第3章 光电检测技术与系统ppt课件.ppt

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1、第3章光源及辐射源1本章主要内容3.1光源选择的基本要求和光源的分类3.2热光源3.3气体放电光源3.4固体发光光源3.5激光光源3.6新型电调制红外光源23.1光源选择的基本要求和光源的分类1.对光源发光光谱特性的要求一般的光电检测系统都要求光源特性满足检测需要为增大光电检测系统的信号和信噪比，这里引入光源和光电探测器之间光谱匹配系数的概念，以此描述两光谱特性间的重合程度或一致性。光谱匹配系数α定义为：Wλ——波长λ时．光源光辐射通量的相对值；Sλ——波长λ时，光电探测器灵敏度的相对值；A1和A2的物理意义如图3-1所示，它们分别表示Wλ•Sλ和Wλ两曲线与横

2、轴所围成的面积。32.对光源发光强度的要求为确保光电检测系统的正常工作，通常对系统所采用的光源或辐射源的强度有一定的要求3.对光源稳定性的要求不同的光电位测系统对光源的稳定性有着不同的要求。稳定光源发光的方法很多，一般要求时，可采用稳压电源供电。当要求较高时，可采用稳流电源供电，所用光源应预先进行老化处理。当有更高要求时，可对发出光进行采样，然后反馈控制光源的输出。计量用标准光源通常采用高精度仪器控制下的稳流源供电44.对光源其它方面的要求广义来说，任何发出光辐射的物体都可以叫作光辐射源。这里所指的光辐射包括紫外光、可见光和红外光的辐射。通常把发出可见光为主的物

3、体叫作光源，而把发以非可见光为主的物体叫做辐射源。按照光辐射来源不同，通常将光源分成两大类：自然光源和人工光源。表3-1列出了不同天空条件下地面景物的自然照度；表3-2列出了不同天空条件下近地天空的亮度。表3-3列出了各自然辐射源的星等和对地面产生的照度。5673.2热光源3.2.1黑体及黑体光强标准器1.黑体辐射的主要公式在任意温度条件下，能全部吸收入射在其表面上的任意波长辐射的物体叫做绝对黑体，或简称黑体。研究黑体辐射的最基本公式是普朗克公式，它给出了绝对黑体在绝对温度为T时的光谱辐射出射度：式中Mλ——波长λ处的单色辐射出射度；——波长(m)；h——普朗

4、克常数，其值为6.626×10-34(J·s)；c——真空中光速，其值为2.998×108(m／s)；k——波尔兹曼常数，其值为1.38×10-23(J/K)；T——绝对温度(K)；c1——第一辐射常数，其值为3.74×10-16(W·m)；c2——第二辐射常数，其值为1.439×10-2(m·K)。8利用上述普朗克公式可以导出以下各实用公式。斯蒂芬一波尔兹曼公式式中σ称为波尔兹曼常数黑体最大辐射波长处的辐射出射度公式黑体最大辐射波长λm公式，即维恩位移定律9黑体辐射的光谱分布如图3-2中曲线所示。图3-210为方便实际能量的估算，给出有关部分能量的分布，如表3

5、-5所示。112.腔型黑体辐射源按照物理学的原理可知，等温密闭空腔中的辐射是黑体辐射典型的腔型黑体辐射源的基本结构原理如图3-3所示，它主要由黑体芯子、加温绕组、测温计和温度控制器等部分组成。图3-312常用的黑体芯子有四种基本结构，其断面如图3-4所示。它们分别是锥形腔、柱形腔、球形腔和倒置锥形腔。图3-413理想黑体的比辐射率为1，对于实际工作中的标准黑体应该做到：(1)比辐射率接近1并已知；(2)腔体内温度均匀；(3)温度可调，并可知调定的温度；(4)限制光阑的面积可调并可知调定的面积。黑体源的标准类别及特征如表3-6所示。143.面型黑体源红外热成像系统

6、的校准和红外辐射计量需要采用大面积的面型黑体辐射源。面型黑体源主要用于均匀性和系统响应等的测量或标定，此外，常采用差分黑体源(DifferentialBlackbody)方式作为热成像系统信号响应和性能测量的辐射源(如图3-5)。黑体源通常采用高导热性的材料制作面型黑体面，并在其表面涂高辐射率的涂料，并采用半导体帕尔帖效应实现黑体温度的控制；同样，靶标采用高导热性的金属制作，上面掏出相应的靶标形状；靶标处于环境温度中，通过靶标温度传感器测得靶标温度后，则可以根据设定的黑体温差设置黑体温度。由于测量靶标可以有各种形状或参量(如图3-6)，因此，实际应用中常采用在靶

7、标轮上安置多种靶标，实现多种靶标的快速调整或选择。15图3-5面型差分黑体源图3-6差分黑体源的靶标图案164.黑体光强标准在各光度量中，发光强度是国际规定的七个基本物理量之一。其定义为，某光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度入1／683W／sr时，定义该光源在该方向上的发光强度为lcd。定义个的光源并不存在，而发光强度标准的实物基础是黑体光强标准器。这是一个被定义在铂熔点温度(2046.05K)的黑体辐射器，其结构原理如图3-7所示。图3-7黑体光强标准器原理17由光度标准器向外传递的光度标准将寄存在特制的钨丝白炽灯．即标准灯中

8、。利用目视光度计进行传递