《光的探测元件》PPT课件

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1、光的探测元件光的探测元件作用：接收按试样吸收后的光并把它转换为电信号。分类：光电元件—真空光电管光电倍增管光敏电阻光电池热电元件—热电锥气体接收器1.光电元件光电传感器电传感器以光电效应为基础，是一种将光信号转换为电信号的传感器。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制系统中应用非常广泛。光电效

2、应的分类（1）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。（2）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。（3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。A真空光电管真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成，光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。当光照到阴极上，由

3、于光电效应，阴极发射出电子，这些电子为阳极收集而形成电流。真空光电管的结构示意图按光阴极材料分a.锑铯型（Sb-Cs）（光谱范围：紫外区域）b.银氧铯型（Ag-O-Cs）（可见光和近红外区域)c.锑钾钠铯型（Sb-K-Na-Cs)(可见光区域）按光电阴极和阳极位置不同及形状不同分a.中心阴极型b.中心阳极型c.半圆柱面阴极型d.平行平板电极型真空光电管分类光阴极的光谱灵敏度Sλ—光阴极发射出电子形成的电流Iλ与入射的单色光的辐射通量Eλ之比。Sλ=Iλ/Eλ单位为安/瓦可见光区域图光阴极的光谱灵敏度Sλ—光电流I与入射的单色光的光通量Fλ之比。Sλ=I/F

4、λ单位安/流明光阴极的光谱相对灵敏度—某一个波长λ的光谱灵敏度与该阴极最大的光谱灵敏度之比。Sλ相对=Sλ/Sλmax×100％积分灵敏度（常用）——光阴极发射的总得光电流I入射光所有波长的复合光的辐射量E（光通量F)之比。S∑λ=Iλ/E单位安/瓦同理，可见光，采用光通量S∑λ=Iλ/F单位安/流明光电管特性1.线性范围很宽，即光电流与照射上的辐射通量在很大范围内成正比。2.电源电压变化对光谱灵敏度影响不大,可采用交直流电源供电3.积分灵敏度不高，一般为几十微安／流明,存在暗电流4.真空光电管的内阻很高，一般可达几百兆欧暗电流：没有光照射时，在光电管电路

5、中流过的电流称为暗电流。光电管的暗电流主要是由于阴极的热发射和级间漏电造成。电流要求：电流不仅可以采用直流，也可以采用交流。优点：当负荷较小时，真空光电管的灵敏度可以长期保持不变，即稳定，它的寿命较场，抗外界干扰能力也较强。B光电倍增管光电倍增管是基于光电效应，把光的辐射通量转换成真空中电子束，然后再次利用二次电子发射效应使电子数倍增的真空器件。如图所示，K为阴极，A为阳极，D1.2.3.4为发射级也叫打拿级。阴极电位最低，发射机1.2.3.4与阳极A的电位一次一个比一个高，它们之间的电位差在一百伏左右。工作原理（二次电子发射效应）：光束射到光阴极上，阴极

6、发射电子，电子在阴极K和发射级1之间电场作用加速，并轰击发射级1。发射极1发射出二次电子，并且数目比轰击的一次电子增多了几倍。这个位数就是二次发射系数，用σ表示。1.二次发射系数σ=N2/N1N1为一次电子数，N2为被激发的二次电子数σ与发射极材料和级间电位差有关从图中看出，发射极1发射出的电子再轰击发射极2，发射极2发出更多的二次电子，这样，电子数目一次倍增下去。因此，光电倍增管有极高的灵敏度。常用的光电倍增管发射的级数在10级左右。最后在阳极上得到的电流Ip要比光阴极上的电流In大很多，比值用M表示，叫光电倍增管的放大倍数。2.放大倍数M=Ip/InM

7、取决于n（级数），σ，η（电在极间飞越时的收集效率）M=∏ni=1ηiσi（值约为0.7~0.95）3.阳极的积分灵敏度S∑p=MS∑n=MIn/E与阴极积分灵敏度关系式，指出光电倍增管灵敏度比光电管高M倍阳极的积分灵敏度—阳极电路光电流Ip和照射到光阴极上的辐射通量E（或光通量F）之比，用S∑p表示。S∑p=Ip/E单位安/瓦（或安/流明光电倍增管的光特性1.灵敏度要比光电管高M倍2.存在着暗电流。3.各极间的电源电压必须十分稳定。C光敏电阻光敏电阻是一种光电效应半导体器件，应用于光存在与否的感应（数字量）以及光强度的测量（模拟量）等领域。它的体电阻系数

8、随照明强度的增强而减小，容许更多的光电流流过。这种阻性特征使得它具