光电仪器原理与设计第6章光电探测器课件.ppt

光探测器－热电探测器光热效应（thermoelectriceffect）吸收部分入射辐射，转变成物质温度的上升，使有关物理量发生变化热探测器特点对光波响应无选择性，响应光波段范围较宽响应较低，响应时间长不同类型器件的响应率、机械强度、响应速度和使用条件等不同因此，具体选用器件时，要扬长避短，综合考虑对应探测器热敏电阻、温差电偶、热释电器件*热电探测器——温差电偶温差电偶/电堆（thermocouple）工作原理：温差电效应（塞贝克效应）制作材料金属半导体结构实体型（测温）薄膜型（测辐射）*热电探测器——温差电偶温差电偶的特点测量量程大，利用不同材料可测量?200~1800℃的温度制造成本低，无需外部电源，能忍受恶劣的环境对温度变化反应迟钝应用炼钢炉或液态空气温度测定炉温的自动控制和远距离测定等*热电探测器——热敏电阻热敏电阻（thermistor）工作原理吸收辐射?产生温升?引起材料电阻的变化分类金属灵敏面正电阻温度系数电阻值与温度的关系基本线性耐高温能力较强半导体灵敏面负电阻温度系数（绝对值比金属的大十多倍）电阻值与温度的关系非线性耐高温能力较差*热电探测器——热敏电阻热敏电阻特点响应率很高，测温准确度高机械强度较差，容易破碎要求相接的放大器要有很高的输入阻抗流过它的偏置电流不能大，免得电流产生的焦耳热影响灵敏面的温度应用工业生产中广泛用来测量?100~500℃范围的温度*热电探测器——热释电探测器热释电探测器（pyroelectricsensor）工作原理热释电效应：晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，即由于热变化产生的电极化现象以热电晶体为电介质的平板电容器。温度变化，引起电容器电容的变化*热电探测器——热释电探测器热释电探测器特点辐射恒定时无输出测得的是背景与热辐射体的温差机械强度、响应率、响应速度都很高无需制冷、可在室温下工作只能在低于居里温度的范围内使用*热电探测器对比*探测器可测温度优点缺点应用温差电偶?200~1800℃成本低，适应恶劣环境反应慢超高超低测温热敏电阻?100~500℃响应率高，准确度高易碎，工作环境要求苛刻普通工业测温热释电温差无需制冷，机械强度、响应率、响应速度高低于居里温度范围内使用红外探测，成像外光电效应原理当光照射某种物质时，若入射光子能量足够大，和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面的现象依照发射光电子的去向分为直接探测：光电管产生二次电子发射：光电倍增管*外光电效应器件——光电管光电管（photocell）工作原理不透明阴极光电管和半透明阴极光电管光电阴极受入射光照射发射光电子，光电子在电场的作用下加速并被阳极收集，产生光电流*外光电效应器件——光电管光电管结构光电管特点真空光电管线性度好增益低、灵敏度低充气光电管灵敏度比真空管高10倍稳定性差、线性度低、暗电流大、响应时间长*外光电效应器件——光电倍增管光电倍增管（photomultipliertube）工作原理阴极外光电效应+打拿极（dynode）二次电子发射*外光电效应器件——光电倍增管光电倍增管结构光电倍增管特点响应速度快响应度极高稳定度线性度较好*光电倍增管的应用单光子探测技术正电子发射断层扫描仪PET紫外/可见/近红外光光度计发光分光光度计内光电效应原理当光照射某种物质时，若入射光子能量足够大，和物质中的电子相互作用，受激发产生的自由电子仍留在物体内部，导致物体导电性加强、出现电势差或产生其他效应原理分类光电导效应：光敏电阻，位敏探测器PSD光生伏特效应/光伏效应：光电池、光电二极管及雪崩光电二极管CCD和CMOS以光电二极管为光电转换元件*光电导效应光电导效应光照变化引起半导体材料电导变化的现象对应光探测器光敏电阻（光导管）位敏探测器PSD*光电导效应器件——光敏电阻光敏电阻工作原理当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大，负载电阻上电压变化。*光电导效应器件——光敏电阻光敏电阻结构光敏电阻特点光谱响应范围宽灵敏度高线性差响应时间长温度变化影响大光敏电阻的应用光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭等光电计数器，烟雾报警器，光电