传感器复习重点

第一章概论

1、光电传感器是将光信号转换成电信号的一种传感器

2、光电传感器的组成和分类：

按探测机理的不同光电传感器可以分为光子传感器和热传感器两大类：（1）光子传感器，它是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光电效应，使处理的电学性能发生变化。（2）热传感器，它在吸收了红外辐射后，会引起温度的变化，并伴随产生一些物理性能的变化。热传感器可以分为：热电堆光传感器、辐射热计传感器、热释电传感器（热传感器）3、按光电传感器输出信号的性质可以分为：模拟光学传感器、光栅传感器、光电式传感器、光纤传感器、固态图像传感器等。

4、按光电传感器的输出方式可以分为直射式和反射式两类。

5、光电传感器件的特性主要介绍：灵敏度，频率响应特性，光照特性（结合后面章节知识进行考察）。

6、按光学原理的不同可以分为莫尔条纹检测、光纤及光栅检测、CCD成像检测、激光干涉及衍射检测、激光多普勒检测、激光光谱检测等。

7、按接收光电器件的检测机理的不同可以分为光子检测和红外辐射检测。

8按检测方式的不同可以分为直接检测和外差检测。

9、图1-4光电传感与检测系统组成框图

10、绝对误差：是指测量值与实际值之间的差值

相对误差：是指绝对误差与实际值之比，通常用百分数来表示，即

第二章光电检测技术基础

1、表2-1常用辐射度量的名称、符号、定义方程、单位及单位符号

2、表2-2常用光度量的名称、符号、定义方程、单位及单位符号

3、光视效能K是光源发出的辐射通量可产生多少能够对人眼引起刺激的光通量。

4、关是一种客观存在的物质，兼有波动性和粒子性，并以电磁波的形式传播。

5、图2-4 PN结的形成过程:两种类型半导体交界面处载流子浓度不同,半导体中的载流子开始做扩散运动,P型半导体区域的多子(空穴)以及N型半导体区域的多子(电子)均从高浓度区域向低浓度区域扩散,扩散的结果为P型半导体区域一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子,N型半导体区域一侧因失去电子而留下不能移动的正离子,这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷,它们在两种半导体的交界处形成了一个很薄的空间电荷区,这就是通常所说的PN结。

6、外光电效应：金属或半导体收到光照时，如果入射的光子能量hv足够大，光子和物质中的电子相互作用，使电子从物质表面逸出的现象，也称为外光电效应。

光电发射效应大致分为三个过程：（1）从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态；（2）受激电子得到光子的能量从物体内部向真空界面运动；（3）到达物体表面的电子，若有足够的能量用来克服表面势垒对电子的束缚，受激电子就会从物体表面逸出，成为光子。

光电发射效应遵守四个基本定律：（1）光电发射效能应存在一个截止频率，入射光的频率低于截止频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产生；（2）光电发散效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻就产生光电子，光电子发射至光电流产生最多相差10-9s；（3）光电子的

最大逸出功初动能与光强无关，与入射光的频率有关，且与入射光频率成正比；（4）光电流与光强成正比。

7、半导体材料的本征光电导响应长波限：

8、内光电效应：包括光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：光照变化引起半导体材料电导率变化的现象称为光电导效应。

图2-5 光生伏特效应的形成原理：光线照射到某些半导体材料构成的PN结上时，由于PN结内建的作用，使P区的自由电子向N区移动，N区的空穴向P区移动，这种载流子运动使得PN结的P区表面附近积累带正电的空穴，N区表面积累带负电的电子。PN结开路时，PN结的两端会产生一个附加电动势，称为光生电动势，这种光致电变化就是光生伏特效应。

9、根据工作机理的不同，光电检测器件可分为外光电效应型、光电导型、光生伏特型和光电热效应型：（1）外光电效应型：光电倍增管、真空光电管、充气光电管等；（2）光电导型：光敏电阻等；（3）光生伏特型：光电池、光敏二极管、光敏晶体管等：（4）光电热效应型：热释电探测器、热敏电阻、热点偶等。

10、光敏电阻

a、光敏电阻的电阻值随光照的变化而改变，光照越强，其电阻值越小。光敏电阻是一个没有电极性的纯电阻器件，常见的光敏电阻一般由金属硫化物、硒化物和碲化物组成，如CdS、PbS、PbTe、InSe等。

b、光敏电阻的暗电阻一般是MΩ数量级，而亮电阻一般是KΩ数量级。

c、光敏电阻的光照特性指的是光电流I和光照度Ev之间的关系【非线性关系】。（光照特性）

d、硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内具有较高的灵敏度，峰值出现在红外区域；硫化镉的光谱范围很接近人眼的可见光谱曲线，因此常用于光度计度量的测定（看图2-10）。（光谱特性）

e、一般随着温度的升高，光敏电阻的暗电流和灵敏度都下降、光谱响应峰值向短波长的方向移动。（温度特性）

11、光敏二极管的工作原理：没有光照时，光敏二极管的反向电阻较大，反向电流很小；若有光照时，PN结受光照射产生电子——空穴对，这些载流子在外加反向偏压和内建电场的作用下产生定向移动，形成光电流，并且光照越强，产生的光电流也就越大。光敏二极管与普通的二极管类似，PN结都具有单向到电特性。

12、锗光敏二极管的光谱响应范围位于500~1700nm之间，红外探测时，多采用锗光敏二极管；探测可见光多采用硅光二极管。

光敏二极管的频率特性是半导体光电器件中最好的一种，频率响应时间为10us数量级，由于光敏电阻和光电池。

13、光敏晶体管:光电流相当于普通晶体管的基极电流，将被放大（B+1）倍，光敏晶体管的灵敏度比光敏二极管高，是光敏二极管的几十倍，输出电流也比光敏二极管大得多，多为mA数量级。光敏晶体管应用时必须遵守集电结反偏、发射结正偏的原则。

14、光电倍增管是一种将微弱的光信号转换为可测电信号的光电转换器件。光电阴极的作用是光电转换，接受入射光子向外发射出电子。（图2-18）

15、光电池是利用光生伏特效应直接将光能转换为电能的器件，其核心是一个大面积的PN 结。负载电阻越小，光电流和光照度的线性关系越好，并且线性范围也较大。负载电阻增大