第八章新型传感器2.优秀PPT.ppt

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1、第八章第八章 新型传感器新型传感器 18.2 CCD图象传感器图象传感器 8.1 光纤传感器光纤传感器 在在20世纪世纪70年头，随着新材料、新技术、新要求不断涌现，年头，随着新材料、新技术、新要求不断涌现，国内外出现了以光纤传感器为代表的一大批新型传感器，代表了传感技术的最新国内外出现了以光纤传感器为代表的一大批新型传感器，代表了传感技术的最新成果，适应了社会发展的新需求。本章主要讲成果，适应了社会发展的新需求。本章主要讲5种：种：8.3 激光与红外传感器激光与红外传感器8.4 超声波与声表面波传感器超声波与声表面波传感器8.5 核辐射传感器核辐射传感器 21.复习：复习：2.1.光纤的一大

2、优点是什么？光纤的一大优点是什么？3.2.光纤传光的基本原理是什么？光纤传光的基本原理是什么？4.3.光纤数值孔径的物理含义是什么？光纤数值孔径的物理含义是什么？5.4.依据光纤在传感器的作用，光纤传感器分为分为哪两依据光纤在传感器的作用，光纤传感器分为分为哪两类？类？6.微弯损耗式光纤传感器属于哪一类？微弯损耗式光纤传感器属于哪一类？7.5.微弯损耗式光纤传感器的工作原理是什么？微弯损耗式光纤传感器的工作原理是什么？3激光传感器：以激光为光源的光电式传感器。激光传感器：以激光为光源的光电式传感器。什么是激光：由受激辐射的光放大。什么是激光：由受激辐射的光放大。1964 1964年依据我国著名

3、科学家钱学森建议将年依据我国著名科学家钱学森建议将“光受激光受激放射放射”改称改称“激光激光”。8.3 激光与红外传感器激光与红外传感器 激光传感器是由激光发生器、激光接收器及其相应的电激光传感器是由激光发生器、激光接收器及其相应的电路所组成的。路所组成的。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和 军事六个领域。军事六个领域。依据激光的特点可用于：依据激光的特点可用于：激光焊接激光焊接 、激光切割、激光切割 、激光打孔、激光打孔 、激光快速成型、激光快速成型 ，激光测速、测距。激光测速、测距。8.3.1 激光传感器激光传感器45激

4、光打印机激光打印机6激光切割激光切割7激光测距仪激光测距仪8一、激光的形成与特性一、激光的形成与特性 1、激光的形成、激光的形成 原子在正常分布状态下，多处于稳定原子在正常分布状态下，多处于稳定的低能级的低能级ElEl状态。假如没有外界的作用，状态。假如没有外界的作用，原于可以长期保持这个状态。若在外界光原于可以长期保持这个状态。若在外界光子的作用下，原子吸取光子的能量子的作用下，原子吸取光子的能量hh后，后，由低能级由低能级ElEl向高能级向高能级E2E2跃迁的过程，叫做跃迁的过程，叫做原子的激发。原子处于激发的时间是特别原子的激发。原子处于激发的时间是特别短的，处于激发状态的原子能够很快地

5、跃短的，处于激发状态的原子能够很快地跃迁到低能级上去，同时辐射出光子。这种迁到低能级上去，同时辐射出光子。这种处于激发状态的原子自发地从高能级跃迁处于激发状态的原子自发地从高能级跃迁到低能级上去而发光，叫做原子的自发辐到低能级上去而发光，叫做原子的自发辐射。射。粒子能级的正常分布粒子能级的正常分布激发与自发辐射过程激发与自发辐射过程9假如处于高能级的原子在外界作用影响下，放射光子而跃迁假如处于高能级的原子在外界作用影响下，放射光子而跃迁到低能级上去，这种发光叫做原子的受激辐射。到低能级上去，这种发光叫做原子的受激辐射。10在受激辐射过程中，放射光子不仅在能量上在受激辐射过程中，放射光子不仅在能

6、量上(或频率上或频率上)和入射光子和入射光子相同，它们在相位、振动方向和放射方向上也完全一样。假如这些相同，它们在相位、振动方向和放射方向上也完全一样。假如这些光子再引起其他原子发生受激辐射，这些原子所放射的光子在相位、光子再引起其他原子发生受激辐射，这些原子所放射的光子在相位、放射方向、振动方向和频率上也都和最初引起受激辐射的入射光子放射方向、振动方向和频率上也都和最初引起受激辐射的入射光子相同，如图相同，如图a a所示。这样，在一个入射光子影响下，会引起大量原所示。这样，在一个入射光子影响下，会引起大量原子的受激辐射，它们所放射的光子在相位、放射方向、振动方向和子的受激辐射，它们所放射的光

7、子在相位、放射方向、振动方向和频率上都完全一样，这一过程称为光放大。频率上都完全一样，这一过程称为光放大。另一方面，能量为另一方面，能量为hh的光子在媒质中传播时，也可以被处于的光子在媒质中传播时，也可以被处于E1E1能能级上的粒子所吸取；而使这粒子跃迁到级上的粒子所吸取；而使这粒子跃迁到E2E2能级上去。在此状况下，能级上去。在此状况下，入射光子被吸取而削减，如图入射光子被吸取而削减，如图b b所示。这个过程叫做光的吸取。所示。这个过程叫做光的吸取。光的放大和吸取过程往往是光的放大和吸取过程往往是同时进行的，总的结果可以同时进行的，总的结果可以是加强或减弱，这取决于这是加强或减弱，这取决于这

8、一对冲突中哪一方处于支配一对冲突中哪一方处于支配地位。地位。11激激光光是是媒媒质质的的粒粒子子(原原子子或或分分子子)受受激激辐辐射射产产生生的的，但但它它必必需具备下述的条件才能得到。需具备下述的条件才能得到。(1).(1).粒子数反转粒子数反转为了形成受激辐射，必需设法使某一高能级的原子数多于低能为了形成受激辐射，必需设法使某一高能级的原子数多于低能级的原子数。原子数的这种分布称为粒子数反转。能形成粒子级的原子数。原子数的这种分布称为粒子数反转。能形成粒子数反转分布的工作介质叫增益介质。数反转分布的工作介质叫增益介质。12要要想想产产生生激激光光，单单靠靠外外界界激激发发而而得得到到的的

9、初初级级受受激激辐辐射射是是不不行行的的。实际的激光器都是由工作物质和一个光学共振腔组成。实际的激光器都是由工作物质和一个光学共振腔组成。光光学学共共振振腔腔由由两两端端为为各各种种形形态态的的曲曲面面反反射射镜镜构构成成。最最简简洁洁的的光光学学共共振振腔腔是是两两面面相相互互平平行行的的平平面面反反射射镜镜，镜镜面面对对光光有有很很高高的的反反射射率率，而工作物质封装在有两个反射镜的封闭体中。而工作物质封装在有两个反射镜的封闭体中。(2).(2).激光器的光振荡放大激光器的光振荡放大13当工作物质产生受激辐射时，受激辐射光在两反射镜之间作确定当工作物质产生受激辐射时，受激辐射光在两反射镜之

10、间作确定次数的来回反射，而每次返回时都经过建立了粒子数反转分布的次数的来回反射，而每次返回时都经过建立了粒子数反转分布的工作物质，这样使受激辐射一次又一次地加强，如下图所示。这工作物质，这样使受激辐射一次又一次地加强，如下图所示。这样几十次、几百次的来回，直至能获得单方向的强度特别集中的样几十次、几百次的来回，直至能获得单方向的强度特别集中的激光输出为止。我们把激光在共振腔内来回放大过程叫做振荡放激光输出为止。我们把激光在共振腔内来回放大过程叫做振荡放大。大。光振荡器的工作过程光振荡器的工作过程14(3).(3).激光输出激光输出 激激光光光光束束在在激激光光器器的的共共振振腔腔内内来来回回振

11、振荡荡放放大大，那那么么怎怎样样输输出出呢呢?共共振振腔腔内内反反射射镜镜起起着着反反射射光光束束并并使使其其来来回回振振荡荡的的作作用用，从从光光放放大大角角度度看看，反反射射率率越越高高，光光损损失失越越小小，放放大大效效果果越越好好。在在实实际际设设计计中中，将将一一侧侧反反射射镜镜设设计计得得尽尽量量使使它它对对激激光光波波长长的的反反射射率率接接近近100%100%，而而另另一一侧侧反反射射镜镜则则稍稍低低一一些些，比比如如98%98%以以上上。这样这一端的透镜将有激光穿透，这一端即为激光的输出端。这样这一端的透镜将有激光穿透，这一端即为激光的输出端。对对于于输输出出端端透透镜镜的的

12、反反射射率率要要适适当当选选择择，假假如如反反射射率率太太低低，虽虽然然透透光光实实力力强强了了，但但对对腔腔内内光光束束损损失失太太大大，就就会会影影响响振振荡荡器器放放大大倍倍数数，这这样样输输出出必必定定减减弱弱。目目前前最最佳佳反反射射率率一一般般在在给给定定激光条件下由试验来确定。激光条件下由试验来确定。15产生激光必需满足下列三个条件：产生激光必需满足下列三个条件：(3)具有反复进行受激辐射场所的具有反复进行受激辐射场所的光学谐振腔光学谐振腔。(2)具有供应能量的激励源；具有供应能量的激励源；(1)具有能形成粒子数反转状态的工作物质具有能形成粒子数反转状态的工作物质增益介质增益介质

13、。16(1)(1)高方向性高方向性高高方方向向性性就就是是高高平平行行度度，即即光光束束的的发发散散角角小小。激激光光束束的的发发散角已达到几分甚至更小。所以通常称激光是平行光。散角已达到几分甚至更小。所以通常称激光是平行光。(2)(2)高亮度高亮度激激光光在在单单位位面面积积上上集集中中的的能能量量很很高高。一一台台较较高高水水平平的的红红宝宝石石脉脉冲冲激激光光器器亮亮度度达达比比太太阳阳的的发发光光亮亮度度高高出出很很多多倍倍。把把这这种种高高亮亮度度的的激激光光束束会会聚聚后后能能产产生生几几百百万万摄摄氏氏度度的的高高温温。在在这这种高温下，就是最种高温下，就是最难难熔的金属，在一瞬

14、熔的金属，在一瞬间间也会熔化。也会熔化。2、激光的特性、激光的特性:17(3)(3)高高单单色性色性单单色光是指色光是指谱线宽谱线宽度很窄的一段光波。用度很窄的一段光波。用表示波表示波长长，表表示示谱线宽谱线宽度，度，则则越小，越小，单单色性越好。在一般光源中最好的色性越好。在一般光源中最好的单单色光源是色光源是氪氪(Kr86)(Kr86)灯。它的灯。它的而一般的氦而一般的氦氖氖激光器所激光器所产产生的激光生的激光从上面数字可以看出：激光的从上面数字可以看出：激光的谱线宽谱线宽度比一般光源相比提高了度比一般光源相比提高了几万倍，因此激光是最好的几万倍，因此激光是最好的单单色光源。色光源。(4)

15、(4)高相干性高相干性相干性就是指相干波在叠加区得到相干性就是指相干波在叠加区得到稳稳定的干涉条定的干涉条纹纹所表所表现现的性的性质质。一般光源是非相干光源，而激光是极好的相干光源。一般光源是非相干光源，而激光是极好的相干光源。18激光器的种类很多。按其工作物质可以分为气体、液体、固激光器的种类很多。按其工作物质可以分为气体、液体、固体、半导体激光器。体、半导体激光器。（1 1）气体激光器）气体激光器 氦氖激光器是应用最广泛的气体激光器。氦氖激光器是应用最广泛的气体激光器。二氧化碳二氧化碳(CO2)(CO2)激光器是典型的分子气体激光器。激光器是典型的分子气体激光器。特点：小巧，能连续工作，单

16、色性好，但输出功率特点：小巧，能连续工作，单色性好，但输出功率 不及固体激光器。不及固体激光器。3、激光器的种类、激光器的种类:（2 2）固体激光器）固体激光器 固体激光器的工作物固体激光器的工作物质质主要是主要是掺杂掺杂晶体和晶体和掺杂掺杂玻璃，最常玻璃，最常用的是用的是红红宝石宝石(掺铬掺铬)、钕钕玻璃玻璃(掺钕掺钕)、钇铝钇铝石榴石石榴石(掺钕掺钕)。19红宝石激光器红宝石激光器 20（3 3）液体激光器）液体激光器 工作物工作物质质一一类类是有机染料溶液，一是有机染料溶液，一类类是含有稀土离子的无机是含有稀土离子的无机化合物溶液，其中金属离子起工作粒子作用。化合物溶液，其中金属离子起工

17、作粒子作用。液体激光器的最大特点是液体激光器的最大特点是发发出的激光波出的激光波长长可以在确定范可以在确定范围围内内连续调连续调整，而不降低效率。整，而不降低效率。（4 4）半）半导导体激光器体激光器 半半导导体激光器的工作物体激光器的工作物质质是某些性能合适的半是某些性能合适的半导导体材料，如体材料，如砷化砷化镓镓(GaAs)(GaAs)、砷磷化、砷磷化镓镓(GaAs P)(GaAs P)、磷化、磷化铟铟(1nP)(1nP)等。等。半半导导体激光器最明体激光器最明显显的特点是体的特点是体积积小、重量小、重量轻轻、结结构构紧紧凑。半凑。半导导体激光器本身只有体激光器本身只有针针孔那么大，孔那么

18、大，长长度度还还不到不到lmmlmm，将它装在一个晶，将它装在一个晶体管模体管模样样的外壳内或在它的两面安装上的外壳内或在它的两面安装上电电极，其重量不超极，其重量不超过过2g2g，因此运用起来特因此运用起来特别别便利。它可以做成小型激光通便利。它可以做成小型激光通讯讯机，或做成装机，或做成装在在飞飞机上的激光机上的激光测测距距仪仪或装在人造或装在人造卫卫星和宇宙星和宇宙飞飞船上作船上作为为精密跟精密跟踪和踪和导导航用激光雷达。航用激光雷达。21二、激光传感器二、激光传感器 3、激光扫描传感器：、激光扫描传感器：物体尺寸的非接触测量物体尺寸的非接触测量1、激光干涉传感器：长度、尺寸测量、激光干

19、涉传感器：长度、尺寸测量2、激光衍射传感器：衍射物的尺寸、激光衍射传感器：衍射物的尺寸激光传感器是以激光为光源的光电式传感器。激光传感器是以激光为光源的光电式传感器。依据工作原理可分为：依据工作原理可分为：22案例案例1.1.激光测速激光测速三、激光传感器的应用实例三、激光传感器的应用实例 现选取现选取s sl00ml00m。使车行走时先后切割相距。使车行走时先后切割相距l00ml00m的两束激光，测得时间间隔，即可算出速度。的两束激光，测得时间间隔，即可算出速度。23案例案例2.2.激光测距激光测距激光测距的原理是：通过激光测距的原理是：通过向目标放射激光信号，依向目标放射激光信号，依据激光

20、信号来回于测点与据激光信号来回于测点与目标之间所用的时间而求目标之间所用的时间而求出距离的。出距离的。激光测距在军事上可用于激光测距在军事上可用于地形测量，战场前沿测距，地形测量，战场前沿测距，坦克及火炮的测距，测量坦克及火炮的测距，测量云层、飞机、导弹及卫星云层、飞机、导弹及卫星的高度等。的高度等。2425案例案例3.3.激光雷达激光雷达 利用激光束搜寻、跟踪和测量活动目标的装置叫激光雷达。激光雷达的工作原理和微波雷达相像，都是利用电磁波照射目标并接收回波的方法，发觉、识别和指示目标的，只是工作波段不同。激光雷达在军事上的应用：武器鉴定试验、武器火控、跟踪识别、指挥导引、大气测量等。26案例

21、案例4.4.激光制导激光制导l应用激光作为跟踪目标和传输信息的手段，将导应用激光作为跟踪目标和传输信息的手段，将导 弹、弹、炮弹、航空炸弹等导向目标。激光制导具有命中精度高、炮弹、航空炸弹等导向目标。激光制导具有命中精度高、抗电磁干扰实力强等优点，因而得到广泛应用，是精确抗电磁干扰实力强等优点，因而得到广泛应用，是精确制导武器的一种重要制导方式。制导武器的一种重要制导方式。27案例案例5.5.激光武器激光武器l利用激光的能量干脆摧毁目标或杀伤破坏其组成部分使利用激光的能量干脆摧毁目标或杀伤破坏其组成部分使之丢失战斗力的武器称为激光武器。之丢失战斗力的武器称为激光武器。28美国激光飞机已进入试验

22、阶段美国激光飞机已进入试验阶段29l举例：战略举例：战略反导激光武器反导激光武器30中国反卫星激光武器已部署到西北内陆中国反卫星激光武器已部署到西北内陆 31案例案例6.6.激光通信激光通信l激光通信是把光作为传递信息的载体，通过把信息（音频信激光通信是把光作为传递信息的载体，通过把信息（音频信号）调制到光波上，经介质（大气、光缆等）的传输，将信息号）调制到光波上，经介质（大气、光缆等）的传输，将信息传至对方，再经接收终端解调，还原成声音而实现通信的。传至对方，再经接收终端解调，还原成声音而实现通信的。l依据激光传播途径的不同，激光通信可分为大气激光通信，依据激光传播途径的不同，激光通信可分为

23、大气激光通信，空间激光通信，水下激光通信和光导纤维通信等方式。空间激光通信，水下激光通信和光导纤维通信等方式。l大气激光通信是以大气为传输介质的激光通信。由于受大气大气激光通信是以大气为传输介质的激光通信。由于受大气吸取、散射等影响，且只能直线传播，故只适于近距离的定点吸取、散射等影响，且只能直线传播，故只适于近距离的定点或半定点通信。或半定点通信。l光纤通信是以光导纤维为传输介质的激光通信。主要用于远光纤通信是以光导纤维为传输介质的激光通信。主要用于远距离的战略、战术通信系统，中短距离的局部通信系统，以及距离的战略、战术通信系统，中短距离的局部通信系统，以及在飞机、舰艇、雷达、导弹、卫星等军

24、事装备和军事设施内部在飞机、舰艇、雷达、导弹、卫星等军事装备和军事设施内部的信息传递和通信联络等。的信息传递和通信联络等。32获得三维空间中不透亮物体表面形态的新型传感器，获得三维空间中不透亮物体表面形态的新型传感器，（nxSensor-InxSensor-I是美国是美国nextWarenextWare公司最新推出的是世界上最公司最新推出的是世界上最为精确的激光图象传感器之一）为精确的激光图象传感器之一）可广泛用于三座标测量、逆向工程、产品设计、仿形、修可广泛用于三座标测量、逆向工程、产品设计、仿形、修改和模具制造等领域。改和模具制造等领域。三维激光扫描传感三维激光扫描传感器工作流程器工作流程

25、 案例案例7.7.三维激光扫描传感器三维激光扫描传感器33工作原理工作原理34应用应用无人值守系统的应用无人值守系统的应用无轨电车的碰撞防护无轨电车的碰撞防护多区域的水平平安区防护多区域的水平平安区防护水平平安区防护水平平安区防护 35激光鼠标激光鼠标 激光鼠标其实也是光电鼠标，只不过是用激光代替了一般激光鼠标其实也是光电鼠标，只不过是用激光代替了一般的的LEDLED光光简介简介激光（镭射）鼠标就是我们平常用的光电鼠标吗？当激光（镭射）鼠标就是我们平常用的光电鼠标吗？当然不是。那么什么是激光鼠标，激光鼠标与光电鼠标相比然不是。那么什么是激光鼠标，激光鼠标与光电鼠标相比有哪些优点呢？有哪些优点呢

26、？1.1.用激光代替了一般的用激光代替了一般的LEDLED光光 2.2.可以在任何平面上操作可以在任何平面上操作 3.3.提高了辨别率和精准度提高了辨别率和精准度 36原理原理激光鼠标传感器获得影像的过程是依据，激光照射在物体表激光鼠标传感器获得影像的过程是依据，激光照射在物体表面所产生的干涉条纹而形成的光斑点反射到传感器上获得的，而面所产生的干涉条纹而形成的光斑点反射到传感器上获得的，而传统的光学鼠标是通过照射粗糙的表面所产生的阴影来获得。因传统的光学鼠标是通过照射粗糙的表面所产生的阴影来获得。因此激光能对表面的图像产生更大的反差，从而使得传感器得到的此激光能对表面的图像产生更大的反差，从而

27、使得传感器得到的图像更简洁辨别，提高鼠标的定位精准性。图像更简洁辨别，提高鼠标的定位精准性。鼠标的分类鼠标的分类:依据工作原理依据工作原理第一代为机械鼠标，这种鼠标大家应当有印象，就是鼠标底第一代为机械鼠标，这种鼠标大家应当有印象，就是鼠标底盖有一个滚球（最早的产品是底部有两个相互垂直的滚轮）。其盖有一个滚球（最早的产品是底部有两个相互垂直的滚轮）。其工作原理就是。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊工作原理就是。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的机械传感器（较早期）或者光栅信号传柱转动，装在辊柱端部的机械传感器（较早期）或者光栅信号传感器（这种鼠标刚面世时

28、也被称作半机械鼠标）产生的电脉冲信感器（这种鼠标刚面世时也被称作半机械鼠标）产生的电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变更，再通过电脑程序号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变更，再通过电脑程序的处理和转换来限制屏幕上光标箭头的移动。这种鼠标最大的问的处理和转换来限制屏幕上光标箭头的移动。这种鼠标最大的问37题就是机械部件较多，要达到高的精度须要较为精密的工艺，题就是机械部件较多，要达到高的精度须要较为精密的工艺，同时滚球等机械部件为了相互结合紧密，表面为不光滑材质，同时滚球等机械部件为了相互结合紧密，表面为不光滑材质，极易被环境的灰尘、油污污染从而造成定位不精确，因此机械极易被环境的

29、灰尘、油污污染从而造成定位不精确，因此机械鼠标须要勤于清理才能保持原有的性能，因此绝大多数的机械鼠标须要勤于清理才能保持原有的性能，因此绝大多数的机械鼠标底部都有便利拆卸滚球的设计。也正因为此，很多人得出鼠标底部都有便利拆卸滚球的设计。也正因为此，很多人得出了机械鼠标定位不准的结论。了机械鼠标定位不准的结论。其次代为光电鼠标，我们目前市场上看的很多鼠标都是光电其次代为光电鼠标，我们目前市场上看的很多鼠标都是光电鼠标。光学鼠标包含鼠标。光学鼠标包含4 4个最重要核心部件：发光二极管（就是个最重要核心部件：发光二极管（就是我们看到的发红色光的我们看到的发红色光的LED)LED)、光学引擎、光学引擎

30、(鼠标最贵的部件，也鼠标最贵的部件，也就是鼠标的就是鼠标的ICIC型号，英文名型号，英文名sensor,sensor,其作用相当于人的眼睛其作用相当于人的眼睛)、透镜、限制芯片（又称透镜、限制芯片（又称MCU,MCU,是鼠标的大脑）。其工作原理就是是鼠标的大脑）。其工作原理就是LEDLED发出的光线，照亮光电鼠标底部然后将光电鼠标底部表面发出的光线，照亮光电鼠标底部然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过透镜，传输到反射回的一部分光线，经过透镜，传输到sensorsensor内成像。这样，内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会

31、被记录为一组高速拍摄的连贯图像连贯图像,鼠标鼠标mcumcu对移动轨迹上摄取的一系列对移动轨迹上摄取的一系列38图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变更进行分图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变更进行分析，来推断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位析，来推断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位.光电鼠标与机械鼠标相比最大的优点就是较低的成本就可以实现光电鼠标与机械鼠标相比最大的优点就是较低的成本就可以实现比较精确的定位，并且无需疲于清理滚球和滚柱上的污渍。但是比较精确的定位，并且无需疲于清理滚球和滚柱上的污渍。但是在移动速度上没有机械鼠标好，最大的问题在于

32、受到运用界面的在移动速度上没有机械鼠标好，最大的问题在于受到运用界面的限制而影响鼠标的性能，通常我们都要垫一个特地的鼠标垫。限制而影响鼠标的性能，通常我们都要垫一个特地的鼠标垫。第三代为激光鼠标，又称镭射鼠标。也可以说是一种特殊的第三代为激光鼠标，又称镭射鼠标。也可以说是一种特殊的光电鼠标，其核心部件同样是光电鼠标，其核心部件同样是4 4部分。最大的不同就是把原来的部分。最大的不同就是把原来的红光红光LEDLED换成激光镭射换成激光镭射.大家知道激光与一般光最大的不同就在于大家知道激光与一般光最大的不同就在于激光发光的集中性，他发出的一束光而不是像一般光学激光发光的集中性，他发出的一束光而不是

33、像一般光学LEDLED那样那样发出的光向四周散射出去。由于激光的集中性，相应发出的光当发出的光向四周散射出去。由于激光的集中性，相应发出的光当然远远比一般光猛烈，在遇到界面时发出的一束光会完全的折射然远远比一般光猛烈，在遇到界面时发出的一束光会完全的折射回来反映到鼠标的回来反映到鼠标的sensorsensor上。也正是激光很强（大家不要担忧，上。也正是激光很强（大家不要担忧，这个强只是一个相对的概念，确定不会强到损害人的地步），当这个强只是一个相对的概念，确定不会强到损害人的地步），当然须要专业的更高档的然须要专业的更高档的sensorsensor和专业的透镜来和他搭配运用，这和专业的透镜来和

34、他搭配运用，这样一只激光鼠标的优点才得以体现。样一只激光鼠标的优点才得以体现。39 识别真假激光鼠标识别真假激光鼠标 用在鼠标上的激光的波长为用在鼠标上的激光的波长为850nm 850nm，在红外线区域，我们肉眼，在红外线区域，我们肉眼看不到，所以很多人区分激光鼠标和光电鼠标就看底壳有没有红光，看不到，所以很多人区分激光鼠标和光电鼠标就看底壳有没有红光，有红光的就是光电鼠标，没有红光不发光的就是激光鼠标，这是错有红光的就是光电鼠标，没有红光不发光的就是激光鼠标，这是错的，发红光的当然光电鼠标，不发光的有一种是真激光鼠标，还有的，发红光的当然光电鼠标，不发光的有一种是真激光鼠标，还有一种是假激光

35、鼠标，假激光鼠标的一种是假激光鼠标，假激光鼠标的LEDLED用的是一个一般的红外线用的是一个一般的红外线LED,LED,搭配一般的光学搭配一般的光学 sensor sensor做成，虽然一般的红外线做成，虽然一般的红外线LEDLED和鼠标用和鼠标用的激光的波长一样，肉眼都看不到，但是激光是一束强光，一般的的激光的波长一样，肉眼都看不到，但是激光是一束强光，一般的红外线红外线LEDLED和我们一般光电鼠标的工作原理完全一样。也正是假激和我们一般光电鼠标的工作原理完全一样。也正是假激光这个缘由，导致了消费者误认为激光鼠标和光电鼠标没有什么差光这个缘由，导致了消费者误认为激光鼠标和光电鼠标没有什么差

36、别，从而使得激光鼠标目前在国内难以普及。那么怎么样区分真假别，从而使得激光鼠标目前在国内难以普及。那么怎么样区分真假激光鼠标呢：一看过界面状况，最典型在桌上放一块玻璃，能在玻激光鼠标呢：一看过界面状况，最典型在桌上放一块玻璃，能在玻璃上很好地工作的就是激光鼠标，假激光鼠标是确定不能动的，因璃上很好地工作的就是激光鼠标，假激光鼠标是确定不能动的，因为假激光发出的光透过玻璃早就散开了，没有方法反射回鼠标的为假激光发出的光透过玻璃早就散开了，没有方法反射回鼠标的sensor.sensor.二问鼠标二问鼠标IC(sensorIC(sensor）的型号，目前特地搭配用来做激光）的型号，目前特地搭配用来做

37、激光的的sensorsensor型号有：安捷伦（型号有：安捷伦（AvagoAvago）A6010A6010。原相（。原相（PAN)3601 3602 PAN)3601 3602 和和 ST(ST(意法半导体意法半导体)5363 5366.)5363 5366.40418.3.2 红外传感器红外传感器 一、红外线及其特性一、红外线及其特性 1、红外线在电磁波谱中的位置、红外线在电磁波谱中的位置 图图8-3-1 也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大故称为红外线。它是一种人眼看

38、不见的电磁波，它的波长范围大致在致在0.75m1000m。2、红外线的特性、红外线的特性红红外光在介外光在介质质中中传传播播时时，由于介，由于介质质的吸取和散射作用而被衰减。的吸取和散射作用而被衰减。具有可见光的一切特性，具有可见光的一切特性，具有光热效应，能辐射热量。具有光热效应，能辐射热量。42图图图图8-3-18-3-1电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱 43二、红外探测器的类型二、红外探测器的类型 1、光敏红外探测器、光敏红外探测器 电真空器件电真空器件(光电管、光电倍增管光电管、光电倍增管)；半导体器件。半导体器件。2、热敏红外探测器、热敏红外探测器 对比对比 图图8-3-2 热敏探测

39、器的响应速度较低，响应时间较长，热敏探测器的响应速度较低，响应时间较长，但具有宽广的、比较平坦的光谱响应。但具有宽广的、比较平坦的光谱响应。类型：类型：室温探室温探测测器，不需冷却，器，不需冷却，热热敏敏电电阻、阻、热电热电偶和偶和热电热电堆，堆，低温探低温探测测器，需冷却。器，需冷却。三、热释电红外探测器三、热释电红外探测器 1、热释电效应、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，这种由于热变更而产生的电极化现象称为热释电效应。的电荷，这种由于热变更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

40、称为热释电体。能产生热释电效应的晶体称为热释电体。442、热释电红外探测器的特点、热释电红外探测器的特点 热释电晶体受热时，在垂直于其自发极化强度热释电晶体受热时，在垂直于其自发极化强度Ps的两电极表面的两电极表面将产生数量相等符号相反的电荷，两电极间就出现一个与温度变更将产生数量相等符号相反的电荷，两电极间就出现一个与温度变更速率速率dT/dt成正比的电压：成正比的电压：所以热释电红外探测器的响应速度比其它热探测器快得多；所以热释电红外探测器的响应速度比其它热探测器快得多；它既可工作于低频，也可工作于高频。它既可工作于低频，也可工作于高频。式中：式中：A 电极面积；电极面积；比例常数比例常数

41、45图图8-3-28-3-2红外探测红外探测器的两种器的两种典型光谱响应曲线典型光谱响应曲线468.4超声波与声表面波传感器超声波与声表面波传感器 8.4.1超声波传感器超声波传感器 一、超声波及其性质一、超声波及其性质1、超声波的定义、超声波的定义 的机械波称的机械波称为为超声波。超声波。振振动动在在弹弹性介性介质质中的中的传传播称播称为为波波动动，简简称波。高于称波。高于2Hz2、超声波与声波的异同、超声波与声波的异同 相同点：相同点：传播速度都取决于介质的密度和介质的弹性常数；传播速度都取决于介质的密度和介质的弹性常数；在两介质的分界面上将发生反射和折射及波型转换。在两介质的分界面上将发

42、生反射和折射及波型转换。不同点：不同点：振动频率高而波长短，因而具有束射特性，方向性强，振动频率高而波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播。可以定向传播。能量远远大于振幅相同的一般声波，并具有很高的穿透实力。47图图图图8-4-18-4-1声波的频率界限声波的频率界限声波的频率界限声波的频率界限 48二、超声波传感器二、超声波传感器 产生超声波和接收超声波的装置，习惯上称为超声波换能器产生超声波和接收超声波的装置，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。或超声波探头。1、组成：由压电晶片、吸取块、组成：由压电晶片、吸取块(阻尼块阻尼块)、爱护膜等组成。、爱护膜等组成。2、典型、典型结结构

43、：构：图图8-4-2(a)为为直探直探头头，可放射和接收，可放射和接收纵纵波；波；(b)为为斜探斜探头头，可放射和接收横波；，可放射和接收横波；(c)为为双探双探头头，一个放射，一个接收；，一个放射，一个接收；(d)为为水浸探水浸探头头，可浸在液体中。，可浸在液体中。3、工作原理、工作原理 逆压电效应将高频电振动转换成机械振动，以产生超声波。逆压电效应将高频电振动转换成机械振动，以产生超声波。正压电效应将接收的超声振动转换成电信号。正压电效应将接收的超声振动转换成电信号。49图图8-4-28-4-2几种典型超声波探头结构几种典型超声波探头结构 50是利用超声波是利用超声波测测量流速量流速时时接

44、受的方法。接受的方法。三、超声检测方法三、超声检测方法1、透射法、透射法 用两个探头，置于被测对象的相对两侧，一个放射超声波，用两个探头，置于被测对象的相对两侧，一个放射超声波，一个接收超声波。一个接收超声波。2、反射法、反射法 通常接受一个超声波探头，兼做超声波放射和接收用。通常接受一个超声波探头，兼做超声波放射和接收用。3、频率法、频率法518.4.2 8.4.2 声表面波传感器声表面波传感器 一、声表面波一、声表面波 沿物体表面传播透入深度浅的弹性波则称为表面波沿物体表面传播透入深度浅的弹性波则称为表面波(SAW)SAW是是Surface Acoustic Wave的缩写。的缩写。二、声

45、表面波二、声表面波传传感器感器 将被测量的变更转换为声表面波振荡器振荡频率的变更，将被测量的变更转换为声表面波振荡器振荡频率的变更，这样就构成了相应用途的声表面波传感器，它是一种新型的这样就构成了相应用途的声表面波传感器，它是一种新型的频率式传感器。频率式传感器。528.5 核核辐辐射射传传感器感器 8.5.1 核辐射检测的物理基础核辐射检测的物理基础 一、放射性同位素一、放射性同位素1、同位素、同位素原子序数相同而原子质量不同的元素。原子序数相同而原子质量不同的元素。2、核衰变、核衰变 原子不是由于外来缘由而自发地产生核结构变更。原子不是由于外来缘由而自发地产生核结构变更。式中式中 a0、a

46、：分别为初始时与经过时间：分别为初始时与经过时间t秒后的原子核数，秒后的原子核数，：衰变常数：衰变常数 4、半衰期（一种习惯用法）、半衰期（一种习惯用法）3、放射性同位素、放射性同位素具有核衰变性质的同位素。其衰变规律为：具有核衰变性质的同位素。其衰变规律为：最常用的放射性同位素有最常用的放射性同位素有20种，其种，其及及都是不同的，都是不同的，最大最大的达的达5720年，最短的年，最短的仅仅74.7天。天。53二、核辐射二、核辐射 1、定义、定义 放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的带有确定能量放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的带有确定能量的粒子或射线，这种现象称为的粒子或射线，这种现

47、象称为“核辐射核辐射”。2、射线种类、射线种类 射射线线由由带带正正电电的的粒子粒子组组成，成，射射线线由由带负电带负电的的粒子所粒子所组组成，成，射射线线由中性的光子所由中性的光子所组组成。成。3、放射性强度、放射性强度 放射性强度也是随时间按指数衰减，即：放射性强度也是随时间按指数衰减，即：式中式中 I0、I 分别为初始时与经过时间分别为初始时与经过时间t秒后的放射性强度。秒后的放射性强度。54三、三、辐辐射与物射与物质间质间的相互作用的相互作用1、电离、电离、粒子在穿过物质时，在其经过的路程上形成很多离子对。粒子在穿过物质时，在其经过的路程上形成很多离子对。2、吸取、吸取 和和射线在穿过

48、物质层后，其能量强度按指数规律衰减：射线在穿过物质层后，其能量强度按指数规律衰减：式中：式中：I0 入射到吸取体的辐射通量的强度；入射到吸取体的辐射通量的强度；I穿过厚度为h（单位cm）的吸取层后的辐射通量强度；线性吸取系数。设密度为设密度为称为质量吸取系数称为质量吸取系数则有：则有：55若设质量厚度若设质量厚度，则吸收公式可写成：，则吸收公式可写成：这些公式是设计核辐射测量仪器的基础。这些公式是设计核辐射测量仪器的基础。3、反散射、反散射 射线在物质中穿行时简洁变更运动方向而产生散射现象，射线在物质中穿行时简洁变更运动方向而产生散射现象，向相反方向的散射称为反散射，就是反射。向相反方向的散射

49、称为反散射，就是反射。反散射的大小与反散射的大小与粒子的能量，物质的原子序数及厚度有关。粒子的能量，物质的原子序数及厚度有关。利用这一特性可以测量材料的涂层厚度。利用这一特性可以测量材料的涂层厚度。8.5.2 核辐射传感器核辐射传感器核辐射传感器主要由放射源和探测器组成。核辐射传感器主要由放射源和探测器组成。一、放射源一、放射源 图图8-5-1 要求：要求：接受的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度；接受的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度；应使射线从测量方向射出，而其它方向则必需使射线的应使射线从测量方向射出，而其它方向则必需使射线的剂量尽可能小。剂量尽可能小。56图图图图8-5-1 8-

50、5-1 放射源容器放射源容器放射源容器放射源容器57二、探测器二、探测器 1、电离室、电离室 图图8-5-22、盖格计数管、盖格计数管 图图8-5-33、闪烁计数器、闪烁计数器 图图8-5-4三、核辐射的防护三、核辐射的防护在实际工作中要实行各种措施来减小射线的照射强度和照射时间。在实际工作中要实行各种措施来减小射线的照射强度和照射时间。8.6 传感器发展的新趋向传感器发展的新趋向 一、开一、开发发新型新型传传感器感器四、探讨生物感官，开发仿生传感器四、探讨生物感官，开发仿生传感器三、传感器的智能化三、传感器的智能化二、传感器的集成化和多功能化二、传感器的集成化和多功能化作业：第作业：第8章章