和工作原理第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 由光電陰極、若干個倍增極和陽由光電陰極、若干個倍增極和陽極三部分組成。極三部分組成。光電倍增極上涂有電子轟擊下能光電倍增極上涂有電子轟擊下能夠發(fā)射更多電子的材料。夠發(fā)射更多電子的材料。倍增極數(shù)目在倍增極數(shù)目在4 41414個不等。個不等。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)光電導(dǎo)光電導(dǎo)：入射光子的能量如果大于禁帶寬度，即：入射光子的能量如果大于禁帶寬度，即hfEg,電子受光電子受光子的激發(fā)由價帶越過禁帶躍遷到導(dǎo)帶

8、，載流子數(shù)增多使其子的激發(fā)由價帶越過禁帶躍遷到導(dǎo)帶，載流子數(shù)增多使其電阻下電阻下降降。10.3 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)-光敏電阻光敏電阻(1) 結(jié)構(gòu)和原理結(jié)構(gòu)和原理又稱光導(dǎo)管。在玻璃底板上均勻地涂上薄薄的一層半導(dǎo)體，半又稱光導(dǎo)管。在玻璃底板上均勻地涂上薄薄的一層半導(dǎo)體，半導(dǎo)體的兩端裝上金屬電極，使電極與半導(dǎo)體層可靠地電接觸，導(dǎo)體的兩端裝上金屬電極，使電極與半導(dǎo)體層可靠地電接觸，然后，將它們壓入塑料封裝體內(nèi)。為了防止周圍介質(zhì)的污染，然后，將它們壓入塑料封裝體內(nèi)。為了防止周圍介質(zhì)的污染，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋一層漆膜，漆膜成分的選擇應(yīng)該使

9、它在在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋一層漆膜，漆膜成分的選擇應(yīng)該使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。 梳狀電極光電導(dǎo)透光窗口外殼絕緣基體玻璃支柱引腳AA第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成，一般選用禁帶寬度較寬的光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成，一般選用禁帶寬度較寬的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材料。 原理：原理：光敏電阻在受到光的照射時，由于內(nèi)光電效應(yīng)使其導(dǎo)光敏電阻在受到光的照射時，由于內(nèi)光電效應(yīng)使其導(dǎo)電性能增強，電阻電性能增強，電阻R RG G值下降，流過負載電阻值下降，流過負載電阻R RL L的電流及其兩的電流及其兩端電壓也隨之變化。光線越

10、強，電流越大。當(dāng)端電壓也隨之變化。光線越強，電流越大。當(dāng)光照停止時光照停止時，光電效應(yīng)消失，光電效應(yīng)消失，電阻恢復(fù)原值電阻恢復(fù)原值。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 1: 1:硫化鎘、硫化鎘、2: 2:硫化鉈、硫化鉈、3: 3:硫化鉛。硫化鉛。光敏電阻的光電特性光敏電阻的光電特性 在一定電壓作用下，光電流在一定電壓作用下，光電流I I與照與照射光通量射光通量的關(guān)系稱為光電特性。的關(guān)系稱為光電特性。 光敏電阻的光電特性具有非線性。光敏電阻的光電特性具有非線性。光敏電阻的光譜特性光敏電阻的光譜特性第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 2 2 光電池光電池-光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)

11、光電池基于阻擋層的光電效應(yīng)工作的。光電池基于阻擋層的光電效應(yīng)工作的。 在光線照射下，直接將光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱觿莸脑诠饩€照射下，直接將光量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱觿莸墓怆娫?。實質(zhì)上它就是電壓源。光電元件。實質(zhì)上它就是電壓源。 光電池的種類很多，有硒光電池、氧化亞銅光電池的種類很多，有硒光電池、氧化亞銅光電池、光電池、硫化鉈光電池、硫化鎘光電池、鍺光硫化鉈光電池、硫化鎘光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池等。電池、硅光電池、砷化鎵光電池等。 其中硅光電池和硒光電池用途廣泛。其中硅光電池和硒光電池用途廣泛。 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 本課程介紹硅和硒兩種光電池本課程介紹硅和硒兩種光電池. (1

12、) (1) 結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理 硅光電池是在一塊硅光電池是在一塊N N型硅片型硅片上，用擴散的方法摻入一些上，用擴散的方法摻入一些P P型型雜質(zhì)（例如硼）形成雜質(zhì)（例如硼）形成PNPN結(jié)。結(jié)。 入射光照射在入射光照射在PNPN結(jié)上時，若光子能量結(jié)上時，若光子能量hfhf大于半導(dǎo)體材料的禁大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度帶寬度E Eg g，則在，則在PNPN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生電子結(jié)內(nèi)產(chǎn)生電子- -空穴對，在內(nèi)電場的作用下，空穴對，在內(nèi)電場的作用下，空穴移向空穴移向P P型區(qū)，電子移向型區(qū)，電子移向N N型區(qū)，使型區(qū)，使P P型區(qū)帶正電，型區(qū)帶正電，N N型區(qū)帶負型區(qū)帶負電，因而電，因而PNPN結(jié)產(chǎn)生電勢。結(jié)產(chǎn)生電勢

13、。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 硒光電池是在鋁片上涂硒，再硒光電池是在鋁片上涂硒，再用濺射的工藝，在硒層上形成用濺射的工藝，在硒層上形成一層半透明的氧化硒。在正反一層半透明的氧化硒。在正反兩面噴上低溶合金作為電極。兩面噴上低溶合金作為電極。在光線照射下，鎘材料帶負電，在光線照射下，鎘材料帶負電，硒材料上帶正電，形成光電流硒材料上帶正電，形成光電流或光電勢?；蚬怆妱荨?(2) (2) 主要特性主要特性光電池的光譜特性光電池的光譜特性不同光電池的光譜峰值位置不同。不同光電池的光譜峰值位置不同。如硅光電池在如硅光電池在8000 8000 附近，硒附近，硒光電池在光電池在5400 540

14、0 附近。附近。 AA光半透明金屬膜硒半導(dǎo)體金屬底盤)(um波長%相對靈敏度第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 硅光電池的光譜范圍廣，即為硅光電池的光譜范圍廣，即為4500450011000 11000 之間，硒光之間，硒光電池的光譜范圍為電池的光譜范圍為340034007500 7500 。因此硒光電池適用于可見。因此硒光電池適用于可見光，常用于照度計測定光的強度。光，常用于照度計測定光的強度。AA光電池的光照特性光電池的光照特性 光電池在不同的光強照光電池在不同的光強照射下可產(chǎn)生不同的光電流和射下可產(chǎn)生不同的光電流和光生電動勢。光生電動勢。短路電流在很大范圍內(nèi)與光強成線性關(guān)系。開路

15、電壓隨光短路電流在很大范圍內(nèi)與光強成線性關(guān)系。開路電壓隨光強變化是非線性的，并且當(dāng)照度在強變化是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx2000lx時就趨于飽和了。時就趨于飽和了。因此把光電池作為測量元件時，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式因此把光電池作為測量元件時，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來使用，不宜用作電壓源。來使用，不宜用作電壓源。 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光電池的短路電流：是反映外接負載電阻相對于光電池內(nèi)阻很小時的光電流。而光電池的內(nèi)阻是隨著照度增加而減小的，所以在不同照度下可用大小不同的負載電阻為近似“短路”條件。 從實驗中知道，負載電阻越小，光電流與照度之間的線性關(guān)系越好，且線性

16、范圍越寬。 對于不同的負載電阻，可在不同的照度范圍內(nèi)，使對于不同的負載電阻，可在不同的照度范圍內(nèi)，使光電流與光強保持線性關(guān)系，所以應(yīng)用光電池作測量光電流與光強保持線性關(guān)系，所以應(yīng)用光電池作測量元件時，所用負載電阻的大小，應(yīng)根據(jù)光強的具體情元件時，所用負載電阻的大小，應(yīng)根據(jù)光強的具體情況而定。總之，負載電阻越小越好況而定?？傊?，負載電阻越小越好。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光電池的頻率特性光電池的頻率特性 光電池在作為測量、計數(shù)、接收元件時，常用交變光光電池在作為測量、計數(shù)、接收元件時，常用交變光照。照。 光電池的頻率特性：反映光的交變頻率和光電池輸出光電池的頻率特性：反映光的交

17、變頻率和光電池輸出電流的關(guān)系。電流的關(guān)系。 硅光電池可以有很高的頻率響應(yīng)硅光電池可以有很高的頻率響應(yīng) 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快; ; 短路電流隨溫度升高而緩慢增加。短路電流隨溫度升高而緩慢增加。 當(dāng)用光電池作測量元件時，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮到溫度的當(dāng)用光電池作測量元件時，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮到溫度的漂移，采取相應(yīng)的措施來進行補償。漂移，采取相應(yīng)的措施來進行補償。光電池的溫度特性光電池的溫度特性 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 3光敏二極管光敏二極管光敏二極管又稱光電二極光敏二極管又稱光電二極管。管。

18、管芯是一個具有光敏特性管芯是一個具有光敏特性的的PNPN結(jié)，它被封裝在管殼結(jié)，它被封裝在管殼內(nèi)。發(fā)光二極管管芯的光內(nèi)。發(fā)光二極管管芯的光敏面是通過擴散工藝在敏面是通過擴散工藝在N N型單晶硅上形成的一層薄型單晶硅上形成的一層薄膜。膜。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光敏二極管在電路中處于反向偏置，在沒有光照射時，反光敏二極管在電路中處于反向偏置，在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流向電阻很大，反向電流( (暗電流暗電流) )很小。當(dāng)光照射在很小。當(dāng)光照射在PNPN結(jié)上，結(jié)上，光子打在光子打在PNPN結(jié)附近，使結(jié)附近，使PNPN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子及光生空結(jié)附近產(chǎn)生光生電子及光生空穴

19、，因此使穴，因此使PNPN結(jié)的反向電流增大。結(jié)的反向電流增大。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 4 4 光敏三極管光敏三極管光敏三極管光敏三極管: :PNPPNP型型和和NPNNPN型型。當(dāng)集電極加上正電壓，基極開路時，集電極處于反向偏當(dāng)集電極加上正電壓，基極開路時，集電極處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時，會產(chǎn)生電子置狀態(tài)。當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時，會產(chǎn)生電子- -空空穴對，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極穴對，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極和發(fā)射極間的電壓升高，便有大量的電子流向集電極，和發(fā)射極間的電壓升高，便有大量的電子流向集電極，形成輸出電流

20、，且集電極電流為光電流的形成輸出電流，且集電極電流為光電流的 倍。倍。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) (2) (2) 光敏三極管的主要特性光敏三極管的主要特性光敏三極管的光譜特性光敏三極管的光譜特性 光敏三極管存在一個最佳靈敏度光敏三極管存在一個最佳靈敏度的峰值波長。當(dāng)入射光的波長增加的峰值波長。當(dāng)入射光的波長增加時，相對靈敏度要下降。時，相對靈敏度要下降。 光敏三極管的伏安特性光敏三極管的伏安特性第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光敏三極管的光照特性光敏三極管的光照特性 光敏三極管的輸出電流光敏三極管的輸出電流I I和照度之間的關(guān)系，它們之間呈和照度之間的關(guān)系，它們之間

21、呈近似線性關(guān)系。當(dāng)光照足夠大（幾千勒克斯）時，會出現(xiàn)飽近似線性關(guān)系。當(dāng)光照足夠大（幾千勒克斯）時，會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)轉(zhuǎn)換元件。關(guān)轉(zhuǎn)換元件。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光敏三極管的頻率特性光敏三極管的頻率特性 光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響，減小負光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響，減小負載電阻可以提高頻率響應(yīng)。光敏三極管的頻率響應(yīng)載電阻可以提高頻率響應(yīng)。光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差。比光敏二極管差。 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 10.4 10.4 光纖傳

22、感器光纖傳感器第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光纖傳感器所用光纖有單模光纖和多模光纖。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單模光纖的纖芯直徑通常為2 212m12m，很細的纖芯半徑接近于，很細的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；光強調(diào)制型或傳和偏振調(diào)制型的光纖傳感器采用單模光纖；光強調(diào)制型或傳光型光纖傳感器多采用多模光纖。光型光纖傳感器多采用多模光纖。 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 2SiO522OPOGe、1n2SiO

23、432SiFOB、纖芯包層塑料套管涂敷層mm1外層直徑um2001002n第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 2211sinsinnn1n光密介質(zhì)2n光疏介質(zhì)aabbccab11CC290212sinnnCC10d1n2n0nABCC1光折射與反射的光折射與反射的snell定律定律第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NANA : :描述集光的能力描述集光的能力( (反映纖芯接受光量的多少反映纖芯接受光量的多少) )222101NAnnnsincNANA意義：無論光源發(fā)射功率多大，只有入射光處于意義：無論光源發(fā)射功率多大，只有入射光處于22c c的光的光角內(nèi)，光纖

24、才能導(dǎo)光。角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。NANA是光纖的一個重要參數(shù)。一般希望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。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。一般光線所處環(huán)境為空氣，一般光線所處環(huán)境為空氣，n n0 0=1=1。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 調(diào)制器調(diào)制器光源入射光纖出射光纖光探測器輸出第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 光源入射光纖出射光纖光探測器輸出調(diào)制器第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 幾種常用的

25、光纖傳感器幾種常用的光纖傳感器1 光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器 第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 2 光纖位移傳感器光纖位移傳感器 光纖位移傳感器是利用光導(dǎo)纖維傳輸光信號的功能，根據(jù)光纖位移傳感器是利用光導(dǎo)纖維傳輸光信號的功能，根據(jù)探測到的反射光的強度來測量被測反射表面的距離。探測到的反射光的強度來測量被測反射表面的距離。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 入射光纖接收光纖光源被測物體x位移dd位移光電流輸出axmImd0入射光纖接收光纖被測物體dAB利用光導(dǎo)纖維傳輸光利用光導(dǎo)纖維傳輸光信號的功能，根據(jù)探信號的功能，根據(jù)探測到的反射光的強度測到的反射光的強度來測量被測反射

26、表面來測量被測反射表面的距離。的距離。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 1.1.光纖探頭端部緊貼被測部件時，發(fā)射光纖中的光不能反射到光纖探頭端部緊貼被測部件時，發(fā)射光纖中的光不能反射到接收光纖中去，因而就不能產(chǎn)生光電流信號；接收光纖中去，因而就不能產(chǎn)生光電流信號；2.2.被測表面逐漸遠離光纖探頭時，發(fā)射光纖照亮被測表面的面被測表面逐漸遠離光纖探頭時，發(fā)射光纖照亮被測表面的面積積A A越來越大，因而相應(yīng)的發(fā)射光錐和接收光錐重合面積越來越大，因而相應(yīng)的發(fā)射光錐和接收光錐重合面積B B1 1越來越來越大，因而接收光纖端面上被照亮的區(qū)越大，因而接收光纖端面上被照亮的區(qū)B B2 2也越來越大，

27、有一個線也越來越大，有一個線性增長的輸出信號；性增長的輸出信號；3.3.當(dāng)整個接收光纖的端面被全部照亮?xí)r，輸出信號就達到了位當(dāng)整個接收光纖的端面被全部照亮?xí)r，輸出信號就達到了位移移- -輸出信號曲線上的輸出信號曲線上的“光峰點光峰點”，光峰點以前的這段曲線叫前，光峰點以前的這段曲線叫前坡區(qū)；坡區(qū)；4.4.當(dāng)被測表面繼續(xù)遠離時，由于被反射光照亮的面積當(dāng)被測表面繼續(xù)遠離時，由于被反射光照亮的面積B B2 2大于大于C C，即有部分反射光沒有反射進接收光纖，且由于接收光纖更加遠即有部分反射光沒有反射進接收光纖，且由于接收光纖更加遠離被測表面，接收到的光強逐漸減小，光敏檢測器的輸出信號離被測表面，接收

28、到的光強逐漸減小，光敏檢測器的輸出信號逐漸減弱，便進入曲線的后坡區(qū)。逐漸減弱，便進入曲線的后坡區(qū)。工作原理工作原理入射光纖接收光纖被測物體dABd位移光電流輸出axmImd0第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 在后坡區(qū)，信號的減弱與探頭在后坡區(qū)，信號的減弱與探頭和被測表面之間的距離平方成反和被測表面之間的距離平方成反比。比。 在位移在位移- -輸出曲線的輸出曲線的“前坡前坡”區(qū)中，輸出信號的強度增加得非區(qū)中，輸出信號的強度增加得非?？?，所以這一區(qū)域可以用來進?？?，所以這一區(qū)域可以用來進行微米級的位移測量。行微米級的位移測量。 “后坡后坡”區(qū)可用于距離較遠而靈敏度、線性度和精度要求不高區(qū)可用于距離較遠而靈敏度、線性度和精度要求不高的測量。的測量。光峰區(qū)光峰區(qū): :輸出信號對于光強度變化的靈敏度要比對于位移變化的輸出信號對于光強度變化的靈敏度要比對于位移變化的靈敏度大得多，所以這個區(qū)域可用于對表面狀態(tài)進行光學(xué)測量。靈敏度大得多，所以這個區(qū)域可用于對表面狀態(tài)進行光學(xué)測量。第第1010章章 光電測量技術(shù)光電測量技術(shù) 3 3 光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器 光纖溫度傳感器是目前僅次于加速度、壓力