1 光电式传感器.ppt

1 光电式传感及检测;一、光谱 光波：波长为10—106nm的电磁波 可见光：波长380—780nm 紫外线：波长10—380nm， 波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线， 红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。 光谱分布如图所示。;远紫外;1967年法国第十三届国际计量大会规定 发光强度：坎德拉 光亮度：坎德拉/平方米，发射 光通量：流明 光照度：勒克斯，单位面积上接受的光通量;2. 发光强度与光亮度  发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。1cd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。 光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。 对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。 ;3. 光通量与流明  在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。眼睛对各色光的敏感度有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明。发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1流明;光照度 可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。 ;二、光源（发光器件）; 白炽光源主要有各种钨丝灯和卤钨灯等。是最流行的可见光谱辐射源，连续发射光谱分布，并有大量红外光谱成分。 白炽灯近似于一个黑体辐射。通过玻璃泡的光线波长为0.4μm～3.0μm，其能量损失较大，可见辐射仅占6%～12%，寿命短。 卤钨灯与白炽灯相比，体积只是同功率白炽灯体积的0.5%～3%，光通量稳定，工作效率为白炽灯的2～3倍，寿命长，但价格昂贵，管壁温度高。卤钨灯必须在高温下工作，否则卤素循环就会完全停止。 钨丝灯是一种常用光源，虽然发光和光的利用效率低、功耗大，但功率大，有丰富的红外线。;利用电流通过气体产生发光现象制成的灯。 气体放电灯的光谱是不连续的，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。 低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的光源，统称为光谱灯。例如低压汞灯的辐射波长为254nm，钠灯的辐射波长为589nm，它们经常用作光电检测仪器的单色光源。; 如果光谱灯涂以荧光剂，由于光线与涂层材料的作用，荧光剂可以将气体放电谱线转化为更长的波长，目前荧光剂的选择范围很广，通过对荧光剂的选择可以使气体放电发出某一范围的波长，如，照明日光灯。 气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯1/2—1/3。;4、发光二极管LED（Light Emitting Diode）; 在半导体PN结中，P区的空穴由于扩散而移动到N区，N区的电子则扩散到P区，在PN结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，空穴则由P区注入到N区，称为少数载流子注入。所注入到P区里的电子和P区里的空穴复合，注入到N区里的空穴和N区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。; 电子和空穴复合，所释放的能量Eg等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）。所放出的光子能量用hν表示，ν为光的频率。则;h c /λ=1.8 eV ;材料; 发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但随材料禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。图为砷磷化镓发光二极管的伏安曲线，红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。; 发光二极管的光谱特性如图