光电传感与检测第五章

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光电检测技术第五章

光电倍增管光电倍增管的使用
正确使用光电倍增管，应该注意： • 阳极电流应不超过1uA，可以减缓疲劳和老化效应，减少负载电阻反馈和分压器电压再分配效应。 • 电压分压器中流过的电流至少应大于期望的最大阳极电流1000被，即1mA，但是不必过分加大，以免发热。 • 高压电源的稳定性必须为所需测量精度的10倍左右，对电压的纹波系数也应有所规定，一般应小于0.001%。 • 阴极和第一倍增级之间，以及末级倍增级和阳极之间的级间电压应设计得与总电压无关。 • 光电倍增管的输出信号采用运算放大器作电流电压变换，以获得高的信噪比和好的线性。
(c) 具有负电子亲和势的半导体光电子发射体
外光电效应
两个基本定律
光电发射第一定律当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流I与入射的辐通量成正比。光电发射第二定律发射的光电子的最大动能随入射光子光频率的增加而线性地增加，而与人射光的强度无关。该定律为爱因斯坦发现，故又称爱因斯坦定律，表达式为 1/2mvmax2 = hυ-ω 式中 m为光电子的质量；vmax为出射光电子的最大速度；υ为光频率；ω为发射体材料的逸出功。公式表明：入射光子的能量必须大于物体的逸出功，才能使电子有足够的动能逸出表面。
外光电效应
讨论：产生一个光电子必须克服材料表面对其束缚的能量。光电子的动能与照射光的强度无关，仅随入射光的频率增加而增加。在临界情况下，当电子逸出材料表面后，能量全部耗尽而速度减为零，即v=0，Ek=0，则υ=ω/ h=υ0。也就是说．当入射光频率为υ0时，光电子刚刚能逸出表面；当光频υ< υ0时，则无论光通量多大。也不会有光电子产生。 υ0称为光电子发射效应的低频限。这就是外光电效应光电探测器的光谱响应表现出选择性的物理基础。

传感与检测技术第三版

传感与检测技术第三版传感与检测技术第三版：探索未来的测量世界引言在现代科技的发展中，传感与检测技术扮演着重要角色。

随着社会的进步和工业的发展，对于测量和检测的需求越来越高，因此传感与检测技术也不断得到改进和创新。

本文将围绕《传感与检测技术第三版》展开探讨，介绍其中涵盖的内容以及其在科学研究和工程应用中的重要性和前景。

第一章传感器原理与设计传感器是传感与检测技术的核心，它是将物理量或化学量转化为电信号的设备。

本章将详细介绍各种传感器的工作原理和设计方法。

从压力传感器到温度传感器，从光电传感器到生物传感器，读者将了解到不同类型传感器的工作原理和应用范围。

第二章传感器接口电路与信号处理传感器的信号是微弱的，需要经过接口电路和信号处理才能得到准确的测量结果。

本章将介绍传感器接口电路的基本原理和常见的接口电路设计。

同时还将讨论信号处理的方法和技术，如滤波、放大、模数转换等，以及数据处理和分析的相关内容。

第三章模拟与数字信号处理技术模拟与数字信号处理技术在传感与检测领域起着重要作用。

本章将介绍模拟信号处理的基本原理和常见的技术，如滤波、放大、调制等。

同时还将讨论数字信号处理的方法和技术，如采样、量化、调制解调等，并介绍数字滤波器和快速傅里叶变换等算法。

第四章物理量测量技术物理量的测量是传感与检测技术的核心任务之一。

本章将介绍物理量测量技术的基本原理和常见的测量方法。

从长度测量到速度测量，从质量测量到力学测量，读者将了解到不同物理量测量技术的原理和应用。

第五章化学量测量技术化学量的测量在实际应用中有着广泛的需求，尤其是在环境监测和生物医学领域。

本章将介绍化学量测量技术的基本原理和常见的测量方法。

从PH值测量到溶解氧测量，从化学传感器到生物传感器，读者将了解到不同化学量测量技术的原理和应用。

第六章微机电系统技术微机电系统（MEMS）技术是传感与检测技术的前沿研究领域之一。

本章将介绍MEMS技术的基本原理和常见的应用。

《传感器与检测技术项目教程》教学课件模块五

光电式传感器是将光信号转换成电量的一种变换器，其工作的理论基础就是光电效应。从传感器本身来看，光电效应可以分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三类。
学习单元一光电效应和光电器件
1. 外光电效应
在光线作用下，使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，或称光电发射效应。下面简要介绍外光电效应产生的物理过程。
学习单元一光电效应和光电器件
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产
小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照越强，阻值越低。入射光消失
复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
模块五光敏传感器
光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器。光敏传感器主要应用于太阳能草坪灯、光控小夜灯、照相机、监控器、光控玩具、声光控开关、摄像头、防盗钱包、光控音乐盒、生日音乐蜡烛、音乐杯、人体感应灯、人体感应开关等电子产品光自动控制领域。
光敏传感器中最简单的电子器件是光敏电阻，它能感应光线的明暗变化，输出微弱的电信号，通过简单电子线路放大处理，可以控制LED 灯具的自动开关。对于远程的照明灯具，如街灯、庭院灯、草坪灯等，都可经济而简单地实现节能自动控制。
光电管的光谱特性主要取决于光电阴极的材料。不同的阴极材料对同一种波长的光有不同的灵敏度；同一种阴极材料对不同波长的光也具有不同的灵敏度。这可用光谱特性来描述。光谱特性又称频谱特性，图5-4所示为光电管的光谱特性。

《光电检测技术第二版》中国计量出版社第五章课件

再
见！
I光 S比＝ U
3、光电特性
I 光＝AU
式中A为光敏材料决定的常数；U为电源电压；为0.5~1之间的系数。为入射光通量
弱光照，线性光电导。
I光

=1

＝0.5
强光照，抛物线光电导。
E
4、伏安特性（一定光照下，光敏电阻的光电流与所加电压关系）
光电流
100lx
10lx
额定功耗线
必须在适当波长的光的照射下阻值才会变小从而使回路电流变大负载上压降增加即它的等效回路中应有反映入射光信号的电流源与一般的电阻器有所不同故而称之为光电导器件
第三节：半导体光电检测器件

光敏电阻是光电导型器件。光敏电阻材料：主要是硅、锗和化合物半导体，例如：硫化镉（CdS），锑化铟（InSb）等。
光敏电阻的应用

基本功能：根据自然光的情况决定是否开灯。
220V K
灯 CdS
常闭
照明灯自动控制电路
光电检测器件
电子快门常用于电子程序快门的照相机中，其中测光器件常采用与人眼光谱响应接近的硫化镉(CdS) 光敏电阻。照相机曝光控制电路是由光敏电阻R、开关K和电容C构成的充电电路，时间检出电路(电压比较器)，三极管T构成的驱动放大电路，电磁铁M带动的开门叶片（执行单元）等组成。

光电检测器件
注意：必须在适当波长的光的照射下，阻值才会变小，从而使回路电流变大，负载上压降增加，即它的等效回路中应有反映入射光信号的电流源，与一般的电阻器有所不同，故而称之为光电导器件。
光电流

光敏电阻两端加电压（直流或交流）．无光照时，阻值（暗电阻）很大，电流（暗电流）很小；光照时，光生载流子迅速增加，阻值（亮电阻）急剧减少．在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成光电流（亮电流）。光电流：亮电流和暗电流之差；

传感器与检测技术知识点

第一章传感与检测技术理论基础1．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。

可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。

在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。

在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。

采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。

引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。

2．用测量范围为-50～+150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。

解：绝对误差2140142=-=∆kPa 实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ3．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。

随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。

通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。

第二章传感器概述2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

通常由敏感元件和转换元件组成。

敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部份；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部份。

光电传感器原理及性能参数测试研究

光电传感器原理及性能参数测试研究第一章：引言光电传感器是一种用于探测光信号的设备，广泛应用于自动化与控制系统中。

光电传感器在工业自动化中的应用越来越广泛，其应用领域涵盖了制造业、食品加工、医药卫生、交通运输等多个领域。

在应用过程中，正确的测试和评估光电传感器的性能是非常重要的。

本文旨在介绍光电传感器的原理和性能参数测试方法。

第二章：光电传感器的原理光电传感器的原理是利用光电效应，将光信号转换为电信号。

其具体的工作原理是：当光线照射到半导体PN结或金属表面时，会激发电子与空穴的相互作用，产生光电流，将变化的光信号转化为电信号传递。

光电传感器的应用范围广泛，从简单的反射式传感器、对射式传感器，到高精度的照度计和分光光度计等，都属于光电传感器的范畴。

第三章：光电传感器的性能参数在进行光电传感器性能测试之前，需要先了解和评估光电传感器的性能参数。

主要包括以下几个方面：1. 灵敏度：灵敏度是光电传感器的一个重要指标。

一般来说，光电传感器的灵敏度越高，其检测信号的能力就越好。

而灵敏度的大小又与该传感器所使用的光电元件、电路以及信号处理技术都有关系。

2. 分辨率：分辨率是指光电传感器可以检测到的最小变化量。

在实际应用中，分辨率越高，表示传感器可以检测到更小的变化信号。

3. 响应时间：响应时间是光电传感器从接收到信号到输出信号的时间。

响应时间越短，表示传感器的检测能力越强。

4. 动态范围：光电传感器的动态范围是指其可检测的最高和最低光强度之间的范围。

在实际应用中，一个光电传感器的动态范围越宽，其适用范围就越广。

第四章：光电传感器性能参数测试在进行光电传感器性能参数测试之前，需要选择专业的测试仪器和测试方法。

下面分别介绍一下如何进行灵敏度测试和分辨率测试。

1. 灵敏度测试方法根据光电传感器的不同应用，灵敏度测试可以采用仪器不同的测试方法。

一般来说，可以采用一下两种方法：（1）光源法采用一定的光源，将其光线照射到被测光电传感器上，通过更改光源的亮度和位置，来检测传感器对不同光强的变化情况。

传感器及检测技术教案全

北京理工大学珠海学院信息学院教案课程名称：传感器与检测技术课程性质：专业必修主讲教师：安玉磊联系电话：E-MAIL：课时分配表第1课一．章节名称绪论，，，二．教学目的1、掌握内容：传感器的静态特性，动态特性；2、了解内容：传感器的定义，组成，自动检测技术的发展和应用；三．安排课时： 2学时四．教学内容（知识点）1．自动检测系统的组成；2．传感器的定义，组成，传感器的分类；3. 传感器的静态特性；4. 传感器的动态特性；5. 传感器的标定和校准五．教学重点、难点1．传感器的静态特性和动态特性；2．传感器的标定和校准；六．选讲例题1．活塞压力计标定；2．压力传感器的动态标定；七．作业要求7什么是传感的静态特性有那些指标如何用公式表示8什么是传感器的动态特性有那些分析方法八．环境及教具要求多媒体教室、PowerPoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军；2．《传感器原理与应用》，程德福；第2课一．章节名称测量误差和数据处理；二．教学目的1、掌握内容：测量误差的表示方法，数据处理的基本方法；2、了解内容：误差的概念和分类，精度；三．安排课时：2学时四．教学内容（知识点）1．测量误差的概念和分类；2. 精度3. 误差的表示方法；4. 随机误差的处理方法；5. 系统误差的处理；6，粗大误差的处理；7．数据处理的基本方法五．教学重点、难点1．误差的处理方法；2．数据处理的基本方法；六．选讲例题1．补偿法测量高频小电容；2．对照法消除系统误差；七．作业要求2正态分布的随机误差有什么特点3、什么是系统的引用相对误差它有什么意义八．环境及教具要求多媒体教室、PowerPoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军第3课一．章节名称应变式传感器；二．教学目的1、掌握内容：金属应变片的工作特性；2、了解内容：金属应变片的工作原理；三．安排课时：（2学时）四．教学内容（知识点）1．金属的应变效益；2．应变片的结构与种类；3. 应变片的灵敏系数；4. 横向效应；5. 温度误差及其补偿五．教学重点、难点1．横向效益；2．温度误差及其补偿；六．选讲例题1．热敏电阻补偿法；2．双金属丝补偿法；七．作业要求1、什么是应变效应，用金属的应变效应解释电阻应变片的工作原理。

传感器与检测技术-教学大纲精选全文

教学大纲课程名称：传感器与检测技术课程类别：专业基础课适合专业：数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术（课程80学时）课程要求：必修课程先修课程：大学物理、电路基础、电子技术和微机原理等开课时间：第4学期传感器与检测技术是高等院校数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术类专业教学计划中一门必修的专业基础课。

本课程主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等内容。

本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，掌握常用传感器的基本原理、应用基础，并初步具有检测和控制系统设计的能力。

第一章检测技术的基础知识(3学时)基本概念（敏感元件、变换器、检测技术、测系统的组成及特点、传感器及检测技术的发展）；；误差分析及处理技术第二章传感器的基本概念（4学时）传感器的基本概念、基本特性（静态特性、动态特性、静、动态特性标定）及其选用。

第三章常用传感器的工作原理及应用（15学时）通过对电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔传感器、热敏传感器的学习，掌握各种测量几何量的传感器的基本结构、工作原理、测量转换电路；熟悉几何量测控所需传感器的应用和选用。

第四章数字式传感器（7学时）掌握光栅数字式传感器、磁栅数字式传感器、感应同步器、编码器的工作原理及其应用。

第五章新型传感器（5学时）了解仿生传感器、光纤传感器、微型传感器、集成传感器的工作原理及应用和新型传感器研发的重点领域。

第六章传感器与检测系统的信号处理技术（5学时）通过对电桥电路、信号的放大与隔离、信号的变换的学习，重点掌握检测系统的信号放大与变换电路的处理技术。

第七章传感器与检测系统的干扰抑制技术（3学时）学习噪声干扰的形成、硬件抗干扰技术、软件抗干扰技术，熟悉检测系统的各种干扰拟制技术。

第八章典型非电参量的测试方法（7学时）熟悉掌握各种测量几何量的测试方法和传感器的选用原则。

包括：应变的测量、力及压力的测量、位移的测量、振动的测量、流量的测量。

传感器与自动检测技术第5章光电式传感器

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图5-1光电管
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2.光电倍增管
光电管的灵敏度较低，在微光测量如图5-2所示。通常光电倍增管的灵敏
中通常采用光电倍增管。光电倍增度比光电管要高出几万倍，在微光下就
管由真空管壳内的光电阴极、阳极以及位于其间的若干个倍增电极构成。工作时在各电极之间加上规定
可产生较大的电流。例如，可用来探测高能射线产生的辉光等，由于光电倍增管有如此高的灵敏度，因此使用时应注意避免强光照射而损坏光电阴极。但由
图5-10光敏晶体管光照特性
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（2）光谱特性
光敏二极管的光谱特性如图5-11所示。光敏二极管在入射光照度一定时，输出的光电流（或相对灵敏度）随光波波长的变化而变化。一种光敏二极管只对一定波长的入射光敏感，这就是它的光谱特性。由曲线可以看出，不管是硅管或锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。从曲线还可以看出，不同材料的光敏二极管，其光谱响应峰值波长也不同。硅管的峰值
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图5-5光敏电阻的光照特性曲线
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（2）光谱特性
指光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对灵敏度K不同的特性。各种不同材料的光谱特性曲线如图5-6所示。从图中可以看出，不同材料的峰值所对应的光的波长是不一样的，因此，在选用光敏电阻时，应考虑光源的发光波长与光敏电阻的光谱特性峰值的波长相接近，这样才能获得高的灵敏度。
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图5-6光敏电阻的光谱特性曲线
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（3）伏安特性
表示光敏电阻两端所加电压与流过光敏电阻的电流之间的关系。如图5-7所示，光敏电阻的伏安特性为线性关系，且不同照度，其斜率也不同。同普通电阻一样，光敏电阻也有最大功率，超过额定功率将会导致光敏电阻永久性的损坏。

《光电传感与检测技术》课程教学大纲

《光电传感与检测技术》课程教学大纲课程代码：0807508011课程名称：光电传感与检测技术英文名称：Optoelectronic sensor and detecting technology学分：4 总学时：64讲课学时：56 实验学时：8上机学时：课外学时：适用对象：光电信息科学与工程专业本科生先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、工程光学学生自主学习时数建议：128一、课程性质、目的和任务光电传感与检测技术是光电信息科学与技术专业学生的专业必修课，课程将系统全面地介绍光电传感与检测技术的基本概念、多种光电检测器件的工作原理和特性，以及相关实际应用系统的工作原理及设计，使学生比较全面地掌握光电传感技术和检测技术的基本原理、基本知识和基本方法，了解科技的新动向，以便于在今后的科研和生产实践中能够熟练应用。

二、教学基本要求对课程的讲授要求概念准确、论述严谨，既重视基本原理和基本概念的阐述，又力图反映出光电传感与检测技术的一些最新发展动向，同时也重视必要光电检测理论的分析。

基本要求如下：（1）熟练掌握常用光电传感与检测技术的基本概念及原理；（2）掌握光的表征及常见光电检测器件的工作原理与特性、光电检测方法及系统设计；（3）理解红外探测器、热释电红外传感器、激光传感与检测技术及基于虚拟仪器技术构成的检测系统及设计方法；（4）了解压力、温度、振动等检测方面的光电检测系统设计，光栅传感与检测技术在线位移和角位移测量中的应用，光电图像检测、故障诊断、红外热成像检测、红外气体检测网络与物联网技术的应用等；（5）培养学生从工程实际中发现问题、分析问题、解决问题的能力和创新意识。

三、教学内容第一章概论1、教学内容（1）光电传感技术概述（2）光电检测技术概述（3）光电传感与检测的应用2、重点和难点（1）重点：光电传感器件的组成、分类、特性、参数，光电检测的概念与分类（2）难点：测量误差的概念与分类，数据处理方法第二章光电检测技术基础1、教学内容（1）辐射度量与光度量（2）光电检测器件的物理基础（3）光电检测器件的工作原理与特性2、重点和难点（1）重点：光的基本物理性质与表征，半导体的物理基础、物理效应和基本定律，光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光电倍增管、光电池的工作原理与应用（2）难点：红外辐射与红外探测器，光电位置传感器，色敏检测器的工作原理与应用第三章光电检测系统1、教学内容（1）光电检测系统概述（2）光电检测方法及系统设计（3）光电信号与计算机的接口技术（4）光电检测电路举例2、重点和难点（1）重点：光电检测系统中的常见光源及选用，光电检测中的光学系统，光信号的调制检测，光电信号的检测方法，光电检测信号的偏置放大（2）难点：单元光电信号的处理与数据采集，光电单元信号与计算机的接口技术，光电单元信号与单片机的接口技术第四章红外传感与检测技术1、教学内容（1）红外检测基本原理（2）常用红外传感器与选型（3）红外光电检测与应用（4）热释电红外检测与应用（5）红外气体分析仪2、重点和难点（1）重点：红外检测的基本原理，热释电红外传感原理，热释电红外传感器与选型，红外气体分析检测原理及构成，红外探测器与选型（2）难点：红外数字计数器的设计，基于虚拟仪器的红外线温度测量系统设计，用于小车运动标识的红外光电检测系统设计，热释电红外开关电路设计，热释电自动识别进出人员语音系统设计，基于虚拟仪器的热释电传感器电性能测试系统设计，双通道红外气体分析系统设计第五章激光传感与检测技术1、教学内容（1）激光气体检测系统设计（2）基于激光平面干涉技术的元件面形偏差检测系统设计（3）光刻机调焦调平激光检测系统设计（4）激光风力发电风速检测系统设计（5）基于虚拟仪器的激光打靶系统设计（6）激光条码扫描系统设计2、重点和难点（1）重点：激光气体检测系统设计，光刻机调焦调平激光检测系统设计，激光条码扫描系统设计（2）难点：基于激光平面干涉技术的元件面形偏差检测系统设计，激光风力发电风速检测系统设计，基于虚拟仪器的激光打靶系统设计第六章光纤传感与检测技术1、教学内容（1）光纤检测基本原理（2）常用光纤传感器与选型（3）光纤检测与应用2、重点和难点（1）重点：光纤的基本知识，光纤传光原理，光纤的特性参数，光纤传感器的定义和分类，强度调制型、相位调制型、时分调制型光纤传感器（2）难点：光纤压力传感系统设计，光纤温度传感系统设计，光纤安防振动传感系统设计，反射式光纤位移传感系统设计，分布式光纤传感系统设计第七章光栅传感与检测技术1、教学内容（1）光栅的工作原理（2）常用光栅与选型（3）光栅测量与应用2、重点和难点（1）重点：光栅的工作原理，常用光栅与选型（2）难点：基于零位光栅传感器的线位移测量系统设计,基于增量式旋转编码器的角度测量系统设计第八章光电新技术的应用1、教学内容（1）光电图像检测（2）红外诊断与红外热成像技术（3）激光在军事中的应用（4）纳米技术的“光电”应用（5）红外气体检测网络与物联网技术2、重点和难点（1）重点：光电图像检测，红外故障诊断与红外热成像检测技术，激光在军事中的应用（2）难点：纳米技术的“光电”应用，红外气体检测网络与物联网技术的应用四、实践环节设计实验安排在本课程内，开设4个实验：（1）光敏电阻、光电二三极管的特性实验（2）光电池、光电倍增管的特性实验（3）光电传感器特性综合实验（4）PSD位置传感器位置测量实验五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测题）不应少于20题。