测试技术第10章 光电测量技术课件.pptVIP

1.了解光电测量的基本知识及光电器件的特性 2.了解常用的光电器件及其应用 3.掌握光纤传感器的检测原理及其简单应用;;;; 物体表面受到光的照射，表面内的电子与光子碰撞，发生能量转移，光子把全部能量转移给电子，使电子的能量增加。如果电子的能量超过逸出功A0时，电子就逸出物体表面产生光电发射。如果不考虑电子热运动的能量，产生光电发射的条件是：光子能量h·f超过表面逸出功A0。光子能量超过表面逸出功的部分，表现为电子的能量。;爱因斯坦光电方程说明光电发生服从以下定律： 1）物体表面发射的电子数(光电流)与光强成正比； 2）光电子的动能随光的频率成正比的增加，而与光强无关； 3）要使光电子逸出物体表面，必须 h·fA0。对于每种物体都存在一个极限频率（红限频率f0） ，当入射光的频率低于这个频率时，无论光强多强，都不会有光电子发射出来。;在真空的玻璃泡内装有两个电极：光电阴极和阳极。m; 充气光电管 构造和真空光电管基本相同，所不同的仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体，如氩或氖。当光电极被光照射而发射电子时，光电子在趋向阳极的途中撞击惰性气体的原子，使其电离，使阳极电流急剧增加，提高了光电管的灵敏度。 充气光电管的优点:灵敏度高; 缺点:灵敏度随电压显著变化、稳定性、频率特性等比真空光电管差。 ; ②光电管的光照特性 当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时， 光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。 氧化铯阴极光电管的光照特性呈线性关系。 锑化铯阴极光电管的光照特性呈非线性关系。 光电管的灵敏度:光照特性曲线的斜率。; ③光电管的光谱特性 材料不同的光电阴极光电管有不同的红限频率f0 ，可用于不同的光谱范围。 光电管的光谱特性:光电管对不同频率光的敏感度。 对不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。 ; 它由光电阴极、若干个倍增极和阳极三部分组成。光电阴极是由半导体光电材料锑—铯制造的，入射光就在它上面打出光电子。倍增极数目在4~14个不等。; 光电倍增管之倍增极的形状设计成每个极都能接受前一极的二次电子，而在各个倍增极上顺序加上越来越高的正电压。这样如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子，这个电子将被第一倍增极的正电压所加速而轰击第一倍增极，设这时第一倍增极有δ个二次电子发出，这δ个电子又轰击第二倍增极，而其产生的二次电子又增加δ倍，经过n个倍增极后，原先电子将变为δn个电子，这些电子最后被阳极所收集而在光电阴极与阳极之间形成电流。 ; 2) 主要参数 ① 倍增系数M M等于各倍增电极的二次电子发射系数δi的乘积。 M=δin (n个倍增电极的δi都一样) 阳极电流I=iδin ( i—光电阴极的光电流) 光电倍增管的电流放大倍数β=I/i=δin ; ③暗电流和本底脉冲 一般在使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用；但由于环境温度、热辐射和其它因素的影响。即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流。这种暗电流可用补偿电路加以消除。; ; 光敏电阻利用光电导效应制成，一般选用禁带宽度较宽的半导体材料。 光电导原理：当入射光照到半导体上时，光子的能量如果大于禁带宽度，即hf≥Eg,则电子受光子的激发由价带越过禁带跃迁到导带，在价带中留下带正电的空穴，在外加电压作用下，导带中的电子和价带中的空穴同时参与导电，即载流子数增多使其电阻下降。;;1:硫化镉、 2:硫化铊、 3:硫化铅。; ⑤时间常数 当光敏电阻受到光照时，光电流要经过一定时间才能到达稳定值。同样，光照停止后，光电流也要经过一定时间才能恢复到暗电流。 光敏电阻的光电流随光强度变化的惯性，通常用时间常数τ表示。时间常数反映了光敏电阻对光照响应的快慢程度。不同材料的光敏电阻有着不同的时间常数。 ; 硫化铊光电池、硫化镉光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等。 其中硅光电池和硒光电池用途广泛。 ; 硒光电池是在铝片上涂硒，再用溅射的工艺，在硒层上形成一层半透明的氧化硒。在正反两面喷上低溶合金作为电极。在光线照射下，镉材料带负电，硒材料上带正电，形成光电流或光电势。 ; 硅光电池的光谱范围广，即为4500~11000 之间，硒光电池的光谱范围为3400~7500 。因此硒光电池适用于可见光，常用于