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1、第三章 光电信息转换,3.3 光电信息转换组合器件 3.3.1 光电耦合器 3.3.2 光电编码器 3.3.3 光纤陀螺,3.3.1 光电耦合器,什么是耦合、光电耦合器？耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象；概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。光电耦合器（optical coupler，OC）：将发光器件与光电器件组合成一体，以光作媒质把输入端得到信号耦合到输出端的器件。,一、光电耦合器的结构与特点,1 光电耦合器的结构,光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它
2、由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。,封装外形与结构,2 光电耦合器的特点,具有电隔离（欧姆）功能；信号传输单向（脉冲或直流），适用于模拟数字信号；具有抗干扰和噪声能力；响应速度快（微纳秒，直流兆赫兹）；使用方便，可靠性高，体积小，寿命长；既有耦合特性，又有隔离功能；,光电隔离器：电气隔离、消除噪声光电传感器：检测物体位置、有无,分类,二、光电耦合器的类型,槽式光电传感器器示意图,槽式光电传感器实物图,光电开关,三光电耦合器的应用,代替
3、脉冲变压器，可以耦合从零到几兆赫兹的信号，失真小；代替继电器，做光电开关用；把不同电位的两组电路互连，完成电平匹配和电平转移；电流驱动器件与光驱动器件相结合，实现高信噪比；作为计算机主机运输部与输入输出端的接口，提高计算机的可靠性；在稳压电源中作为过流保护器件，简单可靠。,1用于电平转换,2用于逻辑门电路,光电开关在流水线上的应用,送料器,落料口,遮断式光电开关（计数）,光幕,两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。,接收器,光幕应用,当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。,光线被遮断（报警）
4、,光幕应用（续）,产品高度测量,光幕应用（续）,光幕应用（续）,木材外形截面积检测,光幕应用（续）,光幕应用（续）,光幕用于 自动收费系统的车辆检测,反射式光电开关,定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。,检测距离,检测距离,反射镜反射型光电开关工作原理,反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。,反射板,反射镜,被测物体,偏振光,发射光,被测物漫反射型光电开关原理,漫反射光线,反射
5、光线,被检测物体,光发射器和光接受器,发射光线,漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。,额定距离,漫反射型光电开关的应用,光电开关应用（续）,透明度测量、控制,质量检测,3.3.2 光电编码器,一 增量式编码器,莫尔条纹宽度B光栅栅距W,莫尔条纹演示,莫尔条纹移动数等于光栅移动刻线数，只要检测出莫尔条纹的移动数N，就可计算出光栅的相对移动距离=N*W,长光栅莫尔条纹,播放动画,长光栅光闸莫尔条纹,播放动画,播放中,圆弧莫尔条纹,单击准备演示,播放动画,光闸莫尔条纹,播放动画,播放中,环形莫尔条纹
6、,播放动画,播放中,单击准备演示,单击准备演示,辐射形莫尔条纹,播放动画,二、绝对式编码器,10码道光电绝对式码盘,绝对式编码器按照角度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等形式。,透光区,不透光区,零位标志,绝对码盘,4个电刷,4位二进制码盘,最小分辨角 3602n,当n4，3602422.5,导电为“1”，非导电为“0”,LED,光敏元件,输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对 的累加，即，角位移 N。如：0.352，脉冲N1000，则：0.3521000 352,理想条件下，环形光路系统中的Sagnac效
7、应如图1所示。一束光经分束器M进入同一光学回路中，分成完全相同的两束光CCW和CCCW，分别沿顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)相向传播，当回路绕垂直于自身的轴转动时，将使两束光产生相位差，该相位差的大小与光回路的旋转速率成比例。,图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转,3.3.3 光纤陀螺（导航传感器）,图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转,如(a)所示，无旋转条件下，两束光传输时间相等，为,如(b)所示，旋转条件下，,Sagnac效应,图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转,传输时间差,传输光程差,传输相位差,Sagnac效应,图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转,传输相位差,Sagnac效应,如何检测相位差？利用光的干涉：振动频率相同、方向相同、相位差恒定,通过检测光强来检测相位差，进而检测转动角速率。,问题：旋转角速率产生的光程差太小，很难被检测。,在检测器上形成干涉条纹,当光纤线圈静止,检测器上的干涉条纹对应最大的输出,光纤陀螺实现原理,光纤陀螺本质上就是一个环形干涉仪，通过采用多匝光纤线圈来增强相对惯性空间的旋转引起的Sagnac效应。其实现如图所示。,图2 光纤陀螺实现原理图,
