傳感技術(shù)與應(yīng)用論文

1、 光電傳感器的應(yīng)用與研究 學(xué)院名稱(chēng)： 邵陽(yáng)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 自動(dòng)化 年級(jí)班別： 13 姓 名： 史利東 指導(dǎo)教師： 羅卲屏2015年5 月摘 要：在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類(lèi)已經(jīng)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，人們?cè)谌粘Ｉ睿a(chǎn)過(guò)程中，主要依靠檢測(cè)技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，目前我國(guó)已將檢測(cè)技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。由于微電子技術(shù)，光電半導(dǎo)體技術(shù)，光導(dǎo)纖維技術(shù)以及光柵技術(shù)的發(fā)展，使得光電傳感器的應(yīng)用與日俱增。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、高可靠性、高精度、可測(cè)參數(shù)多、反應(yīng)快以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，它一種是以光電效應(yīng)為

2、理論基礎(chǔ)，由光電材料構(gòu)成的器件。關(guān)鍵詞：PSD,效應(yīng)， 原理，光電傳感器目錄摘 要. 1一、緒論. 31.1光電傳感器概述 . 31.2光電傳感器發(fā)展 . 4二、光電傳感器的基本原理. 72.1光電效應(yīng) . 72.2光電原件及特性 . 82.3光電傳感器 . 11三、新型的光電傳感器. 153.1 CCD傳感器 . 153.2光纖傳感器 . 163.3光電位傳置感器.6四、其他的光電傳感器. 204.1 高速光電二極管. 204.3 光位置傳感器. 22五、光電傳感器的應(yīng)用. 235.1光電傳感器的優(yōu)點(diǎn) . 235.2光電傳感器的具體應(yīng)用舉例 . 23六、我對(duì)光電傳感器的看法. 26七、結(jié)論.

3、 28一、緒論1.1光電傳感器概述（1）定義光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。（2）光電傳感器的分類(lèi)光電元件有光敏電阻、光電二極管、光電三極管、發(fā)光二極管（LED）、光電倍增管、光電池、光電耦合器件等。由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件（光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)）輸出量性質(zhì)，光電式

4、傳感器可分二類(lèi)，即模擬式光電傳感器和脈沖（開(kāi)關(guān)）式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測(cè)量（檢測(cè)目標(biāo)物體）方法又可分為透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻擋）三大類(lèi)。1槽開(kāi)光電開(kāi)關(guān)把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。2對(duì)射式光電開(kāi)光若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱(chēng)為以射分離式光電開(kāi)光，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。3反光板反射式光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱(chēng)為反光板反射式（或反射鏡反射式）光電開(kāi)關(guān)。4擴(kuò)散反射式光電開(kāi)關(guān)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收

5、光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是收不到的；當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。光纖式光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器發(fā)出的光用光纖引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn)，再把檢測(cè)到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到光接收器就組成光纖式光電開(kāi)關(guān)。按動(dòng)作方式的不同，光纖式光電開(kāi)關(guān)也可分成對(duì)射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式等多種類(lèi)型。（3）光電傳感器的作用如今，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種

6、各樣的傳感器。1.2光電傳感器發(fā)展傳感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段,即結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器和智能型傳感器。1結(jié)構(gòu)型傳感器 以其結(jié)構(gòu)部分變化或結(jié)構(gòu)部分變化后而引起某種場(chǎng)的變化來(lái)反映被測(cè)量的大小及變化。2物性型傳感器 利用構(gòu)成傳感器的某些材料本身的物理特性在被測(cè)量的作用下發(fā)生變化,從而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他信號(hào)輸出。3智能型傳感器 把傳感器與微處理器有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)高度集成化的新型傳感器。它與結(jié)構(gòu)型、物性型傳感器相比,能瞬時(shí)獲取大量信息,對(duì)所獲得的信息還具有信號(hào)處理的功能,使信息的質(zhì)量大大提高,其功能也擴(kuò)展了。以網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器為例,它以嵌入式微處理器為核心,集成了傳感單元、信號(hào)處理單元和網(wǎng)

7、絡(luò)接口單元,使傳感器由單一功能、單一檢測(cè)向多功能和多點(diǎn)檢測(cè)發(fā)展;從被動(dòng)檢測(cè)向主動(dòng)進(jìn)行信息處理方向發(fā)展;從孤立元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展;從就地測(cè)量向遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)控發(fā)展,已成為傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。通過(guò)對(duì)光電效應(yīng)和器件原理的研究已發(fā)展了多種光電器件（如光敏電阻、光電二極管、光電三極管、場(chǎng)效應(yīng)光電管、雪崩光電二極管、電荷耦合器件等），適用于不同的場(chǎng)合。光電式傳感器的制造工藝也隨薄膜工藝、平面工藝和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而達(dá)到很高的水平，并使產(chǎn)品的成本大為降低。光電式傳感器的最新發(fā)展方向是采用有機(jī)化學(xué)汽相沉積、分子束外延、單分子膜生長(zhǎng)等新技術(shù)和異質(zhì)結(jié)等新工藝。光電式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大

8、到紡織、造紙、印刷、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。在紅外探測(cè)、輻射測(cè)量、光纖通信，自動(dòng)控制等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究也有新發(fā)展。二、光電傳感器的基本原理2.1光電效應(yīng)光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的點(diǎn)效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類(lèi)。（1）外光電效應(yīng)光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會(huì)克服束縛脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，從而改變光電子材料的導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng)。（2）內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)。1光電導(dǎo)效應(yīng)：在光

9、作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，從而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。2光生伏特效應(yīng)：在光的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管、光敏三極管。2.2光電原件及特性根據(jù)外光電元件制造的光電元件有光電子，充氣光電管和光電倍曾管。（1）光電管 光電管的種類(lèi)繁多，典型的產(chǎn)品有真空光電管和充氣光電管，光電管的光電特性，在光通量不太大時(shí)，光電特性基本是一條直線(xiàn)。（2）光電倍曾管 由于真空光電管的靈敏度低，因此人們研制了具有放大光電流能力的光電倍增管。光電倍增管具有良好的線(xiàn)性關(guān)

10、系特點(diǎn)，使它多用于微光測(cè)量。（3）光敏電阻 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料的兩端裝上電極引線(xiàn)，將其封在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻。光敏電阻的特性和參數(shù)如下：1暗電阻 光敏電阻置于室溫、全暗條件下的穩(wěn)定電阻值稱(chēng)為暗電阻，此時(shí)流過(guò)電阻的電流稱(chēng)為暗電流。2亮電阻 光敏電阻置于室溫和一定光照條件下測(cè)得穩(wěn)定電阻值稱(chēng)為亮電阻，此時(shí)流過(guò)電阻的電流稱(chēng)為亮電流。3伏安特性 光敏電阻兩端所加的電壓和流過(guò)光敏電阻的電流間的關(guān)系稱(chēng)為伏安特性，如圖5所示。從圖中可知，伏安特性近似直線(xiàn)，但使用時(shí)應(yīng)限制光敏電阻兩端的電壓，以免超過(guò)虛線(xiàn)所示的功耗區(qū)。4光電特性 光敏電阻兩極間電壓固定不變時(shí)，光照

11、度與亮電流間的關(guān)系稱(chēng)為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線(xiàn)性，這是光敏電阻的主要缺點(diǎn)之一。5光譜特性 入射光波長(zhǎng)不同時(shí)，光敏電阻的靈敏度也不同。入射光波長(zhǎng)與光敏器件相對(duì)靈敏度間的關(guān)系稱(chēng)為光譜特性。使用時(shí)可根據(jù)被測(cè)光的波長(zhǎng)范圍，選擇不同材料的光敏電阻。6響應(yīng)時(shí)間 光敏電阻受光照后，光電流需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（上升時(shí)間）才能達(dá)到其穩(wěn)定值。同樣，在停止光照后，光電流也需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（下降時(shí)間）才能恢復(fù)到其暗電流值，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。光敏電阻上升響應(yīng)時(shí)間和下降響應(yīng)時(shí)間約為10-110-3s，即頻率響應(yīng)為10Hz1000Hz，可見(jiàn)光敏電阻不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)主要缺點(diǎn)。7溫度

12、特性 光敏電阻受溫度影響甚大，溫度上升，暗電流增大，靈敏度下降，這也是光敏電阻的另一缺點(diǎn)。8頻率特性 頻率特性是指外加電壓和入射光強(qiáng)一定是，光電流I與入射光的調(diào)制頻率f之間的關(guān)系，I?（f），光電二極管的頻率特性較光電三極管的頻率特性好，這是由于光電三極管的基射結(jié)存在電容和載流子基區(qū)需要時(shí)間的緣故。利用內(nèi)光電效率原理制造的光電元件的頻率特性最差，這是由于俘獲載流子和釋放電荷都需要一定時(shí)間的緣故。2.3光電傳感器光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如圖6，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).光電傳感器一般由光源

13、,光學(xué)通路和光電元件三部分組成.光電檢測(cè)方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點(diǎn),而且可測(cè)參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛.光電傳感器一般由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。光電傳感器是一種依靠被測(cè)物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來(lái)達(dá)到測(cè)量目的的，因此光電傳感器的光源扮演著很重要的角色，光電傳感器的電源要是一個(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種：1、發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣

14、泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。2、絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線(xiàn)。如果選用的光電元件對(duì)紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見(jiàn)光濾除，而僅用它的紅外線(xiàn)做光源，這樣，可有效防止其他光線(xiàn)的干擾。3、激光 激光與普通光線(xiàn)相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。三、新型的光電傳感器3.1 CCD傳感器光固態(tài)圖象傳感器由光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件集合而成。它的核心是電荷轉(zhuǎn)移器件CTD(Charge Transfer Device),最常用的是電荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device)。CCD自1970年問(wèn)世以

15、后，由于它的低噪聲等特點(diǎn)，CCD圖象傳感器廣泛的被應(yīng)用在微光電視攝像、信息存儲(chǔ)和信息處理等方面，尤其適用以上領(lǐng)域中的圖像識(shí)別技術(shù)。（1） CCD的結(jié)構(gòu)和基本原理（2）CCD圖像傳感器應(yīng)用1. 工件尺寸檢測(cè)CCD圖像傳感器在許多領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。前面介紹的電荷耦合器件(CCD)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，具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，這些特點(diǎn)決定了它可以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量，尤其適用于圖像識(shí)別技術(shù)。2. CCD傳感器在公共交通上的應(yīng)用目前，在公共交通中方面大量采用CCD傳感器，對(duì)馬路進(jìn)行監(jiān)測(cè)

16、，對(duì)違章車(chē)輛進(jìn)行拍照處理。一般車(chē)輛在被拍照后會(huì)傳至指揮中心。指揮中心收到圖片，會(huì)將車(chē)牌號(hào)信息與車(chē)管所信息相比對(duì)，從而調(diào)出車(chē)輛的綜合信息，如車(chē)主、車(chē)型、顏色等，然后由信息處理人員錄入北京市公安交通管理局網(wǎng)站， 以使違章車(chē)主能夠進(jìn)行查詢(xún)。這樣的麻煩事增加了管理人員的工作量。采用先進(jìn)的CCD傳感器對(duì)拍到的圖片進(jìn)行智能處理，通過(guò)某種算法，使CCD傳感器能夠智能的識(shí)別車(chē)牌號(hào)碼，這樣將大大減少管理人員的工作量。3.2光纖傳感器（1）光纖傳感器的原理和組成光纖傳感器主要由光源、光纖與探測(cè)器3部分組成，光源發(fā)出的光耦合進(jìn)光纖，經(jīng)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，在調(diào)治區(qū)內(nèi)，外界被測(cè)參數(shù)作用于進(jìn)入調(diào)區(qū)內(nèi)的光信號(hào)，是其光學(xué)性質(zhì)如光

17、的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器而獲得被測(cè)參數(shù)，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹(shù)脂涂層和塑料護(hù)套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹(shù)脂涂層對(duì)光纖起保護(hù)作用。光纖主要分為兩類(lèi)，一是漸變光纖，一是躍階光纖。前者的折射率是漸變的而后者的折射率是突變的。另外還分為單模光纖及多模光纖，近年來(lái)，又有新的光子晶體光纖問(wèn)世。依材質(zhì)：石英玻璃、多組份玻璃、氟化物、塑料、液芯。 依轉(zhuǎn)輸方式分：?jiǎn)文?、多模?jí)射、多模斜射。 依折射率分：階躍型、漸變型光纖。依工作波長(zhǎng)分：短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖、超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。光纖是基于光的全反射原理而工作的。當(dāng)入射角 在此范圍內(nèi)時(shí)，光

18、在界面產(chǎn)生全反射，并在光纖內(nèi)部一同樣的角度反復(fù)逐次反射，知道傳播到光纖的另一端面。如果工作需要光纖微彎曲，只要仍滿(mǎn)足全反射定律，則光仍然可以繼續(xù)前進(jìn)。如果入射角超出上述范圍，則進(jìn)入光纖的光線(xiàn)便會(huì)在截面上發(fā)生折射，并透入包層。（2）光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1、在航天器及船舶中的應(yīng)用先進(jìn)的復(fù)合材料抗疲勞、抗腐蝕性能較好，而且可以減輕船體或航天器的重量，對(duì)于快速航運(yùn)或飛行具有重要意義，因此復(fù)合材料越來(lái)越多地被用于制造航空航海工具(如飛機(jī)的機(jī)翼)。 2、在民用工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用民用工程的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是光纖光柵傳感器最活躍的領(lǐng)域。光纖光柵傳感器可以貼在結(jié)構(gòu)的表面或預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)中，對(duì)結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行沖擊檢測(cè)、形狀控制和

19、振動(dòng)阻尼檢 測(cè)等，以監(jiān)視結(jié)構(gòu)的缺陷情況。另外，多個(gè)光纖光柵傳感器可以串接成一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測(cè)，可以用計(jì)算機(jī)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。光纖傳感器在溫度測(cè)試中的應(yīng)用它是利用光在光纖中傳輸能夠產(chǎn)生后向散射，在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖，那么它在光纖中傳輸?shù)耐瑫r(shí)不斷產(chǎn)生后向散射光波，這些后向散射光波的狀態(tài)受到所在光纖散射點(diǎn)的溫度影響而有所改變，將散射回來(lái)的光波經(jīng)波分復(fù)用、檢測(cè)解調(diào)后，送入信號(hào)處理系統(tǒng)便可將溫度信號(hào)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，并且由光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間對(duì)這些信息定位光纖傳感器在裂縫監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用當(dāng)?shù)叵律畈堪l(fā)生變形時(shí)，必將擠壓砂漿體產(chǎn)生相應(yīng)形變，導(dǎo)致裂縫或滑移（錯(cuò)

20、動(dòng)）的產(chǎn)生，進(jìn)而引起埋入光纖的微彎，該處的微彎將破壞光波導(dǎo)的全反射條件，使光損耗增加，產(chǎn)生衰減，利用光纖監(jiān)測(cè)地下深部變形，就是基于微彎衰減的傳感機(jī)制。埋入洞內(nèi)的光纖，全部是傳感部分，受深部變形作用，光纖產(chǎn)生微彎或撓曲，致使光損耗增大；OTDR檢測(cè)到全過(guò)程的散射光強(qiáng)分布。（OTDR是一種用于光纖通信故障定位的技術(shù)，現(xiàn)在普遍運(yùn)用于分布式光纖傳感器系統(tǒng)中） 光纖傳感器在光纖光纜中的應(yīng)用光纜通信在我國(guó)已有20多年的使用歷史，這段歷史也就是光通信技術(shù)的發(fā)展史和光纖光纜的發(fā)展史。光纖光纜在我國(guó)的發(fā)展可以分為這樣幾個(gè)階段：對(duì)光纜可用性的探討；取代市內(nèi)局間中繼線(xiàn)的市話(huà)電纜和PCM電纜；取代有線(xiàn)通信干線(xiàn)上的高頻

21、對(duì)稱(chēng)電纜和同軸電纜。這兩個(gè)取代應(yīng)該說(shuō)是完成了；現(xiàn)正在取代接入網(wǎng)的主干線(xiàn)和配線(xiàn)的市話(huà)主干電纜和配線(xiàn)電纜，并正在進(jìn)入局域網(wǎng)和室內(nèi)綜合布線(xiàn)系統(tǒng)。目前，光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入了有線(xiàn)通信的各個(gè)領(lǐng)域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領(lǐng)域。光纖傳感器在智能大橋中的應(yīng)用它是將傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件以及信息處理控制系統(tǒng)集成于主體材料中 ,使制成的構(gòu)件不僅具有承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng)的能力 ,而且具有檢測(cè)多種參數(shù) (如應(yīng)力、應(yīng)變、損傷、溫度、壓力等 )、分析、處理及控制等多種功能。它出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng) ,但已成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。具有智能材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的智能橋梁能對(duì) 智能材料結(jié)構(gòu)的動(dòng)作流程圖橋梁的施工質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)力狀

22、態(tài)以及其它多種參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè) ,并根據(jù)對(duì)大量傳感信息的實(shí)時(shí)綜合分析采取適當(dāng)、及時(shí)的控制措施 ,因而可以極大地提高工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性 ,避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。3、在電力工業(yè)中的應(yīng)用光纖光柵傳感器因不受電磁場(chǎng)干擾和可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離低損耗傳輸，從而成為電力工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。電線(xiàn)的載重量、變壓器繞線(xiàn)的溫度、大電流等都可利用光纖光柵傳感器測(cè)量。4、在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用光纖光柵傳感器還可用來(lái)測(cè)量心臟的效率。在這種方法中，醫(yī)生把嵌有光纖光柵的熱稀釋導(dǎo)管插入病人心臟的右心房，并注射人一種冷溶液，可測(cè)量肺動(dòng)脈血液的溫度，結(jié)合脈功率就可知道心臟的血液輸出量，這對(duì)于心臟監(jiān)測(cè)是非常重要的。5、在化學(xué)傳感中的應(yīng)

23、用光纖光柵傳感器可用于化學(xué)傳感，因?yàn)楣鈻诺闹行牟ㄩL(zhǎng)隨折射率的變化而變化，而光柵間倏失波的相互作用以及環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)的濃度變化都會(huì)引起折射率的變化。3.3光電位置傳感器（1） 概念光電位置傳感器是一種硅光電二極管，是一種對(duì)入射光敏面上的光位置敏感的光電器件。（2） 特點(diǎn)它對(duì)光斑的形狀無(wú)嚴(yán)格要求,即輸出信號(hào)與光的聚焦無(wú)關(guān),只與光的能量中心位置有關(guān),這給測(cè)量帶來(lái)了很大的方便.光敏面上無(wú)需分割,消除了死區(qū),可連續(xù)測(cè)量光斑位置,位置分辨率高.一維psd可達(dá)0.2m,二維psd可測(cè)定的面積為13×13(mm²).可同時(shí)檢測(cè)位置和光強(qiáng)psd器件輸出的總光電流與入射光強(qiáng)有關(guān)，而各信號(hào)電極

24、輸出光電流之和等于總光電流，所以從總光電流可求得相應(yīng)的入射光強(qiáng)。（3） PSD的工作原理與位置表達(dá)式PSD 的工作原理基于橫向光電效應(yīng)。PSD 由三層構(gòu)成， 最上一層是P 層， 下層是N 層，中間插入一較厚的高阻I層，形成P-I- N 結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是I 層耗盡區(qū)寬，結(jié)電容小， 光生載流子幾乎全部都在I 層耗盡區(qū)中產(chǎn)生，沒(méi)有擴(kuò)散分量的光電流, 因此響應(yīng)速度比普通PN 結(jié)光電二極管要快得多。當(dāng)PSD 表面受到光照射時(shí)，在光斑位置處產(chǎn)生比例于光能量的電子空穴對(duì)流過(guò)P 層電阻， 分別從設(shè)置在P 層相對(duì)的兩個(gè)電極上輸出光電流I 1 和I 2。由于P

25、 層電阻是均勻的，電極輸出的光電流反比于入射光斑位置到各自電極之間的距離。X=(I2-I1/I2+I1)L(4) 一維PSDSD是一種基于橫向光電效應(yīng)的位置傳感器件。它是一種非分割型器件，可將光敏面上 的光點(diǎn)位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。（5） 二維PSD窗體頂端二維窗體底端二維psd用來(lái)測(cè)定光點(diǎn)在平面上的二維（x，y）坐標(biāo)。按結(jié)構(gòu)分為：兩面分離型psd表面分離型psd四、其他的光電傳感器4.1 高速光電二極管（1）PIN結(jié)光電二極管PIN管是光電二極管中的一種。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。這樣，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于 I 層中，從而使PN結(jié)雙電層

26、的間距加寬，結(jié)電容變小。 由式 = CjRL與 f = 1/2知，Cj小，則小，頻帶將變寬。內(nèi)電場(chǎng)較大，電子加速運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)時(shí)間快。最大特點(diǎn)：頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線(xiàn)性輸出范圍寬。由耗盡層寬度與外加電壓的關(guān)系可知，增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容要進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。不足：I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。目前有將PIN管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。（2）雪崩光電二極管(APD)雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。P

27、區(qū)外側(cè)增加高濃度P+層。這種管子工作電壓很高，約100200V，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的雪崩。這種管子響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)100GHz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。缺點(diǎn)：噪聲大。由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無(wú)法使用。但由于APD的響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度很高，它在光通信中應(yīng)用前景廣闊。5.2 色敏光電傳感器色敏光電傳感

28、器實(shí)際上是光電傳感器的一種特殊類(lèi)型。它是兩只結(jié)深不同的的光電二極管組合體。4.3 光位置傳感器當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，有載流子濃度梯度將會(huì)產(chǎn)生側(cè)向光電效應(yīng)。當(dāng)光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，光照部分載流子濃度比未受光照部分的載流子濃度大，就出現(xiàn)了載流子濃度梯度，因而載流子就要擴(kuò)散。如果電子遷移率比空穴大，那么空穴的擴(kuò)散不明顯，則電子向未被光照部分?jǐn)U散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分帶負(fù)電，光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)?；谠撔?yīng)的光電器件如半導(dǎo)體光電位置敏感器件。五、光電傳感器的應(yīng)用5.1光電傳感器的優(yōu)點(diǎn)光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成，有

29、以下優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)距離長(zhǎng)。對(duì)檢測(cè)物體的限制少。響應(yīng)時(shí)間短。分辨率高。能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)。可無(wú)機(jī)械接觸地檢測(cè)物體，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(zhǎng)期使用。可實(shí)現(xiàn)顏色判別。通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線(xiàn)波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。便于調(diào)整。在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。5.2光電傳感器的具體應(yīng)用舉例（1）測(cè)量工件表面的缺陷用光電傳感器測(cè)量工件表面缺陷的工作原理如圖1 所示，激光管1 發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)透鏡2 和3 變?yōu)槠叫泄馐儆赏哥R4 把平行光束聚焦在工件7的表面上，形成寬約0.1mm 的細(xì)長(zhǎng)光帶。光欄5 用于控制光通量。如果工件表面有缺陷( 粗糙、裂紋等) ，則會(huì)引起光束偏轉(zhuǎn)或散射，這些光被硅光電池6 接收，即可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。（2）測(cè)量轉(zhuǎn)速在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上 涂上黑白兩種顏色，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電元件1相應(yīng)地間斷接收光的反射信號(hào)，并輸出間斷的電信號(hào)，再經(jīng)放大器及整形電路2放大整形輸出方波信號(hào)，最后由電子數(shù)字顯示器輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。