光电探测技术作业

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1、1引言在很多高温的环境中，一般都同时伴有高压与高冲击等特点，这些特殊的环境对测试仪器的性能提出了很高的要求。在这些不适合人为操作的场合，实验一旦开始，则不允许实验者进入实验场地，这往往就要求测试装置必须在放入实验环境的同时就通电，而这会带来不必耍的电源损耗，如果实验等待吋间过长有可能会出现电池电量损耗过多的情况。为了解决此问题，本文设计了一种在高温环境中应用光电二极管来实现光控的电源开关。电路设计中排除了太阳光的干扰，光敏二极管吸收辐射光波，经光电转换放大后进行整形滤波，最后利用电压控制开关达到闭合电源开关的效果。2高温环境中光信号的特点一切

2、具有温度的物体都在不断的向外辐射红外线，理想的红外辐射体成为黑体，黑体红外辐射的出射度与温度和波长的关系可用普朗克公式表示出来。根据普朗克公式可以计算出黑体不同波段的辐射能量与温度的关系。温度为1000°C时，1.5um左右波长的光的红外辐射能量在总辐射能量中所占比例最大，可见光辐射能量所占比例最温度升高而增加。250(TC时可见光辐射能量所占比例最大，所以1000°C〜2000°C的温度范围内近红外光的辐射能量最大。3光触发开关的设计3.1光电传感器的选择3.1.1光电传感器的选择主要依据以下几条原则(1)上升时间。伴随高温的主要是爆炸，而

3、爆炸光信号持续时间很短，一般在10us以下，所以光电传感器要有很快的响应时间。(2)光谱的响应范围。高温环境下光谱主要集中在近红外光光谱范围，因此应选择响应光谱在近红外光光谱范围内的光电传感器。(1)光电流。一般情况下，光电传感器的输出灵敏度相对较小，大多在MA级别。选择光电流小的传感器，需要在后级电路配置高放大倍数的放大器，但是此时一些外界信号也会经过放大器放大，从而造成开关误触发。因此在选择光电传感器时应该选择光电流大，感光而积大的光电传感器。3.1.2光电传感器类型(1)光电二极管硅光电二极管是最简单、最其有代表性的光生伏特器件。当硅光

4、电二极管被光照射时，在结区内产生的光生载流子将被加强了的内建电场拉开，光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，就形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。(2)PTN型光电二极管为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，减少在PN结外光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区和N区之间夹着一层(相对)很厚的本征半导体，构成PIN型光电二极管。为了提高响应速度选择使用PIN型光电二极管。3.2光信号的处理与转换光电二极管可以两种模式下工作，一是零偏置光伏模式;一是反偏置光导模式。在零偏置模式时，光电二极管可以非常精确地线性工作;产生的暗电流较小而在反偏置

5、模式时，光电二极管能够实现较高的切换速度，但要牺牲线性；同时，反偏置模式下的光电二极管即使在无光照条件下也会产生一个比零偏置模式下大的暗电流，且暗电流随温度变化明显，暗电流可能会引入输入噪声。因此选用零偏置电压模式。零偏置电信号转换电路如下图所示，将光电二极管的输出电流转换成电压。RES23.3太阳光干扰的滤除在高温阶段辐射源辐射的光信号主耍是红外光，而光电二极管的响应波长范围比较宽，包括可见光，因此在室外使用时必须把可见光产生的影响去除。由于太阳光光强很大丑光谱范围很广，覆盖了光电二极管的响应频谱，很容易造成光电二极管光电流饱和，所以应该采

6、用对太阳光进行遮挡的方法来避免光电二极管的饱和现象。对太阳光进行遮挡后解决方法有两种。第一种：在室外用己遮挡太阳光的光电二极管以某角度采集日光信号，记录放大器的输出VI，然后在高温环境中同样的角度测量的输出量V2减去VI就可以去除日光的干扰。第二种：在室外用光电二极管以某角度采集日光信号，记录放大器的输出，并分析输出量的频率，这就是日光的干扰频率，然后在高温环境中设计滤波器，滤除円光产生的信号。由于太阳光相对来说比较平稳，产生的信号为低频信号，所以应设计高通滤波器，截止频率应设计的比太阳光产生的电压的频率高，滤波器位置应放在I/V转换电路之前

7、。R7lbClC2R9RIOCND高通滤波器3.4光控开关的实现两种滤除太阳光影响的方法应用的开关不同。上面两种方法都可以实现滤除太阳光干扰的功能，但光电二极管输出的电流的频率和大小与环境有关，当产生高温吋，如果激起尘土，会削弱光的强度，引起光电二极管的输出电压的变化而频率不会变化。应用第二种方法较好，因为光电二极管产生的电流频率不变，光电二极管的输出经过滤波放大后，输出到比较器，当输入电压大于设定电压时，比较器输出高电平，开关闭合。若用第一种方法，应该使用具有自锁功能的开关，因为光的传播速度远大于尘土的传播速度，一旦检测到强光就闭合直到人为

8、断开，防止尘土影响到光电二极管的输出，避免开关在闭合后由于尘土的原因而断幵，导致电路在工作时断电。光控开关原理图如下：光电二极管高通滤波器放大器比较器光控幵关的原理