光纖傳感器的發(fā)展課件

第8章光電式傳感器8.1光電器件8.2光纖傳感器光電傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。第8章光電式傳感器8.1光電器件光電傳8.1光電器件光子:一束光是由一束以光速運(yùn)動的粒子流組成的，這些粒子稱為～。光子具有能量，每個(gè)光子具有的能量由下式確定：E=hυ（8-1）h——普朗克常數(shù)=6.626×10-34(J·s)υ—光的頻率（s-1）。

所以光的波長越短，即頻率越高，其光子的能量也越大；反之，光的波長越長，其光子的能量也就越小。

1.外光電效應(yīng)

光電器件是將光信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器，是光電傳感器的核心部件。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。8.1光電器件光子:一束光是由一束以光速運(yùn)動的粒子流組外光電效應(yīng):在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為～。向外發(fā)射的電子叫光電子。光電管、光電倍增管—基于外光電效應(yīng)的光電器件。光照射物體，可以看成一連串具有一定能量的光子轟擊物體，物體中電子吸收的入射光子能量超過逸出功A0時(shí)，電子就會逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射，超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。外光電效應(yīng):在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的（8-2）m——電子質(zhì)量；v0—電子逸出速度。

光電子逸出物體表面時(shí)具有初始動能 ，因此對于外光電效應(yīng)器件，即使不加初始陽極電壓，也會有光電流產(chǎn)生，為使光電流為零，必須加負(fù)的截止電壓。

根據(jù)能量守恒定理—愛因斯坦光電效應(yīng)方程式光子能量必須超過逸出功A0，才能產(chǎn)生光電子；入射光的頻譜成分不變，產(chǎn)生的光電子與光強(qiáng)成正比；（8-2）m——電子質(zhì)量；光電子逸出物

2.內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng):在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)稱為～。內(nèi)光電效應(yīng)分類：

（1）光電導(dǎo)效應(yīng):

在光線作用下，當(dāng)半導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度→就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加→半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象稱為～。光敏電阻就是基于這種效應(yīng)的光電器件。光敏二極管，光敏晶體管也是基于內(nèi)光電效應(yīng)的。

（2）光生伏特效應(yīng):

在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為～?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池。2.內(nèi)光電效應(yīng)8.1.1光敏電阻

1.光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電阻（光導(dǎo)管）:用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。原理,特點(diǎn):①無極性，純電阻器件，可加交、直流電壓。②無光照時(shí)，電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。③在一定波長范圍的光照時(shí)，阻值（亮電阻）急劇減小→電路中電流（亮電流）迅速增大。對光敏電阻的要求:一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際暗電阻值在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐以下。8.1.1光敏電阻結(jié)構(gòu):金屬封裝的硫化鎘光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖。光導(dǎo)層—在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄的半導(dǎo)體物質(zhì)，稱為～。金屬電極—裝于半導(dǎo)體的兩端，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。漆膜—為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光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。光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案→以提高靈敏度，。圖8-1光敏電阻結(jié)構(gòu)光敏電阻結(jié)構(gòu)梳狀電極接線圖結(jié)構(gòu):金屬封裝的硫化鎘光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖。圖8-1光敏電阻2.光敏電阻的主要參數(shù)

(1)暗電阻與暗電流光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。

(2)亮電阻與亮電流光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過的電流稱為亮電流。

(3)光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。2.光敏電阻的主要參數(shù)3.光敏電阻的基本特性

(1)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～。由圖8-2可見，光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線。說明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓電流無關(guān)。

（2）光照特性

描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖8-3為硫化鎘光敏電阻的光照特性。

圖8-2硫化鎘光敏電阻的伏安特性圖8-3硫化鎘光敏電阻的光照特性

3.光敏電阻的基本特性圖8-2硫化(3)光譜特性（光譜響應(yīng)）---光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長λ的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性。圖8-4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，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。

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，常被用作光度量測量（照度計(jì)）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。圖8-4光敏電阻的光譜特性(3)光譜特性（光譜響應(yīng)）---光敏電阻對入

（4）頻率特性

時(shí)間常數(shù):實(shí)驗(yàn)證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示。

大多數(shù)的光敏電阻時(shí)間常數(shù)都較大，這是它的缺點(diǎn)之一。不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)（毫秒數(shù)量級），因而它們的頻率特性也就各不相同。圖8-5為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性，相比較，硫化鉛的使用頻率范圍較大。圖8-5光敏電阻的頻率特性（4）頻率特性圖8-5光敏電阻的頻率特性圖8-6硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性(5)溫度特性光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大。溫度變化時(shí)，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時(shí)光敏電阻的靈敏度和暗電阻也隨之改變，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。圖8-6為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線—峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，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，其溫度影響要小一些。圖8-6硫化鉛光敏電(5)溫度特性光敏電阻和其它半導(dǎo)

光敏電阻的優(yōu)點(diǎn):具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。此外許多光敏電阻對紅外線敏感，適宜于紅外線光譜區(qū)工作。光敏電阻的缺點(diǎn):是型號相同的光敏電阻參數(shù)參差不齊，并且由于光照特性的非線性，不適宜于測量要求線性的場合，常用作開關(guān)式光電信號的傳感元件。

表8-1幾種光敏電阻的特性參數(shù)表8-1幾種光敏電阻的特性參數(shù)1.光敏二極管結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu):與一般二極管相似。裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射（圖8-7）。在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)（圖8-8）原理:

無光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流（暗電流）很小;

當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近→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(yùn)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(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。

圖8-7光敏二極管結(jié)構(gòu)簡圖和符號圖8-8光敏二極管接線圖8.1.2光敏二極管和光敏晶體管1.光敏二極管結(jié)構(gòu)原理原理:無光照射時(shí)，反向電阻很大，反向2.光敏晶體管結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu):光敏晶體管與一般晶體管很相似，具有兩個(gè)PN結(jié)（圖8-9（a））,發(fā)射極一邊做得很大→擴(kuò)大光的照射面積。原理:接線（圖8-9（b）），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(shí),集電結(jié)就是反向偏壓，當(dāng)光照射在集電結(jié)時(shí)→結(jié)附近產(chǎn)生電子—空穴對，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴→使基極與發(fā)射極間的電壓升高→有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的β倍，所以光敏晶體管有放大作用。

圖8-9NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)簡圖和基本電路2.光敏晶體管結(jié)構(gòu)原理圖8-9NPN型光敏晶體管結(jié)光敏晶體管的達(dá)林頓光敏管的等效電路:①光敏晶體管的光電靈敏度比光敏二極管高得多;②但在需要高增益或大電流輸出的場合，需采用達(dá)林頓光敏管。圖8-10是達(dá)林頓光敏管的等效電路，它是一個(gè)光敏晶體管和一個(gè)晶體管以共集電極連接方式構(gòu)成的集成器件。由于增加了一級電流放大，所以輸出電流能力大大加強(qiáng)，甚至可以不必經(jīng)過進(jìn)一步放大，便可直接驅(qū)動靈敏繼電器。但由于無光照時(shí)的暗電流也增大，因此適合于開關(guān)狀態(tài)或位式信號的光電變換。圖8-10達(dá)林頓光敏管的等效電路(a)結(jié)構(gòu)簡化模型(b)基本電路光敏晶體管的達(dá)林頓光敏管的等效電路:圖8-10達(dá)林頓光敏3.光敏管的基本特性

(1)光譜特性

指在一定照度時(shí)，輸出的光電流（或用相對靈敏度表示）與入射光波長的關(guān)系。圖8-11硅和鍺光敏二（晶體）極管的光譜特性曲線。峰值波長—硅約0.9μm，鍺約1.5μm，此時(shí)靈敏度最大，當(dāng)入射光的波長增長或縮短時(shí)，相對靈敏度都會下降。通常鍺管暗電流較大→性能較差→在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一般都用硅管。但對紅外光的探測，用鍺管較為適宜。圖8-11光敏二極(晶體)管的光譜特性3.光敏管的基本特性圖8-11光敏二極橫坐標(biāo)—所加反向偏壓,縱坐標(biāo)為光電流。①光照時(shí)，反向電流隨著光照強(qiáng)度的增大而增大;②不同照度下曲線幾乎平行→所以只要沒達(dá)到飽和值，它的輸出實(shí)際上不受偏壓大小的影響圖8-12（b）。橫坐標(biāo)為集電極-發(fā)射極電壓，縱坐標(biāo)為光電流。由于晶體管的放大作用，在同樣照度下，其光電流比相應(yīng)的二極管大上百倍。圖8-12硅光敏管的伏安特性(a)硅光敏二極管;(b)硅光敏晶體管硅光敏晶體管的伏安特性硅光敏二極管的伏安特性(2)伏安特性（硅光敏管）橫坐標(biāo)—所加反向偏壓,縱坐標(biāo)為光電流。①光照時(shí)，反向電流隨著

（3）頻率特性

指光敏管輸出的光電流（或相對靈敏度）隨頻率變化的關(guān)系。光敏二極管的頻率特性:是半導(dǎo)體光電器件中最好的一種，普通光敏二極管頻率響應(yīng)時(shí)間達(dá)10μs。光敏晶體管的頻率特性:圖8-13受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)范圍，但輸出電壓響應(yīng)也減小。

圖8-13光敏晶體管的頻率特性（3）頻率特性指光敏管輸出的光電流（或相對靈(4)溫度特性---指光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。例:光敏晶體管的溫度特性曲線如圖8-14所示。溫度變化對光電流影響很小(圖(b))，而對暗電流影響很大(圖(a))→在電子線路中應(yīng)該對暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會導(dǎo)致輸出誤差。圖8-14光敏晶體管的溫度特性(4)溫度特性---指光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。表8-22CU型硅光敏二極管的基本參數(shù)表8-22CU型硅光敏二極管的基本參數(shù)表8-33DU型硅光敏晶體管的基本參數(shù)表8-33DU型硅光敏晶體管的基本參數(shù)----是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。在有光線作用時(shí)實(shí)質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。

工作原理:光電池的是基于“光生伏特效應(yīng)”。實(shí)質(zhì)—一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面，例如P型面時(shí)，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(gè)光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴→電子-空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散→在結(jié)電場的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。圖8-15硅光電池原理圖(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)等效電路8.1.3光電池----是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。在有光線作用時(shí)

光電池基本特性：

(1)光譜特性不同光波長→靈敏度不同。例:圖8-16硅、硒光電池的光譜特性

光電池材料不同→光譜響應(yīng)峰值所對應(yīng)的入射光波長不同:硅光電池入射波長:0.8μm附近光譜響應(yīng)波長范圍0.4~1.2μm硒光電池入射波長:0.5μm附近光譜響應(yīng)波長范圍0.38~0.75μm

可見，硅光電池可以在很寬的波長范圍內(nèi)得到應(yīng)用。圖8-16硅、硒光電池的光譜特性光電池基本特性：圖8-16硅、硒光電池(2)光照特性

不同光照度下→光電流和光生電動勢不同，它們之間的關(guān)系就是光照特性。圖8-17為硅光電池的開路電壓和短路電流與光照的關(guān)系曲線。開路電壓（即負(fù)載電阻RL無限大時(shí)）與光照度的關(guān)系是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx時(shí)就趨于飽和了。短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系因此作為測量元件時(shí)→把光電池當(dāng)作電流源的形式來使用，不宜用作電壓源。圖8-17硅光電池的光照特性(2)光照特性不同光照度下→光電流和光

（3）頻率特性圖8-18分別給出硅、硒光電池的頻率特性，橫坐標(biāo)—光的調(diào)制頻率。由圖可見，硅光電池有較好的頻率響應(yīng)。

圖8-18硅、硒光電池的頻率特性（3）頻率特性圖8-18分別給出硅、硒光電(4)溫度特性描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。圖8-19

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(biāo)，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。

開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。由于溫度對光電池的工作有很大影響→作為測量元件使用時(shí)，最好能保證溫度恒定或采取溫度補(bǔ)償措施。

圖8-19硅光電池的溫度特性(4)溫度特性描述光電池的開路電壓和短路表8-4硅光電池2CR型特性參數(shù)表8-4硅光電池2CR型特性參數(shù)表8-4硅光電池2CR型特性參數(shù)表8-4硅光電池2CR型特性參數(shù)8.1.4光電耦合器件光電耦合器件:是由發(fā)光元件(如發(fā)光二極管)和光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號的光電器件。分類:根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途不同，分為

用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器用于檢測有無物體的光電開關(guān)。

1.光電耦合器

結(jié)構(gòu):其發(fā)光元件和接收元件都封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。發(fā)光器件—通常采用砷化鎵發(fā)光二極管，其管芯由一個(gè)PN結(jié)組成，隨著正向電壓的增大，正向電流增加，發(fā)光二極管產(chǎn)生的光通量也增加。光電接收元件—可以是光敏二極管和光敏三極管，也可以是達(dá)林頓光敏管。8.1.4光電耦合器件圖8-20光電耦合器組合形式圖8-20為光敏三極管和達(dá)林頓光敏管輸出型的光電耦合器。為了保證光電耦合器有較高的靈敏度，應(yīng)使發(fā)光元件和接收元件的波長匹配。光敏三極管達(dá)林頓光敏管圖8-20光電耦合器組合形式圖8-20為光敏三極管和達(dá)林

2.光電開關(guān)

光電開關(guān)—一種利用感光元件對變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，同時(shí)加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出“開”、“關(guān)”信號的器件。典型結(jié)構(gòu)圖透射式的光電開關(guān):它的發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的。當(dāng)不透明的物體位于或經(jīng)過它們之間時(shí)，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發(fā)光元件的光，這樣就起到了檢測作用。圖8-21光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)(a)透射式；(b)反射式2.光電開關(guān)典型結(jié)構(gòu)圖圖8-21光電開關(guān)反射式的光電開關(guān):發(fā)光元件和接收元件的光軸在同一平面且以某一角度相交，交點(diǎn)一般即為待測物所在處。當(dāng)有物體經(jīng)過時(shí)，接收元件將接收到從物體表面反射的光，沒有物體時(shí)則接收不到。光電開關(guān)的特點(diǎn):小型、高速、非接觸，而且與TTL、MOS等電路容易結(jié)合。圖8-21光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)(a)透射式；(b)反射式反射式的光電開關(guān):發(fā)光元件和接收元件的光軸在同一平面且以某一

用光電開關(guān)檢測物體時(shí)，大部分只要求其輸出信號有“高-低”(1-0)之分即可。

光電開關(guān)的基本電路示例。圖（a）、（b）表示負(fù)載為CMOS比較器等高輸入阻抗電路時(shí)的情況，（c）表示用晶體管放大光電流的情況。

光電開關(guān)的應(yīng)用—廣泛用于工業(yè)控制、自動化包裝線及安全裝置中作為光控制和光探測裝置。可在自動控制系統(tǒng)中用作物體檢測，產(chǎn)品計(jì)數(shù)，料位檢測，尺寸控制，安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等。圖8-22光電開關(guān)的基本電路用光電開關(guān)檢測物體時(shí)，大部分只要求其輸出信8.1.5電荷耦合器件

電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice,縮寫為CCD）:一種大規(guī)模金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路光電器件。它以電荷為信號，具有光電信號轉(zhuǎn)換、存儲、轉(zhuǎn)移并讀出信號電荷的功能。

CCD自1970年問世以來，由于其獨(dú)特的性能而發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于航天、遙感、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、天文及通訊等軍用及民用領(lǐng)域信息存儲及信息處理等方面，尤其適用以上領(lǐng)域中的圖像識別技術(shù)。8.1.5電荷耦合器件1.CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）結(jié)構(gòu):

CCD由若干個(gè)電荷耦合單元組成的。基本單元:MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器，如8-23(a)所示。它以P型（或N型）半導(dǎo)體為襯底，上面覆蓋一層厚度約120nm的SiO2，再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極而構(gòu)成MOS電容轉(zhuǎn)移器件。這樣一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)光敏元或一個(gè)像素。輸入、輸出結(jié)構(gòu):將MOS陣列加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了CCD器件。圖8-23MOS電容器（a）MOS電容截面；（b）勢阱圖1.CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理圖8-23MOS電容器

(2)工作原理

構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器。與其它電容器一樣，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(gè)正電壓Ug時(shí)，P型硅中的多數(shù)載流子（空穴）受到排斥，半導(dǎo)體內(nèi)的少數(shù)載流子（電子）吸引到P-Si界面處來，從而在界面附近形成一個(gè)帶負(fù)電荷的耗盡區(qū)（也稱表面勢阱），如圖8-23(b)所示。對帶負(fù)電的電子來說，耗盡區(qū)是個(gè)勢能很低的區(qū)域。

當(dāng)光照射在硅片上，在光子作用下→半導(dǎo)體硅產(chǎn)生了電子-空穴對→產(chǎn)生的光生電子就被附近的勢阱所吸收，勢阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到該勢阱附近的光強(qiáng)成正比，存儲了電荷的勢阱被稱為電荷包，而同時(shí)產(chǎn)生的空穴被排斥出耗盡區(qū)。在一定的條件下，所加正電壓Ug越大，耗盡層就越深，Si表面吸收少數(shù)載流子表面勢(半導(dǎo)體表面對于襯底的電勢差)也越大，這時(shí)勢阱所能容納的少數(shù)載流子電荷的量就越大。(2)工作原理構(gòu)成CCD的基本單元是MOSCCD的信號（電荷）電荷產(chǎn)生方式:光信號注入和電信號注入光信號注入:CCD用作固態(tài)圖像傳感器時(shí)，接收的是光信號，即～。圖8-24（a）是背面光注入方法，如果用透明電極也可用正面光注入方法。

當(dāng)CCD器件受光照射時(shí)→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(jìn)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。

存儲電荷的多少正比于照射的光強(qiáng)→反映圖像的明暗程度，實(shí)現(xiàn)光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換。8-24電荷注入方法（a）背面光注入;（b）電注入CCD的信號（電荷）電荷產(chǎn)生方式:光信號注入和電信號注入88-24電荷注入方法（a）背面光注入；（b）電注入電信號注入:即CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對信號電壓或電流進(jìn)行采樣，將信號電壓或電流轉(zhuǎn)換成信號電荷。圖8-24（b）用輸入二極管進(jìn)行電注入，該二極管是在輸入柵襯底上擴(kuò)散形成的。當(dāng)輸入柵IG加上寬度為Δt的正脈沖時(shí)，輸入二極管PN結(jié)的少數(shù)載流子通過輸入柵下的溝道注入Φ1電極下的勢阱中，注入電荷量Q=IDΔt。8-24電荷注入方法電信號注入:即CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對信

自學(xué)：CCD最基本的結(jié)構(gòu):是一系列彼此非常靠近的MOS電容器，這些電容器用同一半導(dǎo)體襯底（上面涂覆一層氧化層）制成，襯底上制作許多互相絕緣的金屬電極，相鄰電極之間僅隔極小的距離，保證相鄰勢阱耦合及電荷轉(zhuǎn)移。對于可移動的電荷信號都將力圖向表面勢大的位置移動。為保證信號電荷按確定方向和路線轉(zhuǎn)移，在各電極上所加的電壓嚴(yán)格滿足相位要求，下面以三相（也有二相和四相）時(shí)鐘脈沖控制方式為例說明電荷定向轉(zhuǎn)移的過程。把MOS光敏元電極分成三組，在其上面分別施加三個(gè)相位不同的控制電壓Φ1、Φ2、Φ3，見圖8-25（b），控制電壓Φ1、Φ2、Φ3的波形見圖8-25（a）所示。自學(xué)：CCD最基本的結(jié)構(gòu):是一系列彼此非?？繄D8-25三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移的關(guān)系(a)三相時(shí)鐘脈沖波形；(b)電荷轉(zhuǎn)移過程圖8-25三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移的關(guān)系圖8-25三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移的關(guān)系(b)電荷轉(zhuǎn)移過程(a)三相時(shí)鐘脈沖波形；Φ1Φ2Φ3圖8-25三相CCD時(shí)鐘電壓與電荷轉(zhuǎn)移的關(guān)系(b)

當(dāng)t=t1時(shí)，Φ1相處于高電平，Φ2、Φ3相處于低電平，在電極1、4下面出現(xiàn)勢阱，存儲了電荷。在t=t2時(shí)，Φ2相也處于高電平，電極2、5下面出現(xiàn)勢阱。由于相鄰電極之間的間隙很小，電極1、2及4、5下面的勢阱互相耦合，使電極1、4下的電荷向電極2、5下面勢阱轉(zhuǎn)移。隨著Φ1電壓下降，電極1、4下的勢阱相應(yīng)變淺。在t=t3時(shí)，有更多的電荷轉(zhuǎn)移到電極2、5下勢阱內(nèi)。在t=t4時(shí)，只有Φ2處于高電平，信號電荷全部轉(zhuǎn)移到電極2、5下面的勢阱內(nèi)。隨著控制脈沖的變化，信號電荷便從CCD的一端轉(zhuǎn)移到終端，實(shí)現(xiàn)了電荷的耦合與轉(zhuǎn)移。Φ1Φ2Φ3當(dāng)t=t1時(shí)，Φ1相處于高電平，Φ2、Φ3相處于CCD輸出端結(jié)構(gòu)示意圖。它實(shí)際上是在CCD陣列的末端襯底上制作一個(gè)輸出二極管，當(dāng)輸出二極管加上反向偏壓時(shí)，轉(zhuǎn)移到終端的電荷在時(shí)鐘脈沖作用下移向輸出二極管，被二極管的PN結(jié)所收集，在負(fù)載RL上就形成脈沖電流Io。輸出電流的大小與信號電荷大小成正比，并通過負(fù)載電阻RL變?yōu)樾盘栯妷篣o輸出。圖8-26CCD輸出端結(jié)構(gòu)CCD輸出端結(jié)構(gòu)示意圖。它實(shí)際上是在CCD陣列的末端襯底上制2.CCD的應(yīng)用（CCD固態(tài)圖像傳感器）

電荷耦合器件的應(yīng)用: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)圖像傳感器的組成:感光部分和移位寄存器。感光部分:指在同一半導(dǎo)體襯底上布設(shè)的由若干光敏單元組成的陣列元件，光敏單元簡稱“像素”。

固態(tài)圖像傳感器的工作原理: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(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成正比的、大小不等的電荷包空間分布，然后利用移位寄存器的移位功能將電信號“圖像”傳送，經(jīng)輸出放大器輸出。

2.CCD的應(yīng)用（CCD固態(tài)圖像傳感器）CCD固態(tài)圖像傳感器的分類（按光敏元件排列形式）:線型和面型

（1）線型CCD圖像傳感器:由一列MOS光敏單元和一列CCD移位寄存器構(gòu)成的，光敏單元與移位寄存器之間有一個(gè)轉(zhuǎn)移控制柵，基本結(jié)構(gòu)如圖8-27（a）所示。

轉(zhuǎn)移控制柵控制光電荷向移位寄存器轉(zhuǎn)移，一般使信號轉(zhuǎn)移時(shí)間＜＜光積分時(shí)間。在光積分周期里，各個(gè)光敏元中所積累的光電荷與該光敏元上所接收的光照強(qiáng)度和光積分時(shí)間成正比，光電荷存儲于光敏單元的勢阱中。當(dāng)轉(zhuǎn)移控制柵開啟時(shí)，各光敏單元收集的信號電荷并行地轉(zhuǎn)移到CCD移位寄存器的相應(yīng)單元。當(dāng)轉(zhuǎn)移控制柵關(guān)閉時(shí)，MOS光敏元陣列又開始下一行的光電荷積累。同時(shí)，在移位寄存器上施加時(shí)鐘脈沖，將已轉(zhuǎn)移到CCD移位寄存器內(nèi)的上一行的信號電荷由移位寄存器串行輸出，如此重復(fù)上述過程。圖8-27線型CCD圖像傳感器（a）單行結(jié)構(gòu)；（b）雙行結(jié)構(gòu)CCD固態(tài)圖像傳感器的分類（按光敏元件排列形式）:線型和面型

圖8-27（b）為CCD的雙行結(jié)構(gòu)圖。光敏元中的信號電荷分別轉(zhuǎn)移到上下方的移位寄存器中，然后在時(shí)鐘脈沖的作用下向終端移動，在輸出端交替合并輸出。

優(yōu)特點(diǎn):相同長度下,分辨率比單行結(jié)構(gòu)高出兩倍；轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半→使CCD電荷轉(zhuǎn)移損失大為減少；雙行結(jié)構(gòu)在獲得相同效果情況下，可縮短器件尺寸。

雙行結(jié)構(gòu)已發(fā)展成為線型CCD圖像傳感器的主要結(jié)構(gòu)形式。

線型CCD圖像傳感器可以直接接收一維光信息，不能直接將二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號輸出，為了得到整個(gè)二維圖像的視頻信號，就必須用掃描的方法。線型CCD圖像傳感器的應(yīng)用:主要用于測試、傳真和光學(xué)文字識別技術(shù)等方面。圖8-27線型CCD圖像傳感器（a）單行結(jié)構(gòu)；（b）雙行結(jié)構(gòu)圖8-27（b）為CCD的雙行結(jié)構(gòu)圖。光敏元(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→構(gòu)成面型CCD圖像傳感器。

①三種類型：線轉(zhuǎn)移型、幀轉(zhuǎn)移型和行間轉(zhuǎn)移型（圖8-28）圖8-28面型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)(a)線轉(zhuǎn)移型；(b)幀轉(zhuǎn)移型；(c)隔離轉(zhuǎn)移型(2)面型CCD圖像傳感器按一定的方

圖8-28（a）線轉(zhuǎn)移面型CCD的結(jié)構(gòu)圖。組成:行掃描發(fā)生器、感光區(qū)和輸出寄存器等。行掃描發(fā)生器—將光敏元件內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到水平（行）方向上，驅(qū)動脈沖將信號電荷一位位地按箭頭方向轉(zhuǎn)移，并移入輸出寄存器，輸出寄存器—亦在驅(qū)動脈沖的作用下使信號電荷經(jīng)輸出端輸出。特點(diǎn):有效光敏面積大，轉(zhuǎn)移速度快，轉(zhuǎn)移效率高等，但電路比較復(fù)雜，易引起圖像模糊。圖8-28（a）線轉(zhuǎn)移面型CCD的結(jié)構(gòu)圖。

圖8-28（b）幀轉(zhuǎn)移面型CCD的結(jié)構(gòu)圖。構(gòu)成:光敏元面陣（感光區(qū)）、存儲器面陣和輸出移位寄存器。工作原理:圖像成像到光敏元面陣，當(dāng)光敏元的某一相電極加有適當(dāng)?shù)钠珘簳r(shí)，光生電荷將收集到這些光敏元的勢阱里，光學(xué)圖像變成電荷包圖像。當(dāng)光積分周期結(jié)束時(shí)，信號電荷迅速轉(zhuǎn)移到存儲器面陣，經(jīng)輸出端輸出一幀信息。當(dāng)整幀視頻信號自存儲器面陣移出后，就開始下一幀信號的形成。特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單，光敏單元密度高，但增加了存儲區(qū)。圖8-28（b）幀轉(zhuǎn)移面型CCD的結(jié)構(gòu)圖。

圖8-28（c）隔離轉(zhuǎn)移型CCD的結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成:將光敏單元與垂直轉(zhuǎn)移寄存器交替排列。工作原理:在光積分期間，光生電荷存儲在感光區(qū)光敏單元的勢阱里；當(dāng)光積分時(shí)間結(jié)束，轉(zhuǎn)移柵的電位由低變高，信號電荷進(jìn)入垂直轉(zhuǎn)移寄存器中。隨后一次一行地移至輸出移位寄存器中，然后移位到輸出器件，在輸出端得到與光學(xué)圖像對應(yīng)的一行行視頻信號。特點(diǎn):感光單元面積減小，圖像清晰，但單元設(shè)計(jì)復(fù)雜。應(yīng)用最多面型CCD圖像傳感器主要用于攝像機(jī)及測試技術(shù)。圖8-28（c）隔離轉(zhuǎn)移型CCD的結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成8.1.6光電傳感器的應(yīng)用1.火焰探測報(bào)警器—圖8-29電路圖（硫化鉛光敏電阻為探測元件）硫化鉛光敏電阻參數(shù):暗電阻1MΩ,亮電阻0.2MΩ(光強(qiáng)度0.01W/m2下測試)，峰值響應(yīng)波長為2.2μm，硫化鉛光敏電阻處于V1管組成的恒壓偏置電路—偏置電壓約6V,電流約6μA。V1管集電極電阻兩端并聯(lián)68μF電容,可抑制100Hz以上的高頻,使其成為只有幾十赫茲的窄帶放大器。圖8-29火焰探測報(bào)警器電路圖8.1.6光電傳感器的應(yīng)用圖8-29火焰探測報(bào)警器電圖8-29火焰探測報(bào)警器電路圖V2、V3構(gòu)成二級負(fù)反饋互補(bǔ)放大器，火焰的閃動信號經(jīng)二級放大后送給中心控制站進(jìn)行報(bào)警處理。采用恒壓偏置電路是為了在更換光敏電阻或長時(shí)間使用后，器件阻值的變化不至于影響輸出信號的幅度，保證火焰報(bào)警器能長期穩(wěn)定的工作。圖8-29火焰探測報(bào)警器電路圖V2、V3構(gòu)成二級負(fù)反饋互2.光電式緯線探測器—應(yīng)用于噴氣織機(jī)上，判斷緯線是否斷線的一種探測器。圖8-30為光電式緯線探測器原理電路圖。

工作原理:當(dāng)緯線在噴氣作用下前進(jìn)時(shí)，紅外發(fā)光管VD發(fā)出的紅外光，經(jīng)緯線反射，由光電池接收，如光電池接收不到反射信號時(shí)，說明緯線已斷。因此利用光電池的輸出信號，通過后續(xù)電路放大、脈沖整形等，控制機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)還是關(guān)機(jī)報(bào)警。圖8-30光電式緯線探測器原理電路圖2.光電式緯線探測器—應(yīng)用于噴氣織機(jī)上

由于緯線線徑很細(xì)，又是擺動著前進(jìn)→形成光的漫反射→削弱了反射光的強(qiáng)度，且伴有背景雜散光→要求探緯器具有高靈敏度和分辨率→為此,紅外發(fā)光管VD采用占空比很小的強(qiáng)電流脈沖供電→這樣既能保證發(fā)光管使用壽命,又能在瞬間有強(qiáng)光射出→以提高檢測靈敏度。通常光電池輸出信號比較小→需經(jīng)放大、脈沖整形→以提高分辨率。圖8-30光電式緯線探測器原理電路圖由于緯線線徑很細(xì)，又是擺動著前進(jìn)→形成光的漫

3.燃?xì)馄骶咧械拿}沖點(diǎn)火控制器由于燃?xì)馐且兹肌⒁妆瑲怏w，所以對燃?xì)馄骶咧械狞c(diǎn)火控制器的要求是安全、穩(wěn)定、可靠。為此電路中有這樣一個(gè)功能，即打火確認(rèn)針產(chǎn)生火花，才可以打開燃?xì)忾y門；否則燃?xì)忾y門關(guān)閉，這樣就保證使用燃?xì)馄骶叩陌踩浴?.燃?xì)馄骶咧械拿}沖點(diǎn)火控制器

圖8-31高壓打火確認(rèn)電路原理圖。

高壓打火時(shí),火花電壓可達(dá)1萬多伏,該脈沖高電壓對電路工作影響極大→采用光電耦合器VB進(jìn)行電平隔離,大大增加了電路抗干擾能力。當(dāng)高壓打火針對打火確認(rèn)針放電時(shí),光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，耦合器中的光敏三極管導(dǎo)通，經(jīng)V1、V2、V3放大，驅(qū)動強(qiáng)吸電磁閥，將氣路打開，燃?xì)馀龅交鸹慈紵?。若高壓打火針與打火確認(rèn)針之間不放電，則光電耦合器不工作，V1等不導(dǎo)通，燃?xì)忾y門關(guān)閉。圖8-31燃?xì)鉄崴鞯母邏捍蚧鸫_認(rèn)原理圖圖8-31高壓打火確認(rèn)電路原理圖。圖8-3

4.CCD圖像傳感器應(yīng)用

CCD圖像傳感器在許多領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。電荷耦合器件(CCD)具有將光像轉(zhuǎn)換為電荷分布，以及電荷的存儲和轉(zhuǎn)移等功能，所以它是構(gòu)成CCD固態(tài)圖像傳感器的主要光敏器件，取代了攝像裝置中的光學(xué)掃描系統(tǒng)或電子束掃描系統(tǒng)。

CCD圖像傳感器具有高分辨率和高靈敏度，較寬的動態(tài)范圍等特點(diǎn)→決定了它可以廣泛應(yīng)用于自動控制和自動測量,尤其適用于圖像識別技術(shù)。

CCD圖像傳感器在檢測物體的位置、工件尺寸的精確測量及工件缺陷的檢測方面有獨(dú)到之處。4.CCD圖像傳感器應(yīng)用

圖8-32為應(yīng)用線型CCD圖像傳感器測量物體尺寸系統(tǒng)。原理:物體成像聚焦在圖像傳感器的光敏面上，視頻處理器對輸出的視頻信號進(jìn)行存儲和數(shù)據(jù)處理,整個(gè)過程由微機(jī)控制完成。根據(jù)光學(xué)幾何原理，可以推導(dǎo)被測物體尺寸的計(jì)算公式，（8-3）n——覆蓋的光敏像素?cái)?shù)；p——像素間距；M—倍率。

微機(jī)可對多次測量求平均值，精確得到被測物體的尺寸。任何能夠用光學(xué)成像的零件都可以用這種方法，實(shí)現(xiàn)不接觸的在線自動檢測的目的。圖8-32CCD圖像傳感器工件尺寸檢測系統(tǒng)

圖8-32為應(yīng)用線型CCD圖像傳感器測量物體8.2光纖傳感器

引言：光纖傳感器的發(fā)展：20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種新技術(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。光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)：和傳統(tǒng)的各類傳感器相比，不受電磁干擾，體積小，重量輕，可繞曲，靈敏度高，耐腐蝕，高絕緣強(qiáng)度，防爆性好，集傳感與傳輸于一體，能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等。光纖傳感器的應(yīng)用：能用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和PH值等70多個(gè)物理量的測量，在自動控制、在線檢測、故障診斷、安全報(bào)警等方面具有極為廣泛的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。8.2光纖傳感器引言：8.2.1光纖結(jié)構(gòu)及其傳光原理

1.光纖（光導(dǎo)纖維）結(jié)構(gòu)

是一種特殊結(jié)構(gòu)的光學(xué)纖維，結(jié)構(gòu)如圖8-33所示。纖芯—中心的圓柱體叫～，包層—圍繞著纖芯的圓形外層叫～。纖芯和包層通常由不同摻雜的石英玻璃制成。纖芯的折射率n1略大于包層的折射率n2，光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)。保護(hù)套—在包層外面，多為尼龍材料，以增加機(jī)械強(qiáng)度。圖8-33光纖的基本結(jié)構(gòu)8.2.1光纖結(jié)構(gòu)及其傳光原理圖8-33光纖的基本結(jié)2.光纖傳光原理

光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨著光纖能傳送很遠(yuǎn)的距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。傳光原理—設(shè)有一段圓柱形光纖，如圖8-34所示，它的兩個(gè)端面均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成θi角時(shí)，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后,又以φi角入射至纖芯與包層的界面，光線有一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。

但當(dāng)入射角θi小于臨界入射角θc時(shí)，光線就不會透射界面，而全部被反射，光在纖芯和包層的界面上反復(fù)逐次全反射，呈鋸齒波形狀在纖芯內(nèi)向前傳播，最后從光纖的另一端面射出，這就是光纖的傳光原理。圖8-34光纖的傳光原理2.光纖傳光原理圖8-34光纖的傳光原理根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，由圖8-34可得（8-4）（8-5）n0為光纖外界介質(zhì)的折射率。圖8-34光纖的傳光原理根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，由圖8-34可得（8

若要在纖芯和包層的界面上發(fā)生全反射，則界面上的光線臨界折射角φc=90°，即φ′≥φc=90°。而當(dāng)φ′=φc=90°(對應(yīng)的入射角為θi=θc）時(shí),有(8-7)(8-6)若要在纖芯和包層的界面上發(fā)生全反射，則界面上一般光纖所處環(huán)境為空氣，n0=1，

實(shí)際工作時(shí)需要光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光線仍然繼續(xù)前進(jìn)?？梢娺@里的光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的。（8-9）

所以，為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射，光入射到光纖端面的入射角θi應(yīng)滿足（8-8）一般光纖所處環(huán)境為空氣，n0=1，實(shí)際工作時(shí)8.2.2光纖基本特性

1.數(shù)值孔徑（NA）數(shù)值孔徑（NA）定義為（8-10）

數(shù)值孔徑是表征光纖集光本領(lǐng)的一個(gè)重要參數(shù)，即反映光纖接收光量的多少。其意義是：無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射角處于2θc的光椎角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。如入射角過大，光線便從包層逸出而產(chǎn)生漏光。光纖的NA越大，表明它的集光能力越強(qiáng)，一般希望有大的數(shù)值孔徑，這有利于提高耦合效率；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，如石英光纖數(shù)值孔徑一般為0.2~0.4。8.2.2光纖基本特性（8-10）數(shù)

2.光纖模式光纖模式:指光波傳播的途徑和方式。對于不同入射角度的光線，在界面反射的次數(shù)是不同的，傳遞的光波之間的干涉所產(chǎn)生的橫向強(qiáng)度分布也是不同的，這就是傳播模式不同。在光纖中傳播模式很多不利于光信號的傳播，因?yàn)橥环N光信號采取很多模式傳播將使一部分光信號分為多個(gè)不同時(shí)間到達(dá)接收端的小信號，從而導(dǎo)致合成信號的畸變，因此希望光纖信號模式數(shù)量要少。單模光纖:一般纖芯直徑為2~12μm，只能傳輸一種模式稱為～。

特點(diǎn)：傳輸性能好，信號畸變小，信息容量大，線性好，靈敏度高，但由于纖芯尺寸小，制造、連接和耦合都比較困難。多模光纖:纖芯直徑較大（50~100μm），傳輸模式較多稱為。

特點(diǎn)：較差，輸出波形有較大的差異，但由于纖芯截面積大，故容易制造，連接和耦合比較方便。2.光纖模式

3.光纖傳輸損耗光纖傳輸損耗主要來源于材料吸收損耗、散射損耗和光波導(dǎo)彎曲損耗。吸收損耗：目前常用的光纖材料有石英玻璃、多成分玻璃、復(fù)合材料等。在這些材料中，由于存在雜質(zhì)離子、原子的缺陷等都會吸收光，從而造成材料。3.光纖傳輸損耗

散射損耗：主要是由于材料密度及濃度不均勻引起的，這種散射與波長的四次方成反比→散射隨著波長的縮短而迅速增大→所以可見光波段并不是光纖傳輸?shù)淖罴巡ǘ?，在近紅外波段（1~1.7μm）有最小的傳輸損耗→長波長光纖已成為目前發(fā)展的方向。光纖拉制時(shí)粗細(xì)不均勻，造成纖維尺寸沿軸線變化，同樣會引起光的散射損耗。另外纖芯和包層界面的不光滑、污染等，也會造成嚴(yán)重的散射損耗。

光波導(dǎo)彎曲損耗：是使用過程中可能產(chǎn)生的一種損耗。光波導(dǎo)彎曲會引起傳輸模式的轉(zhuǎn)換，激發(fā)高階模進(jìn)入包層產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑大于10cm時(shí)，損耗可忽略不計(jì)。散射損耗：主要是由于材料密度及濃度不均勻引起1.光纖傳感器的工作原理及組成

光纖傳感器原理：研究光在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號（溫度、壓力、應(yīng)變、位移、振動、電場等）與光的相互作用，即研究光被外界參數(shù)的調(diào)制原理。

外界信號可能引起光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變化，從而形成不同的調(diào)制。8.2.3光纖傳感器8.2.3光纖傳感器8.2.3光纖傳感器分為兩大類：功能型（FunctionalFiber，縮寫為FF）傳感器（又稱為傳感型傳感器）：利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器。非功能型（NonFunctionalFiber，縮寫為NFF）傳感器（又稱為傳光型傳感器）：是光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變化。兩種傳感器都是利用光探測器將光纖的輸出變?yōu)殡娦盘?/p>