光电检测复习

1光电检测技术与应用复习第一章1、信息技术是一种综合技术，基本内容：感测技术，通信技术，人工智能，计算技术以及控制技术。当今时代，还包括：微电子信息技术，光电信息技术。2、光电信息技术：光与电子转换及应用的技术。3、光电检测技术：利用光电传感器实现各类检测，将被测量转换为光通量，再将光通量转换为电量，并综合利用信息传送技术和信息处理技术，完成各类物理量的在线和自动检测。4、检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别合格或参数量是否存在。测量：将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。直接测量：对被测物进行测量时，对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。（温度计测量温度，万用表测量电压）间接测量：测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系式计算出被测量的数值。5、传感器：将非电量转换为与之有对应关系的电量输出。能量控制型传感器（有源传感器）：将被测量变化转换成电参数变化（电阻，电容），需外加激励电源，才能将被测量参数变化转换成电压、电流变化。能量转换型传感器（无源传感器）：直接将被测量变化转换成电压、电流的变化，不需外加激励源。敏感器：将被测非电量转换为可用非电量的器件或装置。6、光电传感器光电二极管：高速的光检测电路、宽范围照度的照度计、超高速的激光传感器光电晶体管：几千赫兹的激光脉冲传感器、简单电路中低速脉冲光电开关光敏电阻Cds：响应速度慢，但性能良好的电阻桥式传感器以及具有电阻性质的光电传感器、路灯自动亮灭电路中的光电传感器、随光的强弱成比例改变的可变电阻光电耦合器：集成光电传感器：旋转编码器、速度传感器光电池：图像传感器：7、电子检测系统组成：传感器、信号调理器、输出环节光电检测系统：（基本环节）光发射机、光学信道、光接收机主动式：光发射机由光源和调制器构成被动式：光发射机为被检测物体的辐射发射光接收机：光接收机前端、光电检测器、后续检测信号处理器功率检测接收机（直接检测接收机、非相干接收机）外差接收机8、光学变换：光载波与被测对象相互作用将被测量载荷到光载波上。（通过各种光学元件和光学系统）光电变换：经光电器件实现光向电的信息转换。（通过各种光电变换器件）9、光电检测技术优点：高精度、高速度、远距离，大量程、非接触检测、寿命长、具有很强的信息处理和运算能力、抗干扰能力强10、光电传感器2直射型：光电传感器对着光源放置，并使他们的光轴重合反射型：单向反射、漫反射辐射型：被测物体是一个辐射源11、光电检测基本方法直接作用法受被测物体控制的光通量，经光电接收机转换成电量后由检测机构直接求得结构简单精度差，易受光源波动、电源波动影响适合测量精度要求不高的地方差动测量法将被测量与某一标准量比较，所得差或数值比可反应被测量的大小（双光路差动测量法）提高测量精度和灵敏度补偿测量法用光或电的方法补偿由被测量变化引起的光通量的变化脉冲测量法在测量中将被测量的光通量转换成电脉冲，其参数反映被测量大小抗干扰性好，精度高，直接与计算机相连，易于实现在线测量和自动控制第二章1、光电效应：在物质受到光的照射后，材料的电学性质发生变化（电导率改变、发射电子、产生感应电动势）的现象。外光电效应：受到光辐射的作用后，产生电子发射的现象。内光电效应：受到光照射的物质内部电子能量状态发生变化，表面不发射电子。2、光电导效应（内光电效应）:大多数半导体或绝缘体中存在，金属不产生光电导效应3、本征光电导效应：只有光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激发出电子空穴对，是材料产生光电导效应。gEhv截止波长：gEhc0，只有波长小于0的入射辐射才能产生本征光电导。3gE越窄，截至波长越长（gE越窄，激发出电子所需电子能量越小）4、稳态光电流：本征半导体样品两端敷有电极，沿电极方向加有电场，当垂直于电场方向有均匀光照入射到样品表面，且入射光通量恒定时，样品中流出的光电流称为稳态光电流。暗电导率：无光照时，半导体材料在常温下有一定的热激发载流子浓度，此时材料处于暗态，具有一定的暗电导率。暗态下的电导：𝐺𝑑=𝜎𝑑𝑆𝐿暗电流：𝐼𝑑=𝐺𝑑𝑈=𝜎𝑑𝑆𝑈𝐿，（外加电压U）亮电导；𝐺1=𝜎1𝑆𝐿，（有光照时，半导体吸收光子能量产生载流子，此时材料处于亮态）亮电流：𝐼1=𝐺1𝑈=𝜎1𝑆𝑈𝐿，光电导𝐺𝑝：𝐺𝑝=𝐺1−𝐺𝑑=(𝜎1−𝜎𝑑)𝑆𝐿=∆σ𝑆𝐿光电流𝐼𝑝：𝐼𝑝=𝐼1−𝐼𝑑=(𝐺1−𝐺𝑑)U=∆σ𝑆𝑈𝐿，（∆σ光致电导率变化量）5、光热效应：某些物质在受到光的照射后，由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象。热释电效应：辐射热计效应：温差电效应：6、响应度（灵敏度）：输出信号与输入辐射功率之间关系的度量，描述光电转换器件的光-电转换效能。𝑆𝑉=𝑉0𝑃𝑖，𝑆𝐼=𝐼0𝑃𝑖7、光谱响应度：光电检测器件的输出电压或输出电流与入射到检测器上的单色辐通量之比。（越大越灵敏）8、积分响应度：输出电流或电压与入射光通量之比，表示检测器对各种波长的辐射光连续辐射通量的反应程度。9、响应时间：入射辐射到光电检测器或入射辐射遮断后，光电检测器的输出上升到稳定值或下降到照射前的值所需时间；描述光电检测器件对入射辐射响应快慢的参数。10、频率响应：光电检测器的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性。P1911、热燥声：热噪声存在任何电阻中；热噪声与温度成正比；由各种频率分量组成。12、散粒噪声13、信噪比：负载电阻RL上产生的信号功率与噪声功率之比S/N。14、线性度：用非线性误差度量15、工作温度：4第三章1、光敏电阻：在均匀的具有光电导效应的半导体两端加上电极，便构成光敏电阻。有光照时的电阻称为光电阻。光电导：g=𝑔𝑙−𝑔𝑑光电流：𝐼光=𝐼𝑙−𝐼𝑑本征半导体光敏电阻:可见光长波段的检测，杂质半导体光敏电阻：红外波段光辐射甚至于远红外波段光辐射的检测。2、光敏电阻设计原则：尽可能缩短光敏电阻两极之间的距离。（光导灵敏度与两极间距离l成反比P23）3、光敏电阻特点：1)光谱响应范围特别宽；2)工作电流大，可达数毫安；3)所测的光电强度范围宽，即可测弱光，也可测强光；4)灵敏度高；5)无选择极性之分不足之处：1)强光照射下光电线性度差；2)光电弛豫过程较长；3)频率特性较差；4、光敏电阻特性参数光电特性：𝐼光=𝑆𝑔𝐸𝛾𝑈𝑎E——照度γ——光照指数，弱光照射为1，强光照射为1/2U——光敏电阻两端所加电压α——电压指数，欧姆接触为1，非欧姆接触为1.1~1.2伏安特性：在一定弱光照射下，光敏电阻的光电流与所加电压关系即为伏安特性。频率特性：光敏电阻的时间常数大，上限频率低。温度特性：光敏电阻相对光电导率随温度的升高而下降。时间响应（惯性）：光敏电阻的时间响应比其他光电器件要差，频率响应低。（光敏电阻具有较大惯性）5、照明灯的光电检测控制电路第一部分：半波整流电路（整流二极管，滤波电容），给光电控制电路提供直流电源；第二部分：测光与控制电路（限流电阻，Cds光敏电阻，继电器绕组）；第三部分：继电器常闭触点构成的执行电路，控制照明灯的开关光照弱时，Cds光敏电阻的阻值很高，继电器绕组电流很小，不能维持工作而关闭，照明灯点亮；光照强时，光敏电阻阻值减小，流过继电器的电流使触头断开，照明灯熄灭。6、光生内光电伏特效应(少数载流子导电)与光电导效应(多数载流子导电的的光效应)同属于内光电效应。7、光电池的特性参数1)伏安特性：输出电流和输出电压随负载电阻变化的曲线。（P31）