光电检测技术教学课件作者胡涛第2章节课件

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1、第二章光电检测系统中的光源光电检测系统中的常用光源光源的质量对光电测量中起着关键的作用；设计光电测量系统时，了解光源的基本特性参数和特点十分重要。光源的特性参数及选择的基本要求辐射效率光源种类发光效率(lm/W)光源种类发光效率(lm/W)普通钨丝灯8~18高压汞灯30~40卤钨灯14~30高压钠灯90~100普通荧光灯35~60球形氙灯30~40三基色荧光灯55~90金属卤化物灯60~80阴极射线发光体20(红色)~140(蓝色)ZnS电致发光体10发光效率光源的特性参数及选择的基本要求光谱功率分布带状光谱高压汞灯连续光谱白炽灯卤素灯复合

2、光谱荧光灯线状光谱低压汞灯P()光源输出的功率与光谱有关，即与波长有关目视测量采用可见光区辐射比较丰富的光源彩色摄像卤钨灯、氙灯紫外分光光度计氘灯、汞氙灯光源的特性参数及选择的基本要求光源强度空间光分布发光强度矢量在空间某一截面上自原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比配光曲线将各矢量的端点连起来，就得到光源在该截面上的发光强度分布曲线气体放光光源光强分布90°80°90°80°0°发光二极管的配光曲线光源的特性参数及选择的基本要求光源的颜色光源的色表用眼睛直接观察光源时所看到的颜色光源的显色性当用光源照射物体时，物体呈

3、现的颜色（也就是物体反射光在人眼内产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性显色性的选择彩色电影、彩色电视的拍摄和放映、染料、彩色印刷等，选择白炽灯、卤钨灯、镝灯等显色性好的光源铁路、隧道、码头等可选择高压汞灯、高压钠灯等显色性较差的光源光源的特性参数及选择的基本要求光源的色温及扩展色温相关色温分布温度注意：色温不是光源的温度光源的稳定性不同的光电检测系统对光源的稳定性有着不同的要求。计量用标准光源通常采用高精度仪器控制下的稳流源供电。灯丝的结构和形状发光面积的大小和构成灯泡玻璃壳的形状和均匀性光源的其它要求热辐射光源黑

4、体及黑体模拟器黑体：1862年由基尔霍夫提出目前的黑体模拟器最高工作温度为3000K，而实际应用的大多是在2000K、全辐射器结构的几种方案黑体模拟器的结构热辐射光源白炽灯真空白炽灯泡壳内的真空条件可以保护钨丝不被氧化；色温2300K~2800K，发光效率10lm/W充气白炽灯泡壳内充入氩、氮等惰性气体；色温2700K~3000K，发光效率17lm/W卤钨白炽灯主要原理是卤钨循环；色温3200K，发光效率30lm/W卤钨循环工作原理黑体灯的结构原理图热辐射光源红外辐射灯能斯特灯能斯特灯是一种条状的辐射源，是用15%的氧化钇粉末和锆粉压制成的

5、小棒。发出的连续光谱可从0.3μm一直延伸到远红外，其最大辐射波长约在2μm处。能斯特灯的材料具有较大的负电阻温度系数，应用中需补偿。硅碳棒加热温度一般在1500K以下；可获得波长更长的红外辐射。气体放电光源气体放电光源特点发光效率高，比白炽灯高2～10倍，可节省能源；结构紧凑，耐震、耐冲击；寿命长，是白炽灯的2～10倍；光色范围大，如高压汞灯发光波长400～500nm，低压汞灯为紫外灯，钠灯呈黄色（589nm）。原理：在灯中充入发光用的气体，如氦、氖、氙、氪，或金属蒸汽（汞、钠、铊、镝），这些元素的原子在电场作用下电离出电子和离子。当离子

6、向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到加速，当它们与气体原子或分子高速碰撞时会激励出新的电子和离子。在碰撞过程中有些电子会跃迁到高能级，引起原子的激发。受激电子回到低能级时会发射出相应的辐射，如此不断进行，实现气体持续放电、发光。气体放电光源脉冲灯脉冲灯工作电路原理图短弧氙灯光谱能量分布氘灯外形结构与光谱能量分布除激光器外，脉冲灯是最亮的光源气体放电光源燃烧式闪光泡燃烧式闪光泡结构及点燃电路只能使用一次瞬时光强大、耗电少、体积小而携带方便点燃时S闭合，电容C迅速通过钨丝放电，放电电流很大，使钨丝升温很快达到炽热状态。锆丝在氧气中燃烧，放出的

7、大量能量把二氧化锆加热到白炽状态，从而使闪光泡产生耀眼的强光。气体放电光源原子光谱灯原子光谱灯结构原理图原子光谱灯又称空心阴极灯空心阴极放电的电流密度可比正常辉光高出100倍以上，电流虽大但温度不高，因此发光的谱线不仅强度大，而且波长宽度很小原子光谱灯的主要作用是引出标准谱线的光束，确定标准谱线的分光位置，以及确定吸收光谱中的特征波长等。它主要用于元素，特别是微量元素的光谱分析装置中气体放电光源汞灯低压汞灯发出强紫外光，可用作杀菌消毒，涂以荧光材料后，即日光灯，主要发射253.7nm的紫外线。高压汞灯发光效率高，使用寿命长，但紫外光多、红光

8、少，可用作晒图机的光源；管壁涂荧光物质后产生白光，即高压水银荧光灯，可用作广场和街道的照明。超高压汞灯是一种点光源汞灯光谱能量分布图金属卤化物灯金卤灯的性能结构金属卤化物灯(简称