传感器与信号检测技术课件共8章第2章光敏传感器

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1、第2章光敏传感器2.0基本概念2.1外光电效应及器件2.2内光电效应及器件2.3光生伏特效应及器件2.4红外热释电传感器2.5固态图像传感器CCD2.6光纤传感器2.7光电耦合器件2.0基本概念1.光谱可见光波长0.38μm～0.78μm光速C=f.λ紫外线0.01μm～0.38μm具有荧光作用（荧光灯），生理作用（医用紫光灯）光学玻璃透射弱石英玻璃透射强红外线0.78μm～1000μm具有热辐射作用（人体保健）近红外λ<3μm,远红外λ>3μm（人体辐射9.4μm――远红外内衣）2.色谱在可见光范围内，由于波长的不同。而对视觉

2、产生的颜色差异。（人眼的光谱）0.38～0.435～0.49～0.58～0.60～0.65～0.78紫蓝绿黄橙红电视、电子表、光纤、激光器等产品都有应用军事上：夜视仪，热像仪，多光谱遥感等。电磁波谱图3.光的单位◎光强度：光源产生光的强弱。频率为540×1012（λ＝0.555μm）的单色光在给定方向上产生的辐射功率为1/680W/Sr（球面度）定为光强度单位。称坎德拉cd◎光通量：具有1cd均匀光源在一个球面内产生的光的辐射量，定为光通量单位称流明lm◎光照度：物体表面被光照亮的程度。1lm的光通量在1㎡的平面上产生的照度，单

3、位为勒克斯lx4.光的特性几何光学研究光路，透镜物理光学研究光的本质，光的波动，粒子说◎把光看作具有一定质量、能量、动量的粒子（又称光子）又可看作按光速运动的粒子流。C=f.λ◎光电效应：光照射到物体上后，光子轰击物体表面，物体吸收了光子能量，而产生电的效应。※◎光电效应分类：⑴外光电效应：在光的作用下，使电子溢出物体表面。如光电管、光电倍增管⑵内光电效应：在光的作用下，使物体的电阻率发生变化。如光敏电阻⑶光生伏特效应：在光的作用下，物体上产生具有一定方向的电动势。如人造卫星上光电池、光敏二极管、三极管。5.发光器件1）、钨丝白

4、炽灯光谱连续（可见光、大量红外线及少量紫外线）对光敏器件要求不高，都可使其收到光信号（某种）工作电压比额定电压低10%：光通量减少30%，寿命增3倍工作电压比额定电压高10%：光通量增大40%，寿命降1/3倍光电实验6V12W（连续可调）DB双向触发二极管32V导通可调光台灯电路2）、气体放电灯依靠水银蒸汽的气体放电产生紫外线，再利用特殊荧光粉，把紫外线转换成可见光启辉电压500V工作电压100V3）、发光二极管（LED）由半导体组成的，PN结构成，封装于透明外壳中，所用材料不同，颜色也不同（镓、砷等）红、绿、兰三基色，红绿较见

5、，蓝色发明较晚，市面还有白色LED红色LED开启电压1.7V“刚刚亮，即为开启”绿色LED开启电压2.2V红外LED开启电压<1.5V反向击穿电压<5V注：不能反接，会损坏件电阻300—10K工作电流IF=10mA（经典）最大电流IFm=40mA~25mA4）、激光器1960年激光问世，广泛用于工业、军事、医学、“非电量电测”等常用激光器有固体、液体、气体、半导体激光器①固体激光器：功率大，体积小（达几十兆瓦），常用的有经宝石激光器，掺钕的钇铝石榴石激光器（简写YAG）“钇铝石榴石”②液体激光器：工作物质是液体，激光波长连续可调

6、，分有机液体和无机液体激光器，重要的有有机染料激光器③气体激光器：单色性好，光源稳定，结构复杂，体积大，须高压电源④半导体激光器：用于VCDCD—ROM等视听产品，寿命长，电压低，工作须恒流源，欧美称为LD（LaserDiode）激光二极管，自80年代初首次用于激光音响后，迅速发展，目前全球LD厂商100家左右，规模大一些的有20家，产品300多种，1/3在近红外与红外光谱区域，分成短波长LD（635~950nm）用于非电信系统，长波长LD（950~1550nm）几乎都用于光通信。日本保持LD技术生产上的优势，其中低功率LD厂家

7、几乎全在日本，用于视盘系统LD日本当主导。索尼、日本电气、东芝、松下，我国LD研制与国外同时起步，但目前差距很大，只能在部分产品自己生产，且仍处在国外第一代产品水平上，品种少，产量低，成本高，可靠性差，未形成规模生产。原因，生产和研究设备落后。应用：测距、测速、通信（光纤）瞳孔角膜识别、指纹锁（长春宏达）2.1外光电效应及器件2.2.1外光电效应在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,亦称光电发射效应。它是在1887年由德国科学家赫兹发现的。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍培管等。2.2.2光电管光电管是

8、一种具有悠久历史的光传感器。光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管,有很多种,如图2.2所示。图中左边的一种,光电阴极是在玻璃管内壁涂上阴极涂料构成的;右边的一种,光电阴极是在玻璃管内装入涂有阴极涂料的柱面形极板构成的。图2.2光电管示意图◎原理:当入射光照