光電測量技術(shù)ppt課件(已修改)
2025-05-18 04:16 本頁面
【正文】 第 11章 光電測量技術(shù) 第 10章 光電測量技術(shù) 光電式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光量的變化，再通過光電元件把光量變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種測量裝置。 物理基礎(chǔ) : 光電效應(yīng) 光電效應(yīng)可分成兩大類型 : 外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。 第 11章 光電測量技術(shù) 光電效應(yīng)及其光電器件 基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。 內(nèi)光電效應(yīng)是指光照射到半導(dǎo)體材料上，材料中處于價帶的電子吸收光子能量，通過禁帶躍入導(dǎo)帶，使導(dǎo)帶內(nèi)電子濃度和價帶內(nèi)空穴濃度增多的現(xiàn)象。 內(nèi)光電效應(yīng)可分為： 光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光敏晶體管效應(yīng) 第 11章 光電測量技術(shù) 光電效應(yīng)及其光電器件 外光電效應(yīng) 物體在光的照射下產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)或外光電效應(yīng)。 根據(jù)愛因斯坦光量子理論 ,光子的能量 E與它的頻率成正比 ,即 E=hf h普朗克常數(shù) h= 1034JS ， f是光的頻率。 第 11章 光電測量技術(shù) 光電效應(yīng)及其光電器件 物體表面受到光的照射時，表面內(nèi)的電子與光子碰撞，就發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給電子，使電子的能量增加。如果電子的能量超過逸出功 A0時，電子就逸出物體表面產(chǎn)生光電發(fā)射 。 產(chǎn)生光電發(fā)射的條件 (不考慮電子熱運動的能量 ) ：光子能量 hf超過表面逸出功 A0。 第 11章 光電測量技術(shù) 光電效應(yīng)及其光電器件 光子能量超過表面逸出功的部分，表現(xiàn)為電子的能量，即 mv2/2=hfA0 v— 電子逸出時的速度， m— 電子的質(zhì)量。 第 11章 光電測量技術(shù) 愛因斯坦光電方程說明光電發(fā)生服從以下定律： 1） 物體表面發(fā)射的電子數(shù)（光電流）與光強成正比； 2） 光電子的動能隨光的頻率成正比的增加，而與光強無關(guān)； 3） 要使光電子逸出物體表面，必須使 hfA0，所以對于每一種物體都存在一個極限頻率，當(dāng)入射光的頻率低于這個頻率時，無論光強多強，都不會有光電子發(fā)射出來。 第 11章 光電測量技術(shù) 1 光電管及其基本特性 (1) 結(jié)構(gòu)和工作原理 真空玻璃泡內(nèi)裝有兩個電極的： 光電陰極和陽極 。 光電陰極有的是貼附在玻璃泡內(nèi)壁，有的是涂在半圓筒形的金屬片上，陰極對光敏感的一面是向內(nèi)的。 光電管有： 真空光電管、充氣光電管 第 11章 光電測量技術(shù) 在陰極前裝有單根金屬絲或環(huán)狀的陽極。當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長的光線照射時便發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。 第 11章 光電測量技術(shù) 充氣光電管 構(gòu)造和真空光電管基本相同，不同的是在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體，如氬或氖。 當(dāng)光電極被光照射而發(fā)射電子時，光電子在趨向陽極的途中將撞擊惰性氣體的原子，使其電離，從而使陽極電流急劇增加，提高了光電管的靈敏度。 優(yōu)點：靈敏度高，但其靈敏度隨電壓顯著變化，穩(wěn)定性、頻率特性等都比真空光電管差。 第 11章 光電測量技術(shù) (2) 主要性能 ① 光電管的伏安特性 當(dāng)光通量一定時，光電管的電流與陽極電壓的關(guān)系。 第 11章 光電測量技術(shù) ② 光電管的光照特性 當(dāng)光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時， 光通量與光電流之間的關(guān)系。 曲線 1表示氧化銫陰極光電管的光照特性，光電流與光通量呈線性關(guān)系。 曲線 2為銻化銫陰極光電管的光照特性，它呈非線性關(guān)系。光照特性曲線的斜率稱為光電管的靈敏度。 第 11章 光電測量技術(shù) ③ 光電管的光譜特性 一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率 v0，因此它們可用于不同的光譜范圍。即同一光電管對于不同頻率的光的敏感度不同，這就是光電管的光譜特性。 所以對各種不同波長區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極。 第 11章 光電測量技術(shù) 2 光電倍增管 在入射光極為微弱時，光電管產(chǎn)生的光電流很小，在這種情況下即使光電流能被放大，但信號和噪聲同時被放大了，為了克服這個缺點，就要采用光電倍增管。 它由光電陰極、若干個倍增極和陽極三部分組成。 光電陰極是由半導(dǎo)體光電材料銻 — 銫制造的，入射光就在它上面打出光電子。 第 11章 光電測量技術(shù) 倍增極數(shù)目在 4~14個不等。在各倍增極上加上一定的電壓，陽極收集電子，外電路形成電流輸出。 第 11章 光電測量技術(shù) 工作時，各個倍增電極上均加上電壓，陰極 K電位最低。從陰極開始，各個倍增極E E E E4（或更多）電位依次升高，陽極
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