《传感器检测技术及仪表》第7章PPT

第7章其它传感器7.1光纤传感器7.1.1光导纤维的结构和传光原理一、光导纤维结构与类型1、光纤的基本结构图7-1-1光纤的基本结构图7-1-2单模和多模光纤结构2、光纤的类型（1）玻璃光纤塑料光纤（2）单模光纤多模光纤（3）阶跃光纤缓变光纤（a）阶跃型光纤（b）缓变型光纤2．光在光纤端头的传播二、光纤传光原理1．光在纤芯与包层交界面上的传博Snell定律:光纤数值孔径：7.1.2光纤传感器的基本原理和类型一、光纤传感器的基本原理被测量对光纤传输的光进行调制，使传输光的强度(振幅)、相位、频率或偏振态随被测量变化而变化，再通过对被调制过的光信号进行检测和解调，从而获得被测参数。二、光纤传感器的分类功能型——光纤用作敏感元件，常用单模光纤非功能型——光纤用作传感元件，常用多模光纤三、传输光的调制方式1．调制方式种类光强调制——应用最多光相位调制光频率调制光波长调制光偏振调制2．光强调制方式（1）辐射式（2）光纤位移式入射光纤不动出射光纤不动图7-1-5光强小位移调制（3）插入式——光路间插入被测对象调制光通量的形式（4）微弯损耗光强调制四、光纤传感器的优缺点优点1、灵敏度高2、电绝缘性能好，抗电磁干扰3、耐腐蚀，耐高温4、体积小，重量轻缺点：断线修复需专用工具7.2CCD图像传感器7.2.1CCD的工作原理CCD器件由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器组成。一、MOS光敏元阵列――执行光电转换功能，感光形成“电荷”图像1、MOS光敏元结构图7－2－1MOS光敏元金属电极上施加正偏压形成“势阱”光生电子被势阱俘获形成“电荷包”势阱所俘获的电子数量与入射到势阱附近的光强成正比2、光敏元阵列一个光敏元是一个象素光敏元阵列是一幅光生电荷图像图7-2-2读出移位寄存器的结构原理和波形图1－金属电极；2－遮光层；3－P型硅；4－二氧化硅二、读出移位寄存器――执行电荷转移功能1、结构原理2、电荷转移过程7.2.2CCD图像传感器的结构图7-2-4线阵CCDIS结构示意图一、线列阵1、组成：光敏元线阵转移栅读出移位寄存器线阵2、结构：(a)单排结构(b)双排结构3、工作过程：①各光敏元同时曝光生成“电荷包”②各光敏元的电荷包同时并行转移到对应移位寄存器电极下③移位寄存器串行依次输出各个“电荷包”图7－2－5各脉冲波形和相位图7－2－6帧转移面阵二、面列阵1、组成：（1）光敏元面阵（2）存储器面阵（3）水平移位寄存器线阵2、工作过程：（1）各光敏元同时曝光，生成一幅“电荷包”图像（2）“电荷包”从光敏元面阵并行转移到存储器面阵（3）“电荷包”逐行从存储器面阵并行转移到水平读出移位寄存器（4）水平读出移位寄存器逐位串行输出，移出一行，再移下一行。7.2.3CCD数码照相机一、CCD数码相机的内部结构图7-2-7面阵CCD数码相机的内部结构图一、CCD数码相机的内部结构1、镜头作用与普通相机相同2、CCD图像传感器——数码相机中的感光介质3、模／数转换器——将CCD得到的模拟电信号转化为数字信号4、微处理器——处理数字信号、统一协调和控制5、存储器——保存数字图像数据6、LCD(液晶显示屏)——取景、显示照片、显示功能菜单7、接口——输出数据二、数码相机工作过程景物通过镜头成像于CCD图像传感器上CCD图像传感器把相应的光强转化为对应的电信号，模／数转换器将模拟信号转换为数字信号MPU(微处理器)对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，由相机内部的存储器或内置硬盘卡保存。拍摄结束，将图像文件送入计算机中处理和输出。7.3红外传感器7.3.1红外线及其特性一、红外线在电磁波谱中的位置二、红外线的特性具有可见光的一切特性，具有光热效应，能辐射热量。红外光在介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用而被衰减7.3.2红外探测器的类型图7－3－2红外探测器的两种典型光谱响应曲线1－热敏红外探测器特性；2－光敏红外探测器特性；一、光敏红外探测器二、热敏红外探测器7.3.3热释电红外探测器一、热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象、称为热释电效应。能产生热释电效应的晶体称为热释电体。二、热释电红外传感器的结构及内部电路图7－3－4HN911模块的内部电路结构三、热释电红外探测模块及其应用1、热释电红外探测模块HN9112、应用实例——自动门控制原理电路7.4超声波与核辐射传感器7.4.1超声波传感器一、超声波及其性质1、超声波的定义2、超声波与声波的异同图7－4－1声波的频率界限图7－4－2声场指向性和指向角1－超声源；2－轴线；3－指向角；4－等强度线3、超声波的指向角DfcD22.122.1sinEf1121二、超声波传感器1、组成：由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成2、典型结构：（a）直探头（b）水浸探头（c）双探头（d）斜探头超声波频率f与压电晶片的厚度δ成反比逆压电效应产生超声波正压电效应接收超声波7.4.2核辐射传感器一、核辐射检测的物理基础1、放射性同位素（1）同位素――原子序数相同而原子质量不同的元素。（2）核衰变――原子不是由于外来原因而自发地产生核结构变化（3）半衰期2、核辐射（1）定义――放射性同位素衰变过程中放出有一定能量的粒子或射线（2）射线种类：α射线由带正电的α粒子组成，β射线由带负电的β粒子所组成，γ射线由中性的光子所组成。（3）放射性强度：3、核辐射与物质间的相互作用二、核辐射传感器1、放射源图7－4－4放射源容器图7－4－5电离室工作原理2、探测器（1）电离室（3）闪烁计数器（2）盖格计数管3、核辐射的防护