第3章（5_6_7_）_光电式传感器.pptVIP

第三章 光电式传感器 熟练掌握光电传感器的基本原理 掌握光敏二极管、三极管、光敏电阻、光电池、光电倍增管传感器的结构、特性及使用注意事项 掌握CCD的工作机理 了解CCD与CMOS图像传感器的性能差异 熟悉光电传感器的应用 光谱与色谱 光是一种电磁波 光波波长范围：10-106 nm 紫外线：10-380nm 可见光：380-780nm 红外线：780-106 nm 远红外线：3000 nm 光强单位 发光强度 ? 坎（德拉） 频率540×1012 ? 的单色光在给定方向上的辐射强度达到 680-1W/sr 。（ ?表示球面度） 光通量 ?（流明） 1 ?=1 ? ×? 光照度 ?（勒克斯） 1 ?= 1 ? / m2 光子能量 其中： h=6.626×10-34J.s 普朗克常数 f——光的频率 爱因斯坦光电效应方程 式中：A——功函数（逸出功） m——电子质量 9.1091 ×10-31 kg v0——电子逸出物体时初速度 基本结论 光电效应产生条件：红限频率 光电流密度： 式中： ——量子效率 ——电子电量 P ——光功率 光电子逸出具有初始功能： 1、光电导效应 入射光强改变物质导电率的物理现象。 （几乎所有高电阻率半导体都有光电导效应） 本征半导体的禁带宽度大于掺杂半导体 光敏电阻 2.光生伏特效应 半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。 PN结距表面的厚度小于扩散长度。 光敏二极管、光敏三极管、光电池。 §3.2 光电管 光电管 阴极K：涂有光电材料 阳极A：吸收光电子 真空玻璃壳：充气 外光电效应。 光电管 当入射光照射在阴极时，光子的能量传递给阴极表面的电子，当电子获得的能量足够大时，就有可能克服金属表面对电子的束缚而逸出金属表面形成电子发射，这种电子称为光电子。 在光照频率高于阴极材料红限频率的前提下，逸出电子数决定于光通量，光通量越大，则逸出电子越多。 光电管 当光电管阳极与阴极间加适当正向电压（数十伏）时，从阴极表面逸出的电子被具有正向电压的阳极所吸引，在光电管中形成电流，称为光电流。 光电流正比于光电子数，而光电子数又正比于光通量。 §3.3 光电倍增管 PMT ：PhotoMultiplier Tube 灵敏度极高、响应速度极快 感光材料：金属铯的氧化物 紫外、可见、近红外区 二次电子释放效应 高速电子撞击固体表面，再发出二次电子的现象。 电子倍增系统 倍增极（打拿极）：8-19 光电倍增管 所谓二次电子：是指当电子或光子以足够大的速度轰击金属表面而使金属内部的电子逸出金属表面，这种逸出金属表面的电子叫作二次电子。 一个入射光电子可以产生多个二次电子。设每级的倍增率为δ，则经过 N 个倍增级后，光电流的倍增率为δN 。 二次电子的数目不仅取决于入射粒数，还与入射粒子的速度、金属的性质有关。 PMT应用举例 侧窗型：CR114 9级倍增 185-870nm 宽光谱 电压：1250VDC CR114应用 DNA检测 近红外光度测试 激光应用设备 PMT使用注意事项 注意保护光电倍增管 光电倍增管内为高真空状态，封装尾管易受到外力或振动的损伤 保持阴极面和管基清洁 勿暴露强光 直接暴露日光或其它强光会使光电阴极损坏 避免氦气接触石英管壳 氦气会穿透石英管壳，造成噪声值升高 §3.4 光敏电阻（LDR） 光导管：光电导效应 光敏电阻材料 硫化镉（CdS）：光电耦合、摄影曝光 硒化镉（CdSe） 硫化铅（PbS） 硒化铅（PbSe） 锑化铟（InSb） 光敏电阻 光敏电阻的符号表示 光敏电阻主要参数 1.暗电阻，暗电流 若将光敏电阻置于无光照的黑暗条件下，测得光敏电阻的阻值称为暗电阻，一般在0.1-100M?。 这时在给定工作电压下测得光敏电阻中的电流值称为暗电流。 2.亮电阻，光电流 光敏电阻在光照下，测得的光敏电阻的阻值称为亮电阻，一般为0.1-100K? 。 这时在工作电压下测得的电流值称为亮电流。 亮电流与暗电流之差称光敏电阻的光电流。 光敏电阻主要参数 3.时间常数 光电导的驰豫现象 当光敏电阻受到光照时，光电流要经过一定时间才能达到稳定值；光照停止后，光电流也要经过一定时间才能恢复到暗电流。 10-6～1 s：在光电器件中，响应最慢 低速场合 光敏电阻的前历时间越长，相应时间越长 照度越大，相应时间越短 光敏电阻主要参数 4.光照特性 非线性严重 不宜作线性检测元件 开关元件 光敏电阻主要参数 温度特性曲线 光谱特性 光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对灵敏度也是不同的 ； 光敏电阻对光的敏感性与人眼对可见光（0.4-0.76u