现代传感技术与系统教学文稿.ppt

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1、现代传感技术与系统特点：应用：非接触、响应快、性能可靠、精度高光光学量：光强、光照度、辐射、气体成分、几何量：形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误差力学量：应变、速度、加速度、振动、流量、密度生化量：离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记、5.1.2特点及应用5.1.3光电式传感器的一般形式透射式：光→被测物→光电元件（透射）测量透明、半透明固体透明度、液体混浊度、气体浓度；1.模拟式光电传感器反射式：光→被测物→光电元件（反射）测量物体表面反射率、粗糙度、距离、位置、振动；遮光式：光→被测物→光电元件（部分遮光）测量物体位移、振动、速度；辐射式：

2、被测物→光→光电元件，辐射强度测量辐射温度、放射线；5.1.3光电式传感器的一般形式转速传感器透射式：2.脉冲式光电传感器反射式：转速传感器光源－码盘－光电元件转速越高－脉冲频率越高码盘转动－遮光－透光－脉冲频闪式：5.2常用光源5.2.1对光源的要求5.2.2热辐射光源5.2.3气体放电光源5.2.4发光二极管(LED)5.2.5激光光源5.2.1对光源的要求紫外→可见光→红外照度要求：足够亮度、光通量，保证信噪比和灵敏度均匀要求：视场亮度均匀、无阴影，避免测量误差光谱要求：光波频率、波长：投影要求：控制光的方向、透射、反射、散射发热要求：热光源、冷光源，减小

3、发热对测量结果的影响全光谱波长：10-1410-1210-1010-810-610-410-21mcmmmmnmÀ可见光380400500600700780nm紫400蓝435橙605红685黄575绿525青470紫外光红外光可见光：380nm～780nm红外光：780nm~1m紫外光：1nm~380nm5.2.2热辐射光源器件：白炽灯---钨丝（1879年，爱迪生）特点：应用：可见光源---宽光谱（滤色片→窄带光谱，避免杂光干扰→仪器）原理：高温物体→光辐射，温度高→辐射能大卤钨灯---钨丝+卤素（碘），卤素+内壁钨→卤化钨→受热分解→钨→沉积到钨丝谱线丰

4、富，可见光+红外光，峰值在近红外区发热大，>80%能量转化为热能，→热光源寿命短（1000小时），易碎，电压高，有危险近红外光源---红外检测发光效率低，15%在可见光，+惰性气体→提高寿命5.2.3气体放电光源原理：气体分子激发→放电→发光器件：弧光灯---碳弧灯特点：效率高，省电应用：强光、色温要求接近日光荧光灯---气体放电+荧光粉，波长更长日光灯：光谱接近日光节能灯：压缩荧光灯，钠弧灯氙弧灯水银弧灯(汞灯)金卤灯功率大，光色接近日光，紫外线丰富有辐射，废弃物有汞污染、易碎频率低，对人眼有损害，5.2.4发光二极管(LED)原理：半导体，电致发光，器件：特

5、点：体积小，可平面封装，固体光源，无辐射，绿色光源应用：仪器光源、室内照明、单色LED：红色、绿色、黄色、橙色、蓝色白色LED：2001,美国波士顿大学光学研究中心应用：指示灯、背光源光谱丰富---（篮+黄）/（篮+绿+红）亮度高---荧光灯5倍，白炽灯的25倍功耗低（白炽灯1/8，荧光灯1/2）、发热少寿命长（10万小时，是荧光灯的10倍）、耐振动响应快（毫秒级）、供电电压低、易于数字控制价格较白炽灯贵，功率低，亮度小，5.2.5激光光源原理：特点：外界光→光原子→能级跃迁→受激辐射→光放大→谐振→辐射激光方向性好---发散角很小(约0.18º)，比普通光小2

6、~3数量亮度高------能量高度集中，亮度比普通光高几百万倍单色性好---光谱范围极小，频率单一；（He-Ne激光:λ=632.8nm,Δλ=10-6nm）相干性好---受激辐射，传播方向/振动方向/频率/相位一致时间相干性、空间相干性均好LASER：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation“受激辐射放大产生的光”5.2.5激光光源固体激光器：体积小，坚固，功率高气体激光器：小巧、单色性好、能连续工作、功率小；高光束质量、高稳定性、长寿命、低噪音、经济；红外固体激光器绿色固体激光器红宝石固体激光器He-

7、Ne激光器He-Cd激光器He-Cd激光器（制冷）半导体激光器：效率高、体积小、重量轻、结构简单、功率小、非线性蓝色/紫色激光红色激光近红外小功率染料激光器离子激光器蓝色激光器5.2.5激光光源5.3光电效应及光电元件5.3.1外光电效应及其器件5.3.2内光电效应及器件5.3.1外光电效应及其器件1.外光电效应特点：速度快---从光照射到释放电子时间不超过10-9秒。原理：光→金属物体表面→电子获得光子的能量应用：足够的光强，高速光电开关光子能量>表面溢出功→电子逸出表面→光电子发射需足够光能---光子能量>表面溢出功频率下限f0---当f

8、“红限”金属铯Cs钠Na