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模块七新型传感器的应用
新型传感器
的应用
光纤传感器
的应用
红外传感器
的应用
图像传感器
的应用
模块七新型传感器的应用
学习目标
熟悉常见的新型传感器
掌握常用的新型传感器的基本工作原理
掌握常用的新型传感器的应用
课题一光纤传感器
一、基础知识
光导纤维能够大容量、高效率地传输光信号,实现了以光代电传输信息。它自问世以来,主要应用于通信领域,由此形成的光纤通信发生革命性的变化。在检测领域中将光导纤维的应用与传统的光电检测技术相结合就产生了一种新传感器--光导纤维传感器,简称光纤传感器。
一、基础知识
1、光纤的结构
所谓光导纤维是一种传输光信息的导光纤维。它由导光的芯体玻璃(简称纤芯)和包层组成,纤芯位于光纤的中心部位,其直径约为5~100μm,包层可用玻璃或塑料制成。包层外面常有塑料或橡胶的外套,它保护纤芯和包层并使光纤具有一定的机械强度。

5~100μm
1、光纤的结构
由于纤芯和包层构成一个同心圆双层结构。
当入射光从纤芯(光密物质)射向包层(光疏物质),因入射角大于全反射临界角,入射光不再进入包层,全部在内外层的交界面反射,即产生全反射,所以可以保证入射到光纤内的光波集中在纤芯内传输。
光纤芯
包层
涂敷层
n1
n2
n0
φ
n1>n2>n0
2、光纤传感器与电传感器的区别
以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接,见图(a)。
光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成,见图(b)。
光纤
信号处理
光接收器
敏感元件
光发送器
(b)光纤传感器
信号处理
电源
信号接收
敏感元件
(a)传统传感器
导线
由于纤芯和包层构成一个同心圆双层结构。
优点:无需特殊光纤及其他特殊技术,
因此,传感器中光纤是连续的。
掌握常用的新型传感器的应用
从结构上,CCD可分为线阵CCD和面阵CCD两种。
这两股光缆在接近被测物之前汇合成Y型,汇合后的光纤端面被仔细磨平抛光。
目前,固态图像传感器主要分为三类,即电荷耦合式图像传感器(CCD)、CMOS图像传感器和接触式摄像传感器(CIS)等,前两种类型占据市场主流。
图像传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器,它利用光敏元器件的光-电转换功能,将元器件感光面上感受到的光线图像转换为与光像成一定比例关系的电信号,并作相应处理后输出的一种功能器件。
图像检测系统是采用图像传感器摄取图像,利用转换电路将其转化为数字信号,再用计算机硬件对信号进行处理,得到需要的最终图像或通过识别、计算后获取进一步信息的检测系统。
特点:光纤在其中仅起导光作用,只“传”不“感”,对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。
它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接,见图(a)。
目前,固态图像传感器主要分为三类,即电荷耦合式图像传感器(CCD)、CMOS图像传感器和接触式摄像传感器(CIS)等,前两种类型占据市场主流。
光纤不仅起传光作用,而且还利用光纤在外界因素(弯曲、形变)的作用下,其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。
典型例子:光纤陀螺、光纤水听器等。
这两股光缆在接近被测物之前汇合成Y型,汇合后的光纤端面被仔细磨平抛光。
3、光纤传感器工作原理
由光发送器发出的光经光纤引导至敏感元件。这时,光的某一性质受到被测物理量的调制,调制后的光经接收光纤传到光接收器,使光信号变为电信号,最后经信号处理得到所待测物理量的值。
信号处理
光受信器
光纤敏感元件
光发送器
光纤
被测物理量
调制后光波