幻灯片11.2 光电检测系统及光电传感器三、光电检测系统特点适用接触测量力易引起误差及无法用接触的方法测量（远程、高温、危险）的场合。
不改变被测物体性质的条件下进行测量。
它可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。
1、非接触测量干涉：λ／４＝0.6328μm/4=0.16μm，光外差干涉测量是纳米精度测量的主要手段。
从地球到月球激光测距的精度达到1米。
2、精度高光盘聚焦误差测控3、空间分辨率高4、实时测量（反应快，高速度）5、远距离、大量程（适合于远距离测距、遥控、遥测、光电跟踪等。
6、寿命长---光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。
幻灯片21.2 光电检测系统及光电传感器7、微弱信号检测:微光夜视仪8、不可见对象的测量利用X光探测人体内部组织结构：利用了不同的物质对于X射线的吸收率不同这一原理。
在人体中，水被认为对X光完全透过，骨质被认为对X光完全吸收.因此X光机发射出的(均匀)射线在被不同人体组织“过滤”后就不再是均质的，这些非均质的射线可以通过显示屏或者使底片感光的方式呈现为影像（接收器接收到的强度不一样），据此就可以反映出人体组织器官的一些信息，该门学科称为医学影像学.缺点：受光学介质的影响大（水、空气、尘土），成本高些。
幻灯片31.3 光电检测基本方法一、直接作用法●受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测机构直接得到欲测的物理量。
●直接测量法的最大优点是简单方便，仪器设备造价低廉。
●这种方法的缺点是检测结果受参数、环境、电压波动等影响较大，精度及稳定性较差。
适合于测量精度要求不高的场合。
幻灯片41.3 光电检测基本方法 二、 差动法利用被测量与某一标准量相比较，所得差或比反映了被测量的大小。
放入标准工件的尺寸，调整光楔，使φ1＝φ2，使μA 表读数为“0”。
（1）调整Φ OΦ1Φ2Φ1Φ2tUOt Φ1=Φ2时，U=0 用双光路差动法测量物体的长度幻灯片51.3 光电检测基本方法 二、 差动法幻灯片6幻灯片71.3 光电检测基本方法 二、 差动法测量值的大小决定于u 的幅值，测量值的正负决定于u 的相位。
可通过相敏检波器得到。
（2）测量ΦOΦ1 Φ2tUOtΦ1Φ2①当工件尺寸变小时，φ1>φ2，U ＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R 。
ΦOΦ1 Φ2tUOtΦ1Φ2②当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U ＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R 。
（3）结论：①当工件尺寸无误差时，使φ1＝φ2，光电传感器输出U无交变分量，见图。
②当工件尺寸变小时，φ1>φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R。
③当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R。
幻灯片81.3 光电检测基本方法三、补偿法用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件联接读数装置指示出补偿量值，补偿值的大小反映了被测量变化的大小。
光敏电阻RG和电阻R0、R1、R2组成电桥，当无光照时，调整Rw使电桥平衡，当信号光照射光敏电阻时，其阻值RG下降为R’G，使电桥失去平衡，检流计G中有信号输出。
调整RW使电桥恢复平衡，调整RW时标尺指示器A随之移动，电桥平衡时，A指示的数值就是待测量值的大小。
幻灯片91.3 光电检测基本方法四、脉冲测量法受被测量控制的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽、相位、频率、脉冲数量等）反映了被测量的大小。
1、脉宽法测长被测物体的长度：L＝vt＝vkN＝KN其中，k是高频脉冲的时间当量，即表示单位高频脉冲所代表的时间，而K是长度当量，即表示单位高频脉冲所代表的长度。
以上对零件尺寸的测量都要求匀速直线运动，实现起来较为困难，因此常用于精度要求不高的场合。
幻灯片101.3 光电检测基本方法四、脉冲测量法2、频率法测速在转动轮上均匀贴反射片，光电传感器可接收到与转速相对应的光脉冲。
设m为反射片数，n为每分钟转速，则f=nm/60=N/t，n=60N/(mt)只要控制在一定的时间t内计数N，就可计算得到轮子的转速。
幻灯片112.3 光电效应包括外光电效应和内光电效应因光照而引起物体电学特性发生改变的现象外光电效应物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物包含光电导效应和光生伏特效应内光电效应物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生于半导体（光电导效应和光生伏特效应）幻灯片122.3 光电效应一、光电发射效应金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应。
它是真空光电器件光电阴极的物理基础。
1、光电发射第一定律——斯托列托夫定律当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射光强度成正比： Ik=SkFkIk ：光电流；Sk ：光电发射灵敏度系数；Fk ：光通量 幻灯片132.3 光电效应 二、光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化。
当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大（电阻减小）。
自由电子所占能带不存在电子所占能带gcE hc=λ价电子所占能带 幻灯片14光辐射检测器件的类型 光辐射检测器件一览表禁带导带 价带Eg电子能量E ≧Eg真空光电管 充气光电管 光电倍增管 真空光电器件 （光电发射检测器件）光电探测器件（光子检测器件）2(10~20)m λμ-=光电导器件 光伏器件光辐射探测器件 半导体光电器件23(10~10)m λμ-=幻灯片15光辐射检测器件的特点 热电器件光子器件 响应波长有选择性。
一般有截止波长，超 过该波长，器件无响应。
响应波长无选择性。
对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感。
响应快。
吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒响应慢。
一般为几毫秒 幻灯片163.1 光电检测器件的基本特性参数主要有五项：响应特性、噪声特性、量子效率、线性度、工作温度。
一、响应特性随入射光波长变化而变化 １．响应度（或称灵敏度）光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。
描述的是光电探测器件的光电转换效率。
电压响应度（灵敏度）：光电探测器件输出电压与入射光功率之比。
io V P V S =1. 电流响应度（灵敏度）：光电探测器件输出电流与入射光功率之比。
ioI P I S =幻灯片173.1 光电检测器件的基本特性参数 一、响应特性探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比。
２．光谱响应度：()()()o I i I S P λλλ=()()()o V i V S P λλλ=热电偶与热电堆 测辐射热计 热释电器件热电探测器件23(10~10)m λμ-=３．积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度。
下升时间tf上升时间tr４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数幻灯片183.2 真空光电探测器件一、真空光电管（2）光谱特性（3）伏安特性（4）温度特性（5）频率响应（1）光照特性2、基本特性通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系。
（1）光照特性光照特性曲线的斜率（光电流与入射光通量之比）称为光电管的灵敏度。
幻灯片193.2 真空光电探测器件●真空光电管对不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极—光谱响应范围（2）光谱特性由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对光谱也有选择性。
保持光通量和阴极电压不变，阳极电流与光波波长的关系称为光电管的光谱特性。
●一般对于光电阴极材料不同的光电管，有不同的红限频率v0，对应不同的光谱响应范围。
●同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同幻灯片203.2 真空光电探测器件一、真空光电管在一定的光照射下，对光电管的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系—是应用光电传感器的主要依据参数。
（3）伏安特性饱和光电流（恒流源特性）当级间电压高于50V 时，光电流开始饱和，所有的光电子都达到了阳极。
真空光电管一般工作于饱和部分。
幻灯片213.2 真空光电探测器件二、光电倍增管 （photomultiplier tube, PMT ）特点：灵敏度高，适合在微弱光下使用，但不能接受强光刺激，否则容易损坏。
在一个玻璃泡内除装有光电阴极和光电阳极外，还有若干个光电倍增极。
倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。
前一级倍增极反射的电子恰好轰击后一级倍增极，在每个倍增极间依次增大加速电压。
在倍增极不变的条件下，阳极电流随光信号变化。
幻灯片223.2 真空光电探测器件饱和光电流 I入射光通量Ф入射光第1倍增级阳极二、光电倍增管1.工作原理基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。
由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。
●光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场(或磁场)加速，聚焦于第一次极。
这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极。
这样，一般经十次以上倍增,放大倍数可达到108～1010。
最后,在高电位的阳极收集到放大了的光电流。
输出电流和入射光子数成正比。
整个过程时间约 10-8秒。
高增益、响应快、线性度好。
幻灯片233.2 真空光电探测器件五、光电倍增管3.应用用于天文测光在各种感光器件中，光电倍增管是性能最好的一种，无论在灵敏度、噪声系数还是动态范围上都遥遥领先于其他的感光器件，更难能可贵的是它的输出信号在相当大范围内保持着高度的线性输出，使输出信号几乎不用做任何修正就可以直接获得很准确的色彩还原。
1个光子产生106~107个电子●广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。
测量精度高，可以测量比较暗弱的天体，还可以测量天体光度的快速变化。
幻灯片243.2 真空光电探测器件4.基本特性二、光电倍增管（2）光谱特性光电倍增管的光谱特性与相同材料的光电管的光谱特性相似。
在较长波长的范围时，光谱特性取决于光电阴极的材料性能，而在较短波长的范围时，光谱特性则取决于窗口材料的透射特性。
（1）光照特性阳极电流I 和光通量F 之间的关系当光通量较小时，光照特性呈现线性；恒流源特性（3）伏安特性阳极电流I与最后一级倍增级和阳极间的电压U的关系。
使用时应使其工作在饱和区。
