8、新型传感器.doc

第八章新型传感器
光纤传感器
一、光导纤维结构与类型


玻璃光纤
塑料光纤
单模光纤图8-1-2(a) 纤芯细包层厚性能好
多模光纤图8-1-2(b) 纤粗细包层薄
阶跃光纤图8-1-3(a)
缓变光纤图8-1-3(b) 自聚焦光纤
二、光纤传光原理

——入射角——反射角
——折射角
所以临界角
全反射(只有反射没有折射)条件

即
所以
光纤数值孔径
全反射要求

1°在满足全反射条件下(或)光线在光纤内成“之”字形向前传播
2°弯曲光纤:R—弯曲光纤曲率半径 d—光纤直径
R>>4d时,仍满足全反射条件,光纤传输损耗很小
R<4d时,不满足全反射条件,光纤传输损耗很大
三、光纤传感器基本原理与分类


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
——应用最多
光相位制
无频率制
光波长制
光偏振制

①辐射式
②光纤位移式图8-1-5 入射光纤不动出射光纤不动
③插入式图8-1-6
④微弯损耗式图8-1-7
四、光纤传感器的优点缺点
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
CCD图象传感器
CCD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。
MOS光敏元阵列――图8-2-1
一个MOS结构元为MOS光敏元或叫做一个象素,
把一个势阱所俘获的若干光生电荷称为一个“电荷包”。
二、读出移位寄存器
结构原理――图8-2-2
与MOS光敏元的区别:底部复盖上一层遮光层
时钟脉冲,,相位相差120°。
电荷传输过程:每经历一个时钟脉冲周期,电荷就向右转移三极即转移一级。
CCD图象传感器的结构
线列阵
(a)单排结构
(b)双排结构
二、面列阵
面曝光――场转移――行转移――-位移出