《光电测量技术》课件

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1、1.了解光电测量的基本知识及光电器件的特性2.了解常用的光电器件及其应用3.掌握光纤传感器的检测原理及其简单应用学习要求光电式传感器：将被测量的变化转换成光量的变化，再通过光电元件把光量变化转换成电信号的一种装置。光电传感器的物理基础是光电效应。10.1光电测量基础知识x1光源光通路光电器件测量电路光量光量电量x2输出X1——被测量直接引起光源光量的变化X2——被测量在光传播过程中调制光量对光量的调制方法：光电效应分两大类型：外光电效应和内光电效应金属金属氧化物光照电子逸出物体表面外光电效应光照半导体电子在物体内部运

2、动内光电效应物体在光的照射下产生电子发射的现象称为光电发射效应或外光电效应。E=h·fh普朗克常数，h=6.63×10-34J·S；f是光的频率。光子的能量E与它的频率成正比(爱因斯坦光量子理论)物体表面受到光的照射，表面内的电子与光子碰撞，发生能量转移，光子把全部能量转移给电子，使电子的能量增加。如果电子的能量超过逸出功A0时，电子就逸出物体表面产生光电发射。如果不考虑电子热运动的能量，产生光电发射的条件是：光子能量h·f超过表面逸出功A0。光子能量超过表面逸出功的部分，表现为电子的能量。mv2/2=hf-A0v-

3、电子逸出时的速度；m-电子的质量。爱因斯坦光电方程说明光电发生服从以下定律：1）物体表面发射的电子数(光电流)与光强成正比；2）光电子的动能随光的频率成正比的增加，而与光强无关；3）要使光电子逸出物体表面，必须h·f>A0。对于每种物体都存在一个极限频率（红限频率f0），当入射光的频率低于这个频率时，无论光强多强，都不会有光电子发射出来。mv2/2=hf-A0在真空的玻璃泡内装有两个电极：光电阴极和阳极。m(1)结构和工作原理(真空光电管)10.2光电器件的特性光电管的分类:真空光电管、充气光电管光电阴极有的是贴附在

4、玻璃泡内壁，有的是涂在半圆筒形的金属片上，阴极对光敏感的一面是向内的，在阴极前装有单根金属丝或环状的阳极。当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，这样在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。充气光电管构造和真空光电管基本相同，所不同的仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体，如氩或氖。当光电极被光照射而发射电子时，光电子在趋向阳极的途中撞击惰性气体的原子，使其电离，使阳极电流急剧增加，提高了光电管的灵敏度。充气光电管的优点:灵敏度高;缺点:灵敏度随电压显著变化、稳定性、频率特性等比真空光电

5、管差。(2)主要性能①光电管的伏安特性当光通量一定时，光电管的电流与阳极电压的关系。②光电管的光照特性当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。氧化铯阴极光电管的光照特性呈线性关系。锑化铯阴极光电管的光照特性呈非线性关系。光电管的灵敏度:光照特性曲线的斜率。1:氧化铯阴极光电管2:锑化铯阴极光电管③光电管的光谱特性材料不同的光电阴极光电管有不同的红限频率f0，可用于不同的光谱范围。光电管的光谱特性:光电管对不同频率光的敏感度。对不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。2光

6、电倍增管及基本特性在入射光极为微弱时，光电管产生的光电流很小，在这种情况下即使光电流能被放大，但信号和噪声同时被放大了，为克服这个缺点，要采用光电倍增管。(1)光电倍增管的结构和工作原理它由光电阴极、若干个倍增极和阳极三部分组成。光电阴极是由半导体光电材料锑—铯制造的，入射光就在它上面打出光电子。倍增极数目在4~14个不等。在各倍增极上加上一定的电压，阳极收集电子，外电路形成电流输出。工作时，各个倍增极上均加上电压，阴极K电位最低。从阴极开始，各个倍增极E1、E2、E3、E4（或更多）电位依次升高，阳极A电位最高。入

7、射光在光电阴极上激发电子，由于各极间有电场存在，所以阴极激发电子被加速轰击第一倍增极，在受到一定数量的电子轰击后，能放出更多的电子，称为“二次电子”。光电倍增管之倍增极的形状设计成每个极都能接受前一极的二次电子，而在各个倍增极上顺序加上越来越高的正电压。这样如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子，这个电子将被第一倍增极的正电压所加速而轰击第一倍增极，设这时第一倍增极有δ个二次电子发出，这δ个电子又轰击第二倍增极，而其产生的二次电子又增加δ倍，经过n个倍增极后，原先电子将变为δn个电子，这些电子最后被阳极所收集

8、而在光电阴极与阳极之间形成电流。2)主要参数①倍增系数MM等于各倍增电极的二次电子发射系数δi的乘积。M=δin(n个倍增电极的δi都一样)阳极电流I=iδin(i—光电阴极的光电流)光电倍增管的电流放大倍数β=I/i=δin②光电阴极灵敏度和倍增管总灵敏度◆光电阴极的灵敏度一个光子在阴极上打出的平均电子数。◆光电倍增管的总灵敏度一个光子在阳极