传感器和信号检测技术课件_第2章__光敏传感器.ppt

第2章 光敏传感器 2.0 基本概念 2.1 外光电效应及器件 2.2 内光电效应及器件 2.3 光生伏特效应及器件 2.4红外热释电传感器 2.5固态图像传感器CCD 2.6光纤传感器 2.7光电耦合器件 2.0 基本概念 1.光谱 可见光波长 0.38μm～0.78μm 光速C=f.λ 紫外线 0.01μm～0.38μm 具有荧光作用（荧光灯），生理作用（医用紫光灯） 光学玻璃 透射弱 石英玻璃 透射强 红外线 0.78μm～1000μm 具有热辐射作用（人体保健） 近红外λ3μm, 远红外λ3μm（人体辐射9.4μm――远红外内衣） 2.色谱 在可见光范围内，由于波长的不同。而对视觉产生的颜色差异。（人眼的光谱） 0.38～0.435～0.49～0.58～0.60～0.65～0.78 紫 蓝 绿 黄 橙 红 3.光的单位 ◎光强度：光源产生光的强弱。 频率为540×1012 （λ＝0.555μm）的单色光在给定方向上产生的辐射功率为1/680 W/Sr（球面度）定为光强度单位。称坎德拉cd ◎光通量：具有1cd均匀光源在一个球面内产生的光的辐射量，定为光通量单位 称流明lm ◎光照度：物体表面被光照亮的程度。1lm的光通量在1㎡的平面上产生的照度，单位为勒克斯lx 4.光的特性 几何光学 研 究 光路，透镜 物理光学 研 究 光的本质，光的波动，粒子说 ◎把光看作具有一定质量、能量、动量的粒子（又称光子）又可看作按光速运动的粒子流。C=f.λ ◎光电效应：光照射到物体上后，光子轰击物体表面，物体吸收了光子能量，而产生电的效应。※ ◎光电效应分类：⑴外光电效应：在光的作用下，使电子溢出物体表面。 如光电管、光电倍增管 ⑵内光电效应：在光的作用下，使物体的电阻率发生变化。 如光敏电阻 ⑶光生伏特效应：在光的作用下，物体上产生具有一定方向的电动势。 如人造卫星上光电池、光敏二极管、三极管。 5.发光器件 1）、钨丝白炽灯 光谱连续（可见光、大量红外线及少量紫外线） 对光敏器件要求不高，都可使其收到光信号（某种） 工作电压比额定电压低10%：光通量减少30%，寿命增3倍 工作电压比额定电压高10%：光通量增大40%，寿命降1/3倍 光电实验6V12W（连续可调） DB双向触发二极管32V导通 可调光台灯电路 2）、气体放电灯 依靠水银蒸汽的气体放电产生紫外线，再利用特殊荧光粉，把紫外线转换成可见光 启辉电压500V 工作电压100V 3）、发光二极管（LED） 由半导体组成的，PN结构成，封装于透明外壳中，所用材料不同，颜色也不同（镓、砷等）红、绿、兰三基色，红绿较见，蓝色发明较晚，市面还有白色LED 红色LED开启电压1.7V“刚刚亮，即为开启” 绿色LED开启电压2.2V 红外LED开启电压1.5V 反向击穿电压5V 注：不能反接，会损坏件 电阻300—10K 工作电流IF=10mA（经典） 最大电流 IFm=40 mA ~25mA 4）、激光器 1960年激光问世，广泛用于工业、军事、医学、“非电量电测”等 常用激光器有固体、液体、气体、半导体激光器 ①固体激光器：功率大，体积小（达几十兆瓦），常用的有经宝石激光器，掺钕的钇铝石榴石激光器（简写YAG）“钇铝石榴石” ②液体激光器：工作物质是液体，激光波长连续可调，分有机液体和无机液体激光器，重要的有有机染料激光器 ③气体激光器：单色性好，光源稳定，结构复杂，体积大，须高压电源 ④半导体激光器：用于VCD CD—ROM等视听产品，寿命长，电压低，工作须恒流源，欧美称为LD（Laser Diode）激光二极管，自80年代初首次用于激光音响后，迅速发展，目前全球LD厂商100家左右，规模大一些的有20家，产品300多种，1/3在近红外与红外光谱区域，分成短波长LD（635~950nm）用于非电信系统，长波长LD（950~1550nm）几乎都用于光通信。日本保持LD技术生产上的优势，其中低功率LD厂家几乎全在日本，用于视盘系统LD日本当主导。索尼、日本电气、东芝、松下，我国LD研制与国外同时起步，但目前差距很大，只能在部分产品自己生产，且仍处在国外第一代产品水平上，品种少，产量低，成本高，可靠性差，未形成规模生产。原因，生产和研究设备落后。 应用：测距、测速、通信（光纤）瞳孔角膜识别、指纹锁（长春宏达） 2.1 外光电效应及器件 2.2.1 外光电效应 在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,亦称光电发射效应。它是在1887年由德国科学家