光度与色度学第3章光辐探测器.ppt

按照能量守恒定律，热探测器吸收入射辐射能与探测器表面温度升高之间的关系可写成： 吸收的辐射热能=探测器的热传导损失+探测器表面的温升所需的能量。 表达式可写成为: 3.3 热探测器 设入射辐射通量 可得探测器表面温度变化的幅度 要提高热探测器响应度，应减少探测器的热导和热容。 3.3 热探测器 为此，热探测器常常做成薄条或薄片状，以减少热容；探测器表面的支承部分要尽可能少，引线要短且细，以减少热导。这样热探测器在结构上较脆弱，且热导和热容的减少还受到工艺等的限制，故热探测器的时间常数比光电探测器大得多，一般为ms级。 3.3 热探测器 3.3 热探测器 3.3.1 热电偶和热偶堆 3.3.2 测辐射热计 3.3.3 热释电探测器 3.3.1 热电偶和热偶堆 热电偶是基于两种不同金属在其连接点有温差时会产生热电动势的塞贝克效应。 当一个连接点受光辐照时升温，而另一连接点不受辐照时，在回路中就会产生电流。 王元樟博士 把多个热电偶串接构成热偶堆，可提高响应度（N个串联热电偶的热偶堆，其响应度为单个热电偶的N倍。） 3.3.1 热电偶和热偶堆 由于两连接点相距不远，所以当接在桥式回路中时，环境温度变化的影响可自动补偿，故一般工作在常温下。 热电偶产生的温差电动势V和温度T(K)之间的关系可写成 3.3.1 热电偶和热偶堆 对上式求导，可得塞贝克系数 可得热电偶的响应度为 3.3.1 热电偶和热偶堆 在频率很低时，G C, 则 即用高吸收比的表面层、高塞贝克系数且性能稳定的热电偶金属、低热导的结构可使热电偶有较高的响应度。 3.3.1 热电偶和热偶堆 铋-锑 镍铬-镍硅 铜-康铜 铁-康铜 铂10%铑-铂 常用的热电偶 铋-锑的塞贝克系数最高 3.3 3.3.1 热电偶和热偶堆 3.3.2 测辐射热计 测辐射热计机理是材料吸收光辐射能引起的温度变化， 进而使材料电阻值 发生变化。 超导辐射热器 半导体测辐射热器 金属测辐射热器 热敏电阻 3.3.3 热释电探测器 热释电探测器一种性能较好的热探测器，具有光谱响应范围平而宽、性能稳定、时间常数小等优点。 热释电探测器是基于某些铁电材料吸收辐射能后温度的变化导致其表面电荷变化，从而在外电路产生信号电流 热释电探测器需要工作在调制光中，因为不调制的辐射能虽然使元件表面产生一定的温度变化，表面电荷很快就会中和完毕，在外电路难以产生持续的信号电流。 3.3.3 热释电探测器 热释电材料的表面温度超过某一规定温度时，材料电极化将消失，热释电性能也不复存在，故热释电探测器只能在一定工作温度范围。 由于热释电探测器的性能受负载电路的影响甚大，所以常和放大器封装在一个壳里。 第3章 光辐射探测器 光辐射量的测量通常采用各种探测器把光辐射能变换成一种可测的量，因而光辐射探测器性能往往直接影响到光辐射度量测量的可行性及精确性。 人眼是一种光辐射探测器。在目视光度量测量中，人眼是一种极好的探测器件，但由于人眼的生理特点，很难用作光度量绝对量的测量，只能作为光度比较测量时高灵敏度的光度平衡判别器。 随着光学和光电技术的迅速发展以及对光辐射探测与精确定量、高灵敏度测量的需要，光辐射探测器的品种和数量迅速发展 光电探测器利用光电效应，把入射到物体表面的辐射能变换成可测量的电量。 ① 外光电效应：当光子入射到探测器阴极表面(一般是金属或金属氧化物)时，探测器把吸收的入射光子能量(h?=hc/?)转换成自由电子的动能，当电子动能大于电子从材料表面逸出所需的能量时，自由电子逸出探测器表面，并在外电场的作用下，形成了流向阳极的电子流，从而在外电路产生光电流。 ② 光伏效应：半导体P-N结在吸收具有足够能量的入射光子后，产生电子-空穴对，在P-N结电场作用下，两者以相反的方向流过结区，从而在外电路产生光电流。基于这类效应的探测器有以硒、硅、锗、砷化镓等材料做成的光电二极管、光电三极管等 。 ③ 光电导效应。半导体材料在没有光照下，具有一定的电阻，在接收入射光辐射能时，半导体释放出更多的自由电子，表现为电导率增加(电阻值下降)。这类光电探测器有各种半导体材料制成的光敏电阻等。 热探测器利用热电效应。即探测器接收光辐射能后，引起物体自身温度升高，温度的变化使探测器的电阻值或电容值发生变化(测辐射热计)，或表面电荷发生变化(热释电探测器)，或产生电动势(热电偶，热偶堆)等，通过这些探测器参量的变化，获取入射光辐射量。 3.1光辐射探测器的性能参数 ① 探测器的输出信号值定量地表示多大的光辐射度量，即探测器的响