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机、电类《传感器与检测技术项目教程》模块八、光学量检测 课件统一书号：ISBN 978-7-111-48817-0课程配套网站或 2015年2月第1版 内容简介 本模块介绍“光学量” 的基本概念、各种光电元件，例如：紫外光电管、光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光电池，介绍各种光电元件的应用。还介绍了光导纤维传感器及其应用。 模块八、光学量检测（上） 目录 知识链接 光学量的基本概念 图8-1 广义电磁波谱 光学常用的度量 表8-1 常用光度学的名称、符号、单位及说明 光学量名词解释 （1）光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并使人眼产生光感的能量大小，用符号Φ表示，单位为流明（lm），是人眼感受到的555nm光辐射功率。在较明亮的环境中，人的视觉对波长为555nm左右的绿色光最敏感。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。对于人眼最敏感的555nm的绿光。 光通量（续） 40W白炽灯发射的光通量为350 lm；40W荧光灯发射的光通量为2000 lm；单只高亮度LED的光通量与消耗的功率有关，常见范围为20~100 lm。 明视觉和暗视觉条件下的光谱光效率函数 光学量名词解释（续） （2）发光强度：简称光强，表示发光强弱，用符号I表示，单位是坎德拉（cd）。曾经使用过的单位有烛光、支光。 发光强度定义为：频率为540×1012Hz（即波长555nm）的单色光源每单位立体角（1个球面度）辐射能为1/683W时的光通量。若光源发出的波长为555nm单色辐射是均匀的，则发光体在某给定方向上的发光强度就等于发光体在该方向的立体角Ω内传输的光通量Φ除以该立体角所得的值，即：I=Φ/Ω。 （2）发光强度（续） 若点光源各向同性，且 I=1cd时，Φ=4πI=12.56 lm 与力学的单位比较，“光通量”相当于“压力”，而“发光强度”相当于“压强”。 晴天太阳 发光强度（续） LED的发光强度分布示意图 光学量名词解释（续） （3）照度：描述物体被照亮的程度，用符号E表示，单位为勒克斯（lx），相当于1m2面积上受到1个lm光通量的照射。若受照面积为A，所接收的光通量为Φ，则照度被定义为E=Φ/A，1 lx=1 lm/m2。 光学量名词解释（续） 照度平方反比定律：点光源照射在物体上，物体的照度（均匀时）与从光源到物体的距离的平方成反比。 表8-2 日常生活环境的照度 教室课桌的照度测量 光学量名词解释（续） （4）亮度：描述人对发光体或被照射物体表面的发光或反射光强度所感受到的明亮程度，用符号L表示，单位为坎德拉每平米（cd/m2），过去使用过的单位有尼特（nt）。亮度是针对面光源而言的。 人眼能够感觉的亮度范围极宽，从千分之几cd/m2直到几百万cd/m2。 表8-3 常见物体的亮度 晴天天空的亮度 光学量名词解释（续） 光通量、发光强度、亮度、照度之间的关系 项目一 光电元件及应用电路 【项目教学目标】 ? 知识目标 1）了解常用光电元件的基本特性。 2）了解光电池的短路电流测量电路。 ? 技能目标 1）掌握光敏晶体管应用电路的计算。 2）掌握光控电路的分析。 光电效应 用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf 的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。 1）在光线的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）在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，也称为光电导效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管及光敏晶闸管等。 光电效应（续） 3）在光线的作用下，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。 第一类光电元件属于玻璃真空管元件，第二、三类属于半导体元件。 1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。 任务一 紫外光电管的特性及应用电路 图8-2 光电管及 外光电效应 a）光电管 b）外光电效应示意图 任务一 紫外光电管的特性及应用电路 图8-3 光电管的 图形符号及 测量电路 紫外光电管 当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。可见光较难引起光电子的发射。 火焰的辐射光中包含了较大比例的紫外光。 任务二 光敏电阻的特性及应用电路 光敏电阻是基于内光电效应的光电元件，具有结构简单、价格低廉等特点。但其线性度较差，温漂较大。 一、光敏电阻的的结构及工作原理 材料：金属的硫化物