【正文】 由于無(wú)接觸，所以沒有力和力矩作用于被測(cè)物，而且即使被測(cè)物有較大的沖擊作用，對(duì)檢測(cè)儀表亦無(wú)損害。另外，由于無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，故測(cè)量裝置具有壽命長(zhǎng)，反映速度快，工作可靠，準(zhǔn)備度高，對(duì)被測(cè)物無(wú)形狀和大小要求，檢測(cè)距離可以大等優(yōu)點(diǎn)。三、電子元件和電路集成化 它具有體積小，重量輕，工作可靠，壽命長(zhǎng)，使用方便和工作速度提高等優(yōu)點(diǎn)。四、檢測(cè)數(shù)字化 它具有測(cè)量精度高，靈敏度高，測(cè)量速度快，指示值的客觀性（不因人或位置而異），易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。由于這種方法的測(cè)量信息以數(shù)碼的形式進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、運(yùn)算、判斷等，大大提高了測(cè)量的可靠性和穩(wěn)定性。五、與計(jì)算機(jī)相結(jié)合 計(jì)算機(jī)具有數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理、校驗(yàn)、邏輯判斷、存儲(chǔ)等功能。檢測(cè)系統(tǒng)與它相結(jié)合后，能實(shí)現(xiàn)儀表本身根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的許多功能，使檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度、速度和性能顯著提高。目前在國(guó)外，先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器常常帶有微型計(jì)算機(jī)。它能使檢測(cè)系統(tǒng)的靈活性提高，測(cè)量項(xiàng)目增多，以滿足不同的需要；并能對(duì)故障自診，自動(dòng)顯示故障部位，以縮短檢修時(shí)間。如果把它用于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的不斷分析和判斷，能使機(jī)器處于最佳工作狀態(tài)。因此，含有微型計(jì)算機(jī)的測(cè)量裝置和儀器，有時(shí)稱為“智能”儀器。 光電檢測(cè)的原理光電檢測(cè)主要由光電傳感器進(jìn)行測(cè)量。光電傳感器的作用原理是：光源產(chǎn)生光通量，光通量的參數(shù)（如輻射能流的橫流面積，光譜成分及光強(qiáng)度等）受被測(cè)對(duì)象控制，然后由光電器件接收再轉(zhuǎn)變成電參數(shù)的變化進(jìn)行測(cè)量。光源可采用氣體放電燈、激光、發(fā)光二極管及能發(fā)射可見光譜、紫外線光譜、紅外線光譜的其他器件。此外還可采用X射線（倫琴輻射）及同位素放射源，這時(shí)一般需要把輻射能變成可見光譜的轉(zhuǎn)換器。有時(shí)被測(cè)對(duì)象本身就是輻射能源，例如需要測(cè)溫的發(fā)熱體。因此，用于檢測(cè)系統(tǒng)中的光源有時(shí)稱為輻射能源。光學(xué)系統(tǒng)中常用的元件有透鏡、濾光片、光闌、棱鏡、反射鏡、光通量調(diào)制器、光柵及光學(xué)纖維等。用于檢測(cè)系統(tǒng)的光電器件有光電池、光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻（又稱光導(dǎo)管）、真空光電管、充氣光電管及光電倍增管等，選用何種型式，決定于光電傳感器所需的靈敏度、反映的速度、光源的特性及儀器的運(yùn)用環(huán)境和條件等。包含光電傳感器的檢測(cè)裝置稱為光電檢測(cè)裝置。在大多數(shù)情況下，傳感器輸出的電信號(hào)較小，不足以使測(cè)量機(jī)構(gòu)動(dòng)作，在它們之間需設(shè)置放大器。 光電檢測(cè)裝置的方框圖直流放大器的零點(diǎn)漂移較大，故常采用交流放大器或線性集成放大器。對(duì)于物理量變化緩慢的被測(cè)物，在光學(xué)系統(tǒng)中常采用光調(diào)制，因而放大器中有時(shí)包含相敏檢波及其他運(yùn)算電路。測(cè)量機(jī)構(gòu)可以是指示儀表、記錄儀表、數(shù)字顯示器、報(bào)警器及產(chǎn)品分選裝置等。由他們示出被測(cè)物理量的數(shù)值，或?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)分類。指示和記錄儀表，在大多數(shù)情況下與一般的電氣測(cè)量?jī)x表無(wú)多大區(qū)別，僅僅是儀表機(jī)構(gòu)的特性數(shù)值、刻度尺的形狀或物理量的單位有所不同而已。光電裝置亦常用來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，使被測(cè)物理量維持不變，或按希望那樣變化，將被檢測(cè)產(chǎn)品安需要進(jìn)行加工。例如某些測(cè)量和分析儀器需要恒定光源，其測(cè)量的精度與光源的穩(wěn)定性有關(guān)，但光源的穩(wěn)定性易受到電源波動(dòng)、光源本身老化等因素的影響。在這種情況下，可采用自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置中為什么需要比較器和調(diào)節(jié)值控制器呢？既然要調(diào)節(jié)，總得給出希望有的參數(shù)值，既給定值或期待值，然后把待測(cè)量與給定值比較，用比較的結(jié)果調(diào)節(jié)調(diào)整被調(diào)節(jié)對(duì)象，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的，這就是比較器和調(diào)節(jié)值控制器的作用。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)象，他直接與帶有能量的介質(zhì)（例如蒸汽、冷卻劑、燃料、電流等）或物料相接觸，并能以一定方式改變能量或物料量，使被調(diào)節(jié)量接近或等于給定值。用得最多的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是電磁閥、變阻器等。第三章 光電檢測(cè)器件 光電檢測(cè)器件是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。它的性能對(duì)光電系統(tǒng)的性能影響很大，如縮小系統(tǒng)的體積、減小系統(tǒng)的重量、增大系統(tǒng)的作用距離等。根據(jù)光電檢測(cè)器件對(duì)輻射的作用方式的不同，可分為光子檢測(cè)器件和熱點(diǎn)檢測(cè)器件兩大類。 光子檢測(cè)器件應(yīng)用廣泛，我們通常所說的光電檢測(cè)器件就是光子檢器件。這種器件可分為兩大類：電真空或光電發(fā)射型檢測(cè)器件，如光電管和光電倍增管；固體或半導(dǎo)體光電檢測(cè)器件，如光導(dǎo)型（光敏電阻）和光伏型（光電池與光電二、三極管）檢測(cè)器件。他們的特點(diǎn)是：① 響應(yīng)波長(zhǎng)有選擇性。因這些器件都存在某一截止波長(zhǎng)超過此波長(zhǎng)，器件無(wú)響應(yīng)；② 響應(yīng)快。一般為納秒到幾百微妙。 真空光電檢測(cè)器件一、光電發(fā)射材料光電發(fā)射材料大體可分為三類：純金屬材料、表面吸附一層其他元素原子的金屬和半導(dǎo)體材料。從光電子發(fā)射效應(yīng)原理可知,一個(gè)良好的光電發(fā)射材料應(yīng)具備下述條件：① 光吸收系數(shù)大；② 光電子在體內(nèi)傳輸過程中受到的能量損失小,使其逸出深度大；③ 表面勢(shì)壘低,使表面逸出幾率大。滿足上述條件的材料就會(huì)得到較高的量子效率。金屬對(duì)上述條件都不滿足。他的反射系數(shù)大（約為99﹪），吸收系數(shù)?。惑w內(nèi)自由電子多，由碰撞引起的能量散射損失大、逸出深度??；逸出功大。因此量子效率較低。大多數(shù)金屬的光譜響應(yīng)都在紫外或遠(yuǎn)紫外區(qū)，只能適應(yīng)對(duì)紫外靈敏的光敏器件。半導(dǎo)體光發(fā)射材料的光吸收系數(shù)比金屬要大得多，由于體內(nèi)自由電子少，散射能量損失小，所以能量損失小，所以他的量子效率比金屬大得多，而光發(fā)射波長(zhǎng)延伸至可見光和近紅外波段范圍。常用的經(jīng)典光電發(fā)射材料 1．銀氧銫（AgOCs）陰極2．銻銫（CsSb）陰極3．多堿光電陰極4．紫外光電陰極二、光電倍增管（PMT）光電倍增管（PMT）是一種建立在光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上的，把微弱入射光轉(zhuǎn)換成光電子，并獲得倍增的重要的真空光電發(fā)射器件。光電倍增管主要有光入射窗口、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增極和陽(yáng)極組成。光電倍增管的工作原理：①光子透過入射窗口入射在光陰極K上；② 光電陰極的電子受光子激發(fā),離開表面發(fā)射到真空中。③光電子通過電場(chǎng)加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極上，倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)Ｎ極倍增極倍增后，光電子就放大Ｎ次。④經(jīng)過倍增后的二次電子由陽(yáng)極Ｐ收集起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流，在負(fù)載上產(chǎn)生信號(hào)電壓。 光電倍增管的工作原理光電倍增管具有極高的靈敏度和快速響應(yīng)等特點(diǎn)，目前它任然是最常見的光電探測(cè)器件之一，而且在許多場(chǎng)合還是唯一的光電探測(cè)器。在精密測(cè)量中，正確使用光電倍增管，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1．陽(yáng)極電流應(yīng)不超過1181。A，可以減緩疲勞和老化效應(yīng)，減少電阻反饋和分壓器電壓再分配效應(yīng)。2．電壓分壓器中中流過的電流至少應(yīng)大于期望的最大陽(yáng)極電流1000倍，即1Ma。3．應(yīng)采取電磁屏蔽，最好使屏蔽筒與陰極處于相同電位。 半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件是利用半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器，所謂光電導(dǎo)效應(yīng)是表示材料受到光輻射后。材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化。光電導(dǎo)效應(yīng)屬于內(nèi)光電效應(yīng)，最典型的光電導(dǎo)器件是光敏電阻[3]。光敏電阻與其它半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點(diǎn)：① 工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。② 光譜響應(yīng)范圍響應(yīng)寬，根據(jù)光電導(dǎo)材料的不同，光譜響應(yīng)范圍可從紫外、可見光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外，尤其是對(duì)紅光和紅外輻射有較高的響應(yīng)度。③ 所測(cè)的光強(qiáng)范圍寬，即可測(cè)強(qiáng)光，也可測(cè)弱光。④ 靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于一。⑤ 偏置電壓低，無(wú)極性之分。光敏電阻的原理是半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)，只有能量（hν）大于材料禁帶寬度（Eg）的光子，才能使材料產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。每一種半導(dǎo)體或絕緣體都有一定的光電導(dǎo)效應(yīng)，但只有其中一部分材料經(jīng)過特殊處理，摻進(jìn)適當(dāng)雜質(zhì)，才有明顯的光電導(dǎo)效應(yīng)?，F(xiàn)在使用的光電導(dǎo)材料有ⅡⅥ族、ⅢⅤ族化合物，硅、鍺等，以及一 些有機(jī)物。光敏電阻的結(jié)構(gòu)是在一塊光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其它絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀是因?yàn)檫@樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。（光伏器件）一、光電池光電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)PN結(jié)。按材料分，有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無(wú)定型材料的光電池等。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)光電池等。光電池中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電池。國(guó)產(chǎn)同質(zhì)結(jié)硅光電池因襯底材料導(dǎo)電類型不同而分成2CR系列和2DR系列兩種。2CR系列硅光電池是以N型硅為襯底，P型硅為受光面的光電池。受光面上的電極稱為前極或上電極，為了減少遮光，前極多作成梳狀。襯底方面的電極稱為后極或下電極。為了減少反射光，增加透射光，一般都在受光面上涂有SiO2或MgF2，Si3N4，SiO2－MgF2等材料的防反射膜，同時(shí)也可以起到防潮，防腐蝕的保護(hù)作用[4]。光電池在光照下能夠產(chǎn)生光生電勢(shì)，光電流實(shí)際流動(dòng)方向?yàn)?，從P端流出，經(jīng)過外電路，流入N端，光生電勢(shì)與照度是對(duì)數(shù)關(guān)系。當(dāng)光電池短路時(shí)，短路電流Isc與照度E成線性關(guān)系，S＝Isc/E稱為靈敏度。 在一定的照度下，曲線在橫軸的截距，代表該照度下的開路電壓Uoc。曲線在縱軸的截距，代表該照度下的短路電流Isc?！?，因?yàn)樗荒艽笥赑N結(jié)熱平衡時(shí)的接觸電勢(shì)差。硅單晶光電池短路電流為35～40mA/cm2。在一定的照度下，曲線在橫軸的截距，代表該照度下的開路