高职高专机电类传感器技术及应用配套教程课件汇总完整版电子教案.ppt

8.6 光电式传感器及其应用实例 如图8-45所示为测速示意图。将一带遮盖挡板的光电池(或光敏三极管)接入电路中，当物体以速度V移过光电池前面时，遮挡射向光电池的光线，光电池便有阶跃电压输出，经微分后形成两脉冲，两脉冲间的间隔时间即为物体移过距离的时间。若将挡板的透光口改装上狭缝，则可提高测量的分辨力和精度。 4. 光电式转速仪 光电式转速仪利用光电传感器，将旋转体的转速变换成相应频率的电信号，通过放大整形电路加工成方波信号，由频率计电路测出方波信号频率，经处理后由显示器显示旋转体每分钟转动的圈数即转速。用这种方法进行转速测量时，传感器结构简单，测量精度高。与机械式转速表和接触式电子转速表相比，可实现非接触测量，因此不会影响被测物的旋转状态。由于光电元件的反应速度快，动态特性较好，因此特别适合高转速的测量。 上一页 下一页 返回 8.6 光电式传感器及其应用实例 光电转速传感器分为反射式和直射式两种。反射式转速传感器的工作原理如图 8-46(a)所示。用金属箔或反射纸在被测转轴1上，贴出一圈黑白相间的反射面，光源3发射的光线经透镜2、半透膜 6和聚焦透镜 7投射在转轴反射面上，反射光经聚焦透镜5会聚后，照射在光电元件4上产生光电流。该轴旋转时，黑白相间的反射面造成反射光强弱变化，形成频率与转速及黑白间隔数有关的光脉冲，使光电元件产生相应电脉冲。当黑白间隔数一定时，电脉冲的频率便与转速成正比。此电脉冲经测量电路处理后，就可得到轴的转速。 直射型光电转速计的工作原理如图8-46(b)所示。转轴1上装有带孔的圆盘，圆盘的一边设置光源3，另一边设置光电元器件4，圆盘随轴转动，当光线通过小孔时，光电元器件产生一个电脉冲，转轴连续转动，光电元器件就输出一列与转速及圆盘上孔数成正比的电脉冲数，在孔数一定时，脉冲数就和转速成正比。电脉冲输入测量电路后被放大和整形，再送人频率计显示，也可专门设计一个计数器进行计数和显示。 上一页 返回 图8-1 光电管的结构 返回 图8-2 符号和测量电路 返回 图8-3 光电倍增管 返回 图8-4 光敏二极管的结构模型和符号 返回 图8-5 光敏二极管的基本电路 返回 图8-6 光敏二极管 (a) 结构模型；(b) 基本电路 返回 图8-7 光电管的光谱特性 返回 图8-8 紫外线光电管的伏安特性 1—低照度时的曲线；2—紫外线增强时的曲线 返回 图8-9 阴极伏安特性 返回 图8-10 阳极伏安特性 返回 图8-11 光电倍增管的光电特性曲线 返回 图8-12 光敏电阻的光照特性曲线 返回 图8-13 光敏电阻的光谱特性曲线 返回 图8-14 光敏电阻的伏安特性 返回 图8-15 光敏电阻的频率特性 返回 图8-16 光敏电阻的温度特性 返回 图8-17 光敏晶体管的光谱特性 返回 8.3 光纤传感器 (1) 强度调制 利用被测量的因素改变光纤中光的强度，再通过光强的变化来测量外界物理量，称为强度调制。强度调制是光纤传感器使用最早的调制方法，其特点是技术简单、可靠，价格低，可采用多模光纤；光纤的连接器和耦合器均已商品化。光源可采用LED和高强度的白炽光等非相干光源。探测器一般用光电二极管、三极管和光电池等。 (2) 波长调制和频率调制 利用外界因素改变光纤中光的波长或频率，然后通过检测光纤中的波长或频率的变化来测量各种物理量的原理，分别称为波长调制和频率调制。波长调制技术的解调技术比较复杂，对引起光纤或连续损耗增加的某些器件的稳定性不敏感，该调制技术主要用于液体浓度的化学分析、磷光和荧光现象分析、黑体辐射分析等方面。 上一页 下一页 返回 8.3 光纤传感器 例如，利用热色物质的颜色变化进行波长调制，从而达到测量温度以及其他物理量。频率调制技术主要利用多普勒效应来实现，光纤常采用传光型光纤，当光源发射出的光经过运动物体后，观察者所见到的光波频率相对于原频率发生了变化。根据此原理，可设计出多种测速光纤传感器，如激光多普勒光纤流速测量系统，如图8-33所示。 设激光光源频率为，经分束器分成两束光，其中被声光调制器调制成频率为的一束光，射入探测器中；另一束频率为的光经光纤射到被测物体流，如血流里的红血球以速度，运动时，根据多普勒效应，其反射光的光谱产生频率为的光，它与的光在光电探测器中混频后，形成的振荡信号，通过测量，从而换算出血流 速度。 (3) 相位调制 相位调制将光纤的光分为二束，一束相位受外界信息的调制，一束作为参考光使两束光叠加形成干涉花纹，通过检测干涉条纹的变化可确定出两束光相位的变化，从而测出使相位变化的待测物理量。 上一页 下一页 返回 8.3 光纤传感器 其调制机理分为两类：一类是将机械效应转变为相位调制