1光电检测系统的基本工作原理

1光电检测系统的基本工作原理。

光电检测系统是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法

进行检测的系统。

光电检测系统的基本组成及各部份的主要作用。光电检测系统的组成：三要素：检测对象、光、光电变换。

能否使光束准确地携带所要检测量的信息，是决定所设计系统成败的关键

光电检测技术的现代发展1）非接触化发展2）尽可能多的信息量3）集成化，智能化发展

光电检测方法 （1）.光信息携带的物理量可分为：

光强型、频率型、相位型、脉冲型、偏振型、位置型等

（2）.所用的光学现象分为：

衍射法、干涉法、全息法、散射法、光谱法、莫尔条纹法、光扫描法等

（3）从检测系统角度分为：

直接作用法、差动法（差分法）、补偿法

光辐射所带的信息如光强分布、时间、光谱能量分布、温度分布等由光电探测器转变成电信号测量出来

2系统误差 在检测过程中产生恒定不变的误差叫恒差或按一定规律变化的误差叫变差，统称为系统误差。

系统误差产生的原因有工具误差、装置误差、方法误差、外界误差和人身误差等

随机误差 在尽力消除并改正了一切明显的系统误差之后，对同一待测量进行反复多次的等精度测量，每

次测量的结果都不会完全相同，而呈现出无规则的随机变化，这种误差称为随机误差。

灵敏度 系统在稳态下输出量变化引起此变化的输入量变化的比值

算术平均值 ：

均方差或标准误差

算术平均值的标准偏差

均方差的标准误差σσ

最大误差

测量精度

大误差测值出现的处理

主要方法是：(1) 认真检查有无瞬时系统误差产生，及时发现并处理。

(2) 增加检测的次数，以减小大误差测值对检测结果的影响。

(3) 利用令人信服的判据，对检测数据进行判定后，将不合理数据给予剔除

辐射度量（Radiometry ）：能量的分布的强弱、时间、空间等特性

辐射能本身的客观度量，是纯粹的物理量。

光度量 (Photometry) ：考虑到人眼的主观感受，包括生理学、心理学在内。

1)辐射能(Q)：简称辐能，描述以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位焦耳(J ）

例：地球表面垂直阳光方向上，每平方米面积上每分钟太阳辐射能48000J 。

(2)辐射密度(w) ：定义为单位体积元内的辐射能，即

(3)辐射通量或者辐射功率(Φ,P):定义为以辐射的形式发射、传输或接收的功率，用以描述辐能的时间特性。

8416.011==∑=N n n x N x σˆ0025.0)(11ˆ12=--=∑=N n n x x N σ00095.0===N s x σσ00067.02==N σσσx k x σ=∆%

100⨯∆=x x J D

4)辐射强度（I ）：定义为在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量，即

辐射强度描述了光源辐射的方向特性，且对点光源的辐射强度描述具有更重要的意义

大多数光源向空间各方向的辐射强度是不均匀的。辐射强度描述了光源在空间某个方向上发射辐射通量的

大小和分布。

5)辐亮度 (L)：定义为光源在垂直其辐射传输方向上单位表面积单位立体角内发出的辐射通量，即

辐射亮度与辐射强度有何区别 前者描述面光源，后者描述点光源。

6)辐射出射度 (M)：定义为离开光源表面单位面元的辐射通量，即

辐照度 (E ）：定义为单位面元被照射的辐射通量，即 辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微面元发射和接收辐射通量的特性

如果一个表面元能反射入射到其表面的全部辐射通量，那么该面元可看作是一个辐射源表面，即其辐射出

射度在数值上等于照射辐照度

为了描述光源的光通量与辐射通量的关系，通常引入光视效能Ｋ，其定义为目视引起刺激的光通量与光源

发出的辐射通量之比，单位为lm/W 。 它度量了同样的辐射功率下人眼的不同亮度感觉。

照度和亮度的区别 不要把照度跟亮度的概念混淆起来。它们是两个完全不同的物理量。

照度表征受照面的明暗程度，照度与光源至被照面的距离的平方成反比。

亮度是表征任何形式的光源或被照射物体表面是面光源时的发光特性。如果光源与观察者眼睛之间没有光

吸收现象存在，那么亮度值与二者间距离无关

辐射度学和光度学 区别：1.适用范围 辐射度学适用于整个电磁波谱。光度学适用于可见光波段。2.参量

性质不同 辐射度学量是客观物理参量。光度学量生理量，由人眼感觉确定

联系：1.都是描述光辐射的强弱。2.所用物理符号一一对应

. 朗伯余弦定律 朗伯体反射或发射辐射的空间分布可表为 按照朗伯辐

射体亮度不随角度θ 变化的定义 即 即在理想情况下，朗伯体单位表面积向空间规定方向单位立 体角内发射(或反射)的辐射通量和该方向与表面法线方向的夹角α的

余弦成正比——朗伯余弦定律。

2. 朗伯体辐射出射度与辐亮度的关系图2-9，极坐标对应球面上微面元dA 的立体角为：

设朗伯微面元dS 亮度为L ，则辐射到dA 上的辐射通量为

在半球内发射的总通量P 为

按照出射度的定义得

2.3 光电检测器件的特性参量

（上）利用光电效应，把入射到物体表面的辐射能变换成可测量的电量

（下）利用热电效应，反映入射光辐射量

dQ w dv =dQ

dt Φ=2cos cos d dI L d dA dA θθΦ==Ωd M dA

Φ=00()()()m e V m e e K V d K K V d λλλλλ

∞∞ΦΦ===ΦΦ⎰⎰2cos d P L dAd θ=Ω0cos

I I L dA dA θθ==0cos I I θθ=2sin dA d d d r ααϕΩ==⋅2cos sin d P L dsd d αααϕ=2/200cos sin P Lds d d Lds ππϕαααπ==⎰⎰P M L ds

π==