光纤传感器图像传感器

《光纤传感器图像传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、问题思考：数控机床如何判断主轴上有无刀具?模块七新型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

2、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。图7.1光纤的基本结构5～100μm一、基础知识1、光纤的结构图7.2光在光导纤维中的传输光主要在纤芯中传输，光纤的导光能力主要取决于纤芯和包层的性质，即它们的折射率。纤芯的折射率（n1）稍大于包层的折射率（n2）。典型的数值是n1=1.46~1.51，n2=1.44~1.50。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

3、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n1n2n0φn1>n2>n02、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3、光纤传感器工作

4、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4、光纤传感器的类型功能型非功能型由于光纤既是一种电光材料又是一种磁光材料，它与电和磁存在某些相互作用的效应，因此它具有“传”和“感”的两种功能。按照光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为传光型和功能型两种类型。1）功能型（全光纤型）光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一

5、体的传感器。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。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，可通过增加其长度，提高灵敏度。信号处理光受信器光纤敏感元件光发送器1）功能型（全光纤型）光纤传感器特点：光在光纤内受被测物理量调制。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高，典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。2）传光型光纤传感器特点：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。优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，

6、比较容易实现，成本低。缺点：灵敏度较低。实用化的大都是非功能型的光纤传感器。二、应用案例光纤位移传感器一般用来测量小位移。最小能检测零点几微米的位移量。如图7.4所示的微小位移传感器是一种传光型光纤传感器，光从光源耦合到发射光缆，照射到被测物表面，再被反射回接收光缆，最后由光敏组件接收。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。图7.4光纤位移传感器原理图光源发射光缆接收光缆光敏组件二、应用案例图7.5是接收的相对光强与距离d的关系，峰值以左的线段1具有良好的线性，可用测量得到的光强值来检测位移。所用光缆中的光纤可达数百根，可测几百微

7、米的小位移。图7.5光纤位移传感器特性曲线三、课题小结在本课题中，要理解光纤传感器的定义；熟悉光纤传感器的基本结构；掌握光纤传感器的分类及其工作原理；了解光纤位移传感器进行微小位移的测量；了解不同类型的光纤传感器测量相应物理量的方法。课题三图像传感器一、基础知识图像传感器是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。它能够实现图像信息的获取、转换和视觉功能的扩展。一、基础知识图7.20常见图像传感器实物外形图一、基础知识1、光电效

8、应通常把光线照射到某个物