CCD固体图像传感器
本文件是《传感器与检测技术》课程中关于CCD固体图像传感器的章节内容。文档介绍了CCD（电荷耦合器件）的基本概念、发明历史（1970年由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G. E. Smith提出）、物理基础（MOS结构电荷存储器）以及核心工作原理——以电荷包的形式存储和传递信息。CCD具有光电转换、信息存储和延时等功能，集成度高、功耗小，广泛应...
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CCD图像传感器
CCD（Charge Coupled Devices，电荷耦合器件）图像传感器是一种以电荷转移为核心的固体图像传感器，以电荷包的形式存储和传递信息的半导体表面器件。CCD的概念最初于1970年由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G. E. Smith提出。
CMOS图像传感器
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器是固体图像传感器的一种，用光敏二极管与MOS晶体管构成，将光信号变成电荷或电流信号，可以指定XY地址、选择性输出。
FBG温度传感器标定
FBG温度传感器标定是通过实验建立光纤布拉格光栅（FBG）反射中心波长与温度之间定量关系的过程。标定后的FBG即可用于精确的温度测量。
MOS电容
MOS（Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体）电容是CCD图像传感器的基础组件。CCD是在MOS结构电荷存储器的基础上发展起来的，每个MOS电容器构成一个光敏单元（像素）。
M法、T法与M/T法（编码器测速）
M法（脉冲频率法）、T法（脉冲周期法）和M/T法是利用光电式编码器测量转速的三种基本方法，各有不同的适用速度范围和精度特性。
NPN型光敏晶体管
NPN型光敏晶体管是光敏晶体管的一种基本结构，以N型硅材料为衬底制作。其结构与普通晶体管相似，但基极做得很大以扩大光照面积，且基极往往不接引线，相当于在普通晶体管的基极和集电极之间接有光敏二极管并对电流加以放大。
PNP型光敏晶体管
PNP型光敏晶体管是光敏晶体管的一种基本结构，以P型硅材料为衬底制作。其工作原理与NPN型光敏晶体管相同，但工作时的电压极性相反：集电极的电位为负。
PN结
PN结是半导体器件的基本结构单元，由P型半导体和N型半导体接触形成。它是光电池和光敏管等光电器件工作的物理基础。
Source: 第9章_光电式传感器/9.2 光电效应与光电器件_6.md
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与门（辨向电路）
与门（Y1、Y2）是计量光栅辨向电路中的核心逻辑判断单元。在辨向原理中，与门用于根据光栅移动方向控制脉冲输出。
二次电子发射
二次电子发射是指具有一定能量的电子（一次电子）轰击材料表面时，使材料表面发射出更多电子（二次电子）的现象。这是光电倍增管实现高增益的核心物理机制。
伺服电动机
伺服电动机是伺服系统中的执行元件，能够将电信号转换为精确的机械运动。在数控机床的直线距离测量应用中，光电式编码器装于伺服电动机轴上，伺服电动机与滚珠丝杆相连。编码器测量伺服电动机的转角，通过滚珠丝杆的导程换算为工作台或刀具的直线位移量，实现闭环位置控制。
保护层（光纤）
保护层是光纤的外层结构，包括涂覆层和护套。涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙等材料，用于增加机械强度和可弯曲性，保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加柔韧性，延长光纤寿命。护套采用不同颜色的塑料管套，一方面起保护作用，另一方面以颜色区分多条光纤。
偏振调制光纤传感器
偏振调制光纤传感器是光纤传感器的一种类型，按调制光波参数分类。其工作原理为：外界因素作用使光的某一方向振动比其他方向占优势，这种调制方式为偏振调制。
光子
光子是具有能量的粒子，是电磁辐射的量子化载体。每个光子的能量由普朗克常数 $h$ 和光的振动频率 $/omega$ 决定：
光强调制型光纤温度传感器
光强调制型光纤温度传感器是一种利用半导体材料透光率随温度变化的特性，通过检测光强变化来测量温度的光纤传感器。
光敏晶体管工作原理
光敏晶体管是光敏二极管和晶体管放大器一体化的器件，其工作原理分为光电转换和光电流放大两个过程。
光敏电阻
光敏电阻（又称光导管）是一种基于内光电效应（光电导效应）工作的均质半导体光电器件。其电阻值随入射光照强度变化，光照越强，电阻越小。光敏电阻具有灵敏度高、工作电流大（可达数毫安）、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强、寿命长等优点，但也存在响应时间长、频率特性差、强光线性差、受温度影响大等缺点。主要用于红外弱光探测和开...
光敏管
光敏管包括光敏二极管和光敏晶体管，是一种利用内光电效应工作的光电器件。其PN结处于反向偏置状态，通过光照控制PN结的导通状态。
光敏管工作原理
光敏管（包括光敏二极管和光敏晶体管）的工作原理基于PN结的光敏特性。
光敏管的结构与工作原理
本文件详细介绍了光敏管（包括光敏二极管和光敏晶体管）的结构与工作原理。光敏二极管是一种PN结型半导体器件，在反向偏压下工作。无光照时，仅有微小的暗电流（漏电流）存在；有光照时，光子被半导体吸收产生光生电子空穴对，在结电场作用下形成光电流，将光信号转换为电信号。光敏晶体管是光敏二极管与晶体管放大器的一体化器件，其工作原理分为光电转换和光电流放大两个过程。...
光栅数显表
光栅数显表是计量光栅的组成部分之一，用于处理光电转换装置输出的电信号，并显示位移测量结果。它与光电转换装置（光栅读数头）共同构成完整的计量光栅系统。
光生伏特效应
光生伏特效应是内光电效应的一种，指光照在半导体中激发出的光电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象，是将光能变为电能的一种效应。当光照在半导体PN结或金属半导体接触面上时，由于内建电场的作用，光生电子和空穴向相反方向移动和积聚，从而产生电位差。
光生电子-空穴对
光生电子空穴对是光电转换的微观机制。当光子被半导体材料吸收后，如果光子能量大于或等于材料的禁带宽度，价带中的电子会跃迁到导带，在价带中留下一个空穴，从而产生一对自由载流子——电子和空穴。这一过程是内光电效应（包括光电导效应和光生伏特效应）的物理基础。
光电倍增管
光电倍增管（PhotoMultiple Tube, PMT）是一种基于外光电效应和二次电子发射效应工作的光电器件，由光阴极、次阴极（倍增电极）和阳极三部分组成。与光电管类似，但增加了倍增电极结构，能够将微弱光信号产生的光电流放大数百万倍，具有极高的灵敏度。其增益可达 $10^5$ 至 $10^8$ 倍，广泛应用于微弱光探测、高能物理实验等领域。
光电元件（计量光栅）
光电元件是计量光栅中光电转换装置的核心组件之一，用于接收莫尔条纹移动时的光强变化，将光信号转换为电信号。
光电子
光电子是光电效应中释放出的电子。当光照射到光电材料上时，光子能量传递给电子，使电子获得足够能量后从材料中逸出（外光电效应）或在材料内部改变运动状态（内光电效应）。
光电导效应
光电导效应是内光电效应的一种，指物体在入射光能量的激发下，其内部产生光生载流子（电子空穴对），使物体中载流子数量显著增加而电阻减小的现象。这种效应在大多数半导体和绝缘体中都存在，但金属因电子能态不同，不会产生光电导效应。
光电式传感器
光电式传感器（或称光敏传感器）是利用光电器件把光信号转换成电信号或电参数（电压、电流、电荷、电阻等）的装置。工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件把光量的变化转换为相应的电量变化，从而实现对非电量的测量。
光电式传感器概述
本文件是光电式传感器章节的概述部分，系统介绍了光电式传感器的定义、特点、分类体系、基本形式以及核心元器件。光电式传感器（或称光敏传感器）是利用光电器件把光信号转换成电信号或电参数的装置，具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强、可实现非接触式测量等特点。
光电式编码器
光电式编码器是一种将机械转动的角位移（模拟量）转换成数字式电信号的传感器，在自动测量和自动控制中应用广泛。它具有高精度、高分辨率、高可靠性的特点，从结构上可分为码盘式编码器（绝对编码器）和脉冲盘式编码器（增量编码器）两种。
光电式编码器（一）：工作原理、码制与辨向
本文件是《传感器与检测技术》课程中关于光电式编码器的第一部分内容。文档详细介绍了光电式编码器的两种主要类型——码盘式编码器（绝对编码器）和脉冲盘式编码器（增量编码器）的工作原理、码制对比和辨向原理。
光电式编码器（二）：位置测量与转速测量应用
本文档详细介绍了光电式编码器在位置测量和转速测量中的具体应用方法、数学公式和计算示例。位置测量通过可逆计数器对编码器输出脉冲计数，乘以脉冲当量得到转角，起始位置需清零。在数控机床中，编码器装于伺服电动机轴上，通过滚珠丝杆将旋转运动转换为直线运动，实现直线距离测量。转速测量分为脉冲频率法（M法）和脉冲周期法（T法）：M法在给定时间内对脉冲计数，适用于高速...
光电效应
光电效应是指光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等现象的总称。这些因光照引起物体电学特性改变的现象是光电效应传感器的物理基础。
光电效应与光电器件（一）：外光电效应与光电管
本节内容系统介绍了光电效应的物理基础——爱因斯坦光电效应方程，以及基于外光电效应的典型光电器件：光电管和光电倍增管。光电效应是光电式传感器的核心物理基础，分为外光电效应（电子逸出物体表面）和内光电效应（电子在物体内部改变运动状态）两大类。文档详细阐述了真空光电管和充气光电管的结构、工作原理、主要性能指标（伏安特性、光照特性、光谱特性），并介绍了光电倍增...
光电效应与光电器件（三）：光敏电阻
本文件详细介绍了基于内光电效应（光电导效应）的光敏电阻（光导管）。内容涵盖光敏电阻的结构与工作原理、典型材料（硫化镉、硫化铅、锑化铟、碲化镉汞）及其特性，以及暗电阻/亮电阻、伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间和温度特性等关键参数。光敏电阻具有灵敏度高、光谱响应范围宽、坚固耐用等优点，但存在响应慢、频率特性差、强光线性差、受温度影响大等缺点，主要用于...
光电效应与光电器件（二）：光电倍增管与内光电效应
本文件是光电式传感器章节的第二部分，详细介绍了光电倍增管（PMT）的结构、工作原理、主要参数及应用，并阐述了内光电效应的两种类型——光电导效应和光生伏特效应，以及基于这些效应的典型光电器件。
光电效应与光电器件（四）：光敏电阻应用、光电池与光敏管
本文件是光电式传感器系列源文件的第四部分，主要介绍光敏电阻的典型应用（火灾探测报警器）、光电池（基于光生伏特效应）的工作原理、种类、特性（光谱、光照、频率、温度），以及光敏管（光敏二极管和光敏晶体管）的基本工作原理。
光电效应方程
光电效应方程是爱因斯坦提出的描述光电效应的定量关系式，是光电效应的核心数学描述。
光电材料
光电材料是指能产生光电效应的敏感材料，即能够吸收具有一定能量的光子后产生电效应的材料。光电材料是构成光电器件或光敏器件的核心部件，是光电式传感器的主要组成部分。
光电池
光电池是一种利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的光电器件，也称太阳能电池。它实质上是一个电压源，当PN结受光照时产生光生电动势或光电流。
光电池的光照特性
光电池的光照特性描述光电池在不同光照强度下，其光电流和光生电动势之间的关系。
光电池的温度特性
光电池的温度特性描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。温度特性将影响测量仪器的温漂和测量或控制的精度。
光电池的频率特性
光电池的频率特性描述光电池的输出与入射光调制频率之间的关系。
光电流
光电流是光电器件在受到光照时流过的电流与暗电流之差，即亮电流与暗电流的差值。对于光敏电阻，光电流直接反映器件对光的敏感程度。光电流越大，器件的灵敏度越高。光电流的大小与入射光照强度、外加电压以及器件材料特性有关。
光电管
光电管是一种基于外光电效应工作的光电器件，由阴极（K极）和阳极（A极）密封在玻璃管内构成。当光照射到阴极上的光电材料时，光电子逸出并在电场作用下被阳极收集形成光电流。光电管分为真空光电管和充气光电管两类。
光电耦合器
光电耦合器（工程上常简称光耦，型号如TLP521、PC817等）是将发光元件和光敏元件合并使用，以光为媒介实现信号传递的光电器件。它通过电光电两次转换实现输入回路和输出回路的电气隔离，具有抗干扰和单向信号传输功能。
光电耦合器：工作原理、特性与应用
本文件是《传感器与检测技术》课程中光电式传感器章节的一部分，专门介绍光电耦合器（光耦）。内容涵盖光电耦合器的定义、结构组成、工作原理（电光电两次转换）、核心特性（电气隔离、抗干扰、单向信号传输）、性能参数（响应延迟约10μs、可承受数千伏高压）、使用注意事项（独立电源、隔离所有信号、易失效需谨慎选型）以及典型应用案例（燃气灶脉冲点火控制器）。光电耦合器...
光电转换装置
光电转换装置（又称光栅读数头）是计量光栅的组成部分之一，利用光栅原理将输入量（位移量）转换成电信号，实现非电量到电量的转换。它涉及三种信号：输入的非电量信号（位移量）、光媒介信号和输出的电量信号。
光纤
光纤是一种多层介质结构的同心圆柱体，由纤芯、包层和保护层（涂覆层及护套）组成。核心部分是纤芯和包层，纤芯由高度透明的SiO₂材料制成（掺入微量GeO₂或P₂O₅以提高折射率），是光波的主要传输通道，直径5~75μm。包层主要也是SiO₂（掺入微量B₂O₃或SiF₄以降低折射率），折射率略小于纤芯，总直径约100~200μm。涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、...
光纤传感器
光纤传感器是光电式传感器的一个子类，利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，沿着光纤经多次反射被送到光接收器，经接收解调后变成电信号。
光纤传感器（一）：光纤结构与传光原理
本文件是光电式传感器章节中关于光纤传感器的详细技术补充。内容涵盖光纤传感器的起源（高锟提出光纤概念、康宁公司研制低损耗光纤）、光纤传感器的独特优势（抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、电绝缘、防爆、体积小、重量轻等）及可测量的70多种非电量。核心部分详细介绍了光纤的结构（纤芯、包层、保护层）及其传光原理——全反射，并推导了数值孔径（NA）的数学公式（式913至...
光纤传感器（三）：光纤布拉格光栅结构与传感原理
本文件详细介绍了光纤布拉格光栅（FBG）的结构、工作原理、应变和温度依赖性，以及光纤传感器的典型应用（包括辐射温度计和光强调制型光纤温度传感器）。
光纤传感器（二）：光纤模式、传输损耗、传感器组成、分类与光纤布拉格光栅
本文件是《传感器与检测技术》课程中光纤传感器章节的第二部分，内容涵盖光纤模式（单模与多模光纤的详细对比）、光纤传输损耗的五种类型、光纤传感器的基本工作原理与组成（光源和光探测器）、光纤传感器的两种分类方式（按功能分为功能型/非功能型，按调制光波参数分为强度/相位/波长/时分/偏振调制），以及光纤布拉格光栅（FBG）的工作原理、优异性能和应用领域。
光纤传感器（五）：光纤旋涡式流量传感器与主流光纤传感器应用
本节内容介绍了光纤旋涡式流量传感器的工作原理，以及国内市场上四种主流光纤传感器（光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器、光纤水听器）的应用概况。
光纤传感器（四）：FBG温度传感器标定与光纤图像传感器
本文件是光纤传感器系列文档的第四部分，详细介绍了光纤布拉格光栅（FBG）温度传感器的标定实验系统、设备选型、操作步骤和数据处理方法，以及光纤图像传感器的传像原理和工业内窥镜应用。
光纤传输损耗
光信号在光纤中的传播不可避免地存在着损耗。光纤传输损耗主要有以下几种类型：
光纤图像传感器
光纤图像传感器是一种利用图像光纤（传像束）传输图像信息的传感器。它将图像分解为大量像素，每个像素通过一根独立的光纤并行传输，在另一端重建原图像。
光纤布拉格光栅
光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）简称光纤光栅，是一种典型的波长调制型光纤传感器。它是纤芯折射率沿纤芯呈周期性变化（称为光折变）的光纤，利用硅光纤的紫外光敏性写入纤芯内，在纤芯内形成空间相位周期性分布，在光纤中形成周期性的光栅，即光纤的折射率随光强的空间分布发生相应的变化。如果这种折射率变化呈现周期性分布，就成为光纤光栅...
光纤布拉格光栅传感原理
光纤布拉格光栅（FBG）传感原理是通过检测 FBG 反射（或透射）中心波长（布拉格波长 $/lambdaB$）的漂移来测量外界物理量（如温度、应变）的变化。
光纤布拉格光栅（FBG）
光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）简称光纤光栅，是一种典型的波长调制型光纤传感器。它利用硅光纤的紫外光敏性，在纤芯内通过紫外激光刻写形成沿纤芯呈周期性变化的折射率调制结构（光折变），从而在纤芯内产生空间相位周期性分布，构成窄带（透射或反射）滤波器或反射镜。FBG 的传感过程通过外界物理参量（如温度、应变）对布拉格波长的调...
光纤干涉图样扰动
光纤干涉图样扰动是指在多模光纤中，由于外界扰动导致输出端干涉图样（光斑）发生移动或变化的现象。
光纤旋涡式流量传感器
光纤旋涡式流量传感器是一种基于涡街原理和光纤干涉测量技术的流量传感器。它将一根多模光纤垂直装入管道，利用流体流经光纤时产生的涡流引起光纤振动，通过检测光纤振动频率来推算流体流速。
光纤模式
光波在光纤中的传播途径和方式称为光纤模式。对于不同入射角的光线，在界面反射的次数不同，传递的光波间的干涉也不同，这就是传播模式不同。一般总希望光纤信号的模式数量要少，以减小信号畸变的可能。
光纤水听器
光纤水听器是一种利用光纤传感技术测量水下声信号的传感器，通过高灵敏度的光纤相干检测将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。
光纤电流传感器
光纤电流传感器是一种利用光纤传感技术测量电流的传感器，主要用于电力系统中的大电流测量。
光纤陀螺
光纤陀螺是一种利用光纤传感技术测量角速度的传感器，是光纤传感器的重要应用类型之一。
光谱分析仪
光谱分析仪是一种用于检测和分析光信号光谱特性的测量仪器，在光纤布拉格光栅（FBG）传感系统中用于检测反射或透射光谱中心波长的漂移，从而解调出被测量（如温度、应变）的变化量。
光阴极
光阴极是光电管和光电倍增管中接收光子并发射光电子的电极。它是基于外光电效应工作的核心组件，其材料决定了器件的光谱特性和灵敏度。
全反射（光纤）
全反射是光纤传感器工作的物理基础。当光线从光密介质（纤芯，折射率n₁）射向光疏介质（包层，折射率n₂，n₁ n₂）时，若入射角θₖ大于临界角，则光线不会透过界面而全部反射回光密介质内部。临界角θₑ满足sinθₑ = √(n₁² n₂²)/n₀（n₀为外界介质折射率，通常为空气，n₀=1）。当光纤端面入射角θᵢ小于临界角θₑ时，光线在纤芯与包层界面不断产...
功能型光纤传感器
功能型（传感型）光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。
包层
包层是光纤的中间层结构，可以是一层、二层或多层，总直径约为100~200μm。包层材料主要为SiO₂，掺入微量B₂O₃或SiF₄以降低对光的折射率。包层的折射率n₂略小于纤芯的折射率n₁，这样的构造可以保证入射到光纤内的光波集中在纤芯内传输，是实现全反射（光纤）的关键条件。
单模光纤
单模光纤是纤芯直径较小（一般为9μm或10μm）的光纤，只能传输一种模式。其优点是：信号畸变小、信息容量大、线性好、灵敏度高。缺点是：纤芯直径较小，制造、连接、耦合较困难；适用于远程通信；只能使用激光器LD做光源，成本高。
反射式光电传感器
反射式光电传感器是光电式传感器的一种基本形式。它将恒定光源发出的光投射到被测对象上，由光敏器件接收其反射光通量。反射光通量的变化反映出被测对象的特性。
可逆计数器
可逆计数器是一种能够根据控制信号进行正向或反向计数的数字电路器件。在光电式编码器的位置测量应用中，编码器输出的两个相位差90°的脉冲信号分别输入到可逆计数器的正、反计数端，计数器根据脉冲的先后顺序自动判断旋转方向并进行加计数或减计数。通过读取可逆计数器的计数值并乘以脉冲当量（分辨率），即可得到码盘转过的角度。为了获得绝对转角，在起始位置时需对可逆计数器清零。
固体图像传感器
固体图像传感器是光电式传感器的一个子类，结构上主要分为两大类：
图像光纤
图像光纤（又称传像束）是由数目众多的光纤按同一规律整齐排列组成的图像传输器件。典型光纤数量为0.3万~10万股，每股光纤直径约为10μm。
垂直腔面发射激光器
垂直腔面发射激光器（VerticalCavity SurfaceEmitting Laser, VCSEL）是一种半导体激光器，可作为多模光纤的光源。与普通激光器LD相比，VCSEL成本较低，促进了新一代多模光纤的发展。
外光电效应
外光电效应是光电效应的一种基本类型，指当光照射到金属或金属氧化物构成的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，使电子获得足够能量克服正离子对它的吸引力，脱离材料表面而进入外界空间的现象。即外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。
多模光纤
多模光纤是纤芯直径较大（一般为50μm或62.5μm）的光纤，传输模式不只一种。其缺点是：性能较差，模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，且随距离的增加而更加严重。优点是：纤芯面积较大，制造、连接、耦合容易；传输距离一般只有几千米；可以使用发光二极管LED或垂直腔面发射激光器VCSEL作光源，成本低（在1Gbit/s以上高速网络中要采用激光器作光源）。
康宁公司
康宁公司（Corning Incorporated）是一家美国公司。1970年，康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，标志着光纤通信时代的开始。康宁公司在低损耗光纤的研制方面做出了开创性贡献，为光纤通信和光纤传感技术的发展奠定了关键基础。
开关式光电传感器
开关式光电传感器是光电式传感器的一种基本形式。在光源与光电器件间的光路上有物体时，光路被切断，否则光路畅通。光敏器件上表现出有光（无物体阻挡）就有电信号，无光（有物体阻挡）则无电信号，即仅为“0”或“1”的两种开关状态。
强度调制光纤传感器
强度调制光纤传感器是光纤传感器的一种类型，按调制光波参数分类。其工作原理为：光源发射的光经入射光纤传输到调制器（由可动反射器等组成），经反射器把光反射到出射光纤，通过出射光纤传输到光探测器。可动反射器的动作受到被测信号的控制，因此反射出的光强是随被测量变化的。光探测器接收到光强变化的信号，经解调得到被测物理量的变化。
循环码（格雷码）
循环码（也称格雷码）是一种无权码，其核心特点是任何相邻的两个数码间只有一位是变化的。这一特性使其在光电式编码器中获得广泛应用，能有效消除二进制码盘存在的粗误差。
微分电路（辨向）
微分电路是计量光栅辨向电路中的关键组成部分，用于将整形后的方波信号转换为脉冲信号。
数值孔径（光纤）
数值孔径（Numerical Aperture, NA）是光纤的一个重要参数，定义为NA = sinθₑ = √(n₁² n₂²)，其中θₑ为全反射临界角，n₁为纤芯折射率，n₂为包层折射率。NA反映光纤的集光能力：NA越大，光纤可在较大入射角范围内输入全反射光，集光能力越强，光纤与光源的耦合越容易。在光纤端面，只有2θₑ张角内的入射光才能被光纤接收并...
时分调制光纤传感器
时分调制光纤传感器是光纤传感器的一种类型，按调制光波参数分类。其工作原理为：利用外界因素调制返回信号的基带频谱，通过检测基带的延迟时间、幅度大小的变化来测量各种物理量的大小和空间分布的方法。
暗电流
暗电流是指光电器件在未受到光照时流过的电流。暗电流是衡量光电器件性能的重要参数之一，暗电流越小，器件的性能越好。对于不同类型的光电器件，暗电流的定义和来源有所差异。
江门中微子测试基地
江门中微子测试基地是中国的大科学工程设施，用于中微子探测研究。该基地迎来了10000只国产20英寸微通道板型光电倍增管，其探测效率均值达到30%以上，成功超越国外同类产品水平，标志着中国在真空光电探测器件领域的自主可控发展。
波长解调（光纤传感）
波长解调是从光纤布拉格光栅（FBG）反射光谱中提取中心波长值的技术，是FBG传感系统的关键环节。被测量（如温度、应变）的变化引起FBG中心波长漂移，通过精确解调波长漂移量即可反推被测量。
波长调制光纤传感器
波长（频率）调制光纤传感器是光纤传感器的一种类型，按调制光波参数分类。其工作原理基于多普勒效应：单色光照射到运动物体上后，反射回来时，其频率将发生变化。将此频率的光与参考光共同作用于光探测器上，并产生差拍，经频谱分析处理求出频率变化，即可推知物体的运动速度。
涡街流量测量原理
涡街流量测量原理是一种基于流体力学中涡街现象的流量测量方法。当流体运动受到垂直于流动方向的非流线体阻碍时，在某些条件下，非流线体的下游两侧会产生有规则的旋涡，这种现象称为涡街。
滚珠丝杆
滚珠丝杆是一种将旋转运动转换为直线运动的机械传动部件，广泛应用于数控机床等精密机械中。在光电式编码器的直线距离测量应用中，编码器装于伺服电动机轴上，伺服电动机与滚珠丝杆相连。当伺服电动机转动时，滚珠丝杆带动工作台或刀具移动，编码器的转角对应直线移动部件的移动量。根据伺服电动机和丝杆的转动以及丝杆的导程，可计算移动部件的位置。
激光器
激光器（Laser）是光纤传感器中使用的相干光源之一。光纤传感器使用的光源按照光的相干性可分为相干光和非相干光，相干光源包括各种激光器，如氦氖激光器、半导体激光二极管等。
燃气灶脉冲点火控制器
燃气灶脉冲点火控制器是光电耦合器的典型应用案例。煤气是易燃、易爆气体，因此对燃气器具中的点火控制器的要求是安全、稳定、可靠。电路功能设计要求打火针确认产生火花，才可打开燃气阀门，否则燃气阀门保持关闭，以保证燃气器具使用的安全。
电-光-电两次转换
电光电两次转换是光电耦合器的核心工作过程。该过程包括三个步骤： 1. 输入电信号驱动发光元件（如砷化镓发光二极管）发光，实现电光转换 2. 光信号通过光耦合介质传输 3. 光敏元件（如光敏二极管或光敏晶体管）接收光信号并输出光电流，实现光电转换
电气隔离（光电耦合器）
电气隔离是光电耦合器最重要的功能特性。光电耦合器的输入回路和输出回路在电气上完全隔离，仅通过光耦合联系，输入输出之间无任何电气连接。这种隔离可以承受数千伏的高压，起到安全保障作用——即使外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。
电荷转移
电荷转移是CCD图像传感器的核心工作原理。与大多数器件以电流或电压为信号不同，CCD以电荷包的形式在半导体表面器件中存储和传递信息。信号电荷的产生、存储、传输和输出构成了CCD的基本功能。
相位调制光纤传感器
相位调制光纤传感器是光纤传感器的一种类型，按调制光波参数分类。其工作原理为：将光纤的光分为二束，一束相位受外界信息的调制，一束作为参考光，使两束光叠加形成干涉条纹，通过检测干涉条纹的变化可确定出两束光相位的变化，从而测出使相位变化的待测物理量。
码盘式编码器（绝对编码器）
码盘式编码器是一种绝对型角度编码器，通过码盘上的独特码道直接输出绝对角度位置。每个位置对应唯一的数码输出，具有掉电记忆功能——停电后恢复供电时显示值仍能正确反映当时的角度。
砷化镓发光二极管
砷化镓发光二极管是光电耦合器中常用的发光元件。它由一个PN结构成，具有单向导电性，随正向电压的提高，正向电流增加，产生的光通量也增加。砷化镓（GaAs）是一种IIIV族化合物半导体材料，其发光特性与光电耦合器中常用的光敏元件（如光敏二极管、光敏晶体管）在光谱上需得到最佳匹配，以保证器件的整体灵敏度。
硅光电池
硅光电池是一种以硅为基体材料的光电池，利用光生伏特效应将光能转换为电能。它是应用最广的光电池类型。
硒光电池
硒光电池是一种以硒为基体材料的光电池，利用光生伏特效应将光能转换为电能。
硫化铅光敏电阻
硫化铅（PbS）光敏电阻在近红外波段最灵敏，对2μm附近的红外辐射探测灵敏度很高，常用于火灾探测等领域。通常采用真空蒸发或化学沉积方法制备，为微米级多晶薄膜或单晶硅薄膜。其光谱响应特性与工作温度有关，温度降低时峰值响应波长向长波方向移动，因此要求低温、恒温条件下使用。
硫化镉光敏电阻
硫化镉（CdS）光敏电阻是最常见的光敏电阻类型。其光谱响应特性最接近人眼光谱视觉效率，在可见光波段灵敏度最高，峰值响应波长为0.52μm。广泛应用于灯光的自动控制和照相机的自动测光等领域。
碲化镉汞光敏电阻
碲化镉汞（Hg₁₋ₓCdₓTe）系列光敏电阻是目前所有红外探测器中性能最优良、最有前途的探测器件，尤其适用于48μm大气窗口波段辐射的探测。该材料由碲化汞（HgTe）和碲化镉（CdTe）两种晶体混合制成，其中x标明镉元素含量的组分，变化范围一般为0.180.4，对应的波长变化范围为130μm。通过调整组分x，可覆盖不同红外波段，具有极高的应用灵活性。
粗误差（编码器）
粗误差是二进制码盘因刻划误差导致的一种严重读数错误。对于二进制码，任何相邻两个位置当某一较高位改变时，所有比它低的各位数都要同时改变。如果因刻划误差导致某一较高位提前或延后改变，将造成巨大的读数偏差。
纤芯
纤芯是光纤的核心组成部分，是光波的主要传输通道。纤芯由高度透明的材料制成，主体为SiO₂，并掺入微量GeO₂或P₂O₅以提高材料的光折射率。纤芯直径通常为5~75μm。纤芯的折射率n₁须大于包层的折射率n₂，这是实现全反射（光纤）的必要条件。
细分技术（光栅）
细分技术是计量光栅实现高精度位移测量的关键技术之一。其目的是在莫尔条纹信号变化的一个周期内发出若干个计数脉冲，从而得到比光栅栅距更小的分度值，提高测量分辨率。
脉冲当量
脉冲当量是光电式编码器每个输出脉冲所对应的转角，是编码器分辨率的直接体现。对于每转输出 $n$ 个脉冲的编码器，其脉冲当量为 $360^/circ / n$。在位置测量中，将可逆计数器记录的脉冲数量乘以脉冲当量，即可得到码盘转过的角度。脉冲当量越小，编码器的测量分辨率越高。
脉冲盘式编码器（增量编码器）
脉冲盘式编码器（也称增量编码器）是一种通过计数脉冲来测量相对角度增量的编码器。它不能直接产生n位数码输出，当转动时产生串行光脉冲，用计数器将脉冲数累加反映转过的角度大小。
莫尔条纹
莫尔条纹是两块具有相同栅线宽度和栅距的光栅叠合在一起，并使栅线之间形成一个小夹角θ时，在大致垂直于栅线的方向上出现的明暗相间的条纹。莫尔（Moire）在法文中的原意是水面上产生的波纹。
计量光栅
计量光栅（又称光栅位移传感器）是一种利用光栅的莫尔条纹现象进行高精度位移测量的传感器。它以线位移和角位移为基本测试内容，广泛应用于高精度加工机床、光学坐标镗床、制造大规模集成电路的设备及检测仪器等。
计量光栅（二）：辨向与细分原理
本文件是《传感器与检测技术》课程中关于计量光栅的续篇，重点介绍计量光栅实现高精度位移测量的两项关键技术：辨向原理和细分技术。
计量光栅（光栅位移传感器）工作原理与结构
本文件详细介绍了计量光栅（光栅位移传感器）的定义、分类、结构、工作原理（莫尔条纹现象）及其核心特点（位移放大作用、误差平均效应）。计量光栅利用光栅的莫尔条纹现象，以线位移和角位移为基本测试内容，广泛应用于高精度加工机床、光学坐标镗床、大规模集成电路制造设备及检测仪器等。
辐射式光电传感器
辐射式光电传感器是光电式传感器的一种基本形式。在这种形式的传感器中，光源本身就是被测对象，即被测对象是一辐射源。光电器件接收辐射能的强弱变化，光通量的强弱与被测参量（如温度）的高低有关。
辨向原理（增量编码器）
辨向原理是脉冲盘式编码器（增量编码器）中用于判别旋转方向的核心技术。通过两路相位差90°的脉冲信号和D触发器，实现旋转方向的判别并控制计数器进行加/减计数。
透射式光电传感器
透射式光电传感器是光电式传感器的一种基本形式。它利用光源发出一恒定光通量的光，并使之穿过被测对象，其中部分光被吸收，其余的光则到达光敏器件上，转变为电信号输出。根据被测对象吸收光通量的多少就可确定出被测对象的特性。
量子保密通信
量子保密通信是一种基于量子理论、利用光子的量子特性来实现保密通信的技术。中国的“墨子”号量子通信卫星的成功发射标志着我国在该领域走在世界前列。
锑化铟光敏电阻
锑化铟（InSb）光敏电阻是35μm光谱范围内的主要探测器件之一。由单晶材料制备，制造工艺较成熟。经过切片、磨片、抛光后的单晶材料，再采用腐蚀方法减薄到所需厚度制成。
阳极（光电管）
光电管的阳极（A极）是收集光电子的电极，通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，或制成金属丝柱，置于玻璃管的中央。在电路中接正极，与阴极之间加有电压，形成加速电场使光电子被收集形成光电流。
阴极（光电管）
光电管的阴极（K极）是涂有光电材料的电极，是光电管中受光照射并发射光电子的部分。阴极材料的选择直接影响光电管的灵敏度和光谱特性。
非功能型光纤传感器
非功能型（传光型）光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化，与其他敏感元件组合而成的传感器，光纤只作为光的传输介质。
高海拔宇宙线观测站
高海拔宇宙线观测站（LHAASO）是国家重大科技基础设施，位于中国四川稻城。2019年6月进入集中安装阶段，使用了2270只中国自主研制的高时间分辨率光电倍增管，这些光电倍增管在该系统中发挥关键作用。
高锟
高锟（1933年出生于上海，1949年移居香港），华裔物理学家，光纤概念的提出者和光纤通信的主要发明人，被誉为“光纤之父”和“光纤通信之父”。曾任香港中文大学校长。1990年当选美国国家工程院院士，1996年当选中国科学院外籍院士，1997年当选英国皇家学会院士，2009年获得诺贝尔物理学奖。高锟长期从事光导纤维在通信领域应用的研究，为人类科技进步做出...