《光辐射检测器》PPT课件.ppt

1、第三章光辐射检测装置、光电检测装置光螺栓检测装置热电检测装置、光敏电阻1、光敏电阻结构和工作原理绝缘材料与梳状光电导体、金属或塑料外壳密封、两端连接电极。3.1光电导检测装置，光电导材料主要使用N型金属硫化物或硒化合物。工作时，两端加上适当的偏置电压，电流就会通过。光改变的话，半导体内部会因为产生光生载流子而电阻减少。电阻变化对电流的变化作出反应。光民电阻：本征型半导体光民电阻，杂质型半导体光民电阻。本征型半导体光敏电阻常用于可见光长波长检测。杂质型半导体光敏电阻常用于红外波段光辐射甚至远红外线波段光辐射检测。光敏电阻特征：频谱响应范围大的工作电流大幅度测量的光电强度范围光敏性高选择性极性、易

2、用性、使用的光电导材料为-族、-族化合物、硅、锗等，部分有机物。常用光电导材料，2，光敏电阻特性参数1)光电导灵敏度Sg根据灵敏度定义(响应量与输入量)定义为：Gp:光电导，西门子S(-1)。e:照度，以勒克斯(LX)为单位。Sg:单位为西门子/lux(S/LX)或Sm2/W。2)光电特性光电流与照度的关系称为光电特性。I光：光电流E:照度：电压金志洙Sg:光电灵敏度U:光敏电阻两端添加的电压：光金志洙，材料和入射光强弱相关，硫化镉光导体，弱光下1，强光下1/2，常规0.51。3)频谱特性频谱特性用相对灵敏度和波长的关系曲线表示。1-硫化镉单晶2-硫化镉多晶3-溴化多晶4-硫化镉和溴化多晶，红

3、外区域多个光民电阻频谱特性曲线，4)电压特性在一定光照下，光民电阻两端添加的电压和光民电阻光电流之间的关系称为光民电阻VA特性。光敏电阻电压特性曲线，5)时间和频率特性光敏电阻时间常数大，影响光对光敏电阻变化的反应。光敏电阻采用交变照明时，其输出会随着入射光频率的增加而减少。照度越高，时间常数越大。1-硒2-硫化镉3-硫化铊4-硫化铅，6)温度特性光敏电阻温度特性复杂，一般随着相对光电导率温度的升高而降低。硫化镉感光电阻温度特性曲线a)硫化镉单晶b)硫化镉多晶，3，感光电阻应用优势：频谱响应范围宽度，光度范围宽度，灵敏度高，无极点。缺点：响应时间长，频率特性差，强光线性差异，受温度影响很大。主

4、要用于红外区域的低照度检测和开关控制。1)使用时注意事项：(1)用于模拟测量时，照明指数与照明强弱相关，因此只有在弱光下，光电流与入射辐射通量线性关系。(2)对于光学测量测试仪器，应修改频谱特性曲线，使其与人眼的频谱光学效率曲线一致。(3)光敏电阻频谱特性与温度有关，温度低时敏感范围和峰值都向长波方向移动，采用冷却敏感面方法可以提高光敏电阻长波区域的灵敏度。(4)光敏电阻的温度特性非常复杂，电阻温度系数为正。一般来说，光敏电阻不适合在高温下使用。温度高的时候，输出牙齿会明显减少，甚至没有输出牙齿。(5)感光电阻带宽度均窄，室温下只有少数品种可以超过1000Hz，光电增益和带宽的乘积是常数。例如

5、，如果带宽大，则必须牺牲灵敏度。(6)在负荷电阻设计中，应考虑光敏电阻额定功耗，负荷电阻不能小。，2)火焰检测报警器，3)相机电子快门，4)照明灯的光电控制，真空光电光电光电光电传感装置光生螺栓检测装置热电检测装置，半导体PN结光电效应制作的部件称为光生螺栓装置，也称为结荧光电。包括光电管、光电二极管、光电晶体、光场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光晶闸管、阵列光电、象限光电、位置敏感探测器(PSD)、光耦合器等多种部件。暗电流小，噪音低，响应速度快，光电特性线性度好，温度影响小的特点。3.3光生螺栓检测装置，1，光伏利用光生螺栓效应将光能直接转换为电能的装置。目前主要有钚光电池、硅光电池、

6、砷化镓光电池、锗光电池四种茄子。硒光电池：频谱响应接近人眼，频谱宽硅光电池：转换效率高的砷光电池：杨紫效率，降噪，频谱响应紫外线和可见光区域锗光电池：长波响应宽度，常用于红外检测，1)光电池的基本结构光电池的基本结构是PN结。根据内衬材料导电类型，分为2CR系列和2DR系列。光电池能在光下产生光生电势。光电流的实际流动方向从P侧流出，流入外部电路，N端。为了提高使用太阳能电池时的输出功率，可以串行连接硅光电池单体，或并行形成阵列结构，并在用作光电探测器时根据各种测量要求进行制作。2)光电池的特性参数电压特性、输出特性、频谱特性、温度特性和频率特性，(1) VA特性硅光电池的VA特性表示随着负载

7、电阻的变化输出电流和输出电压的曲线。光伏等效电路、光伏电压特性曲线、电压特性曲线方程如下：IL是光电池等效电路中的恒流源Is是光电池等效二极管反向饱和电流Rd是光电池等效电路中的串行电阻，Rd较小的话，方程式将替换为：其中S与光电灵敏度、L与入射光强度、短路电流：V短路电流与入射光强度呈线性关系。电压，电流随入射光强度变化的特性，电压，电流和接收区域A的变化特性，在外部负荷电阻时，如果负荷阻力远小于Rd，则输出电流可以被视为短路电流。在牙齿点，输出电流和亮度仍然是线性关系。在其他负载电阻下，光电池特性、负载电阻、线性度、线性范围越大，线性范围越小；(2)连接到输出特性光电池两端的负载RL，如果

8、电流设置为IL，电压下降到VL，则光电流在RL中产生的功率与图相关。RM是与最大功率PM对应的负载电阻值，称为最佳负载。(3)频谱特性根据单位辐射通量的波长分别表示为时间电池短路电流大小相对值。硅光电池：频谱响应范围0 . 4 0 . 9米峰值波长0.80.9米硒光电池：频谱响应范围0.340.75米峰值波长0.54米，(4)温度特性，(5)频率特性，3)光电池的应用光电读数，光电开关，光栅测量技术，经常用于太阳能电池、卫星、微波站、户外灯塔、航空灯、无人气象站等没有线路的地区的电力供应。2、光电二极管光电二极管基本结构也是PN结。与光电池相比，重要的区别是结面积小，频率特性特别好。光生电势与

9、光电池相同，但输出电流一般比光电池小，一般从几微安培到几十微安培不等。按材料分类，光电二极管有硅、砷、溴化、铈化铅光电二极管等多种。国产硅光电二极管根据内衬材料的导电类型分为2CU和2DU。2CU系列以N-Si为衬里，2DU系列以P-Si为衬里。1)光电二极管结构分为结构性质，包括PN接头、PIN接头、异质接头、肖特基势壁垒和点接触型。2CU系列光电二极管只有两个簧片，2DU系列光电二极管有三个簧片，前后、后、后、后、后、后、后、后、后、后、后、后、后、后、硅光电二极管包可以使用平面镜和聚焦透镜作为入射窗口，从而提高灵敏度，焦点位置与入射光方向相关，可以减少杂散背光的干扰，但灵敏度随入射光方向

10、的变化而变化。2)工作原理硅光电二极管是一种光电工作模式，通常用于电压逆偏转。光电二极管光电转换图表，3)光电二极管特性参数，(1)连接容量光电二极管重要工作空间是势障碍区，其厚度对光电二极管特性有非常重要的影响。接合电容可以表示为：N:掺杂浓度U:附加电压，(2)频谱特性频谱特性主要由表面层(半导体薄膜和金属薄膜)材料的禁止宽度EG确定。表面反射涂层的性质和厚度，零件的结构。2DU和2DUL系列光电二极管频谱特性，(3)光特性反向偏置足够大时，光生成电流与添加的电压几乎无关，仅取决于照明强度。反向偏移为1.5V时PN连接光电二极管扩散的照明特性，(4)使用VA特性光电二极管可能有两种。一是不

11、增加电压，直接与部下见面。另一个是增加逆压。a)电源供应设备b)反向电源供应设备c) 2DU环极连接方法，在大多数情况下应用光电二极管反向压力，因此电压特性曲线经常绘制如下图所示。逆偏有助于减少载流子通过时间和二极管极间电容时间，从而提高零件的响应灵敏度和响应频率。但是反向偏置电压也渡边杏过高。为了防止雪崩发生。4)按几种茄子光电二极管材料：锗、硅制成的光电二极管、III-V族化合物和其他化合物制成的二极管。按结构：PN结、销结、异质结、肖特基势壁垒、点接触型等。对光的反应星：有紫外线、可见光、红外线等种类。(1)点接触光电二极管光电面小(表面小)，势壁垒电容小，响应快。(2)扩散型PN结光电

12、二极管耗尽层厚度小于结任一侧扩散长度的管道。它的工作区域主要是节点两侧的扩散区域。频率特性不好。(3)枯竭型光电二极管枯竭地区扩散长度大于结任一侧的管道。它的光电转换区域主要在耗尽层内，光电流主要是由漂移电流引起的，这种管道有高频率响应。(4)针脚光电二极管也称为快速光电二极管。PIN光电二极管：具有扩大PN结的结时间距离，使结电容器变小的优点。内置电场基本上位于全集中的I层，因此提高了杨紫效率。长波吸收增加，长波灵敏度提高，响应波长范围为0.41.1um。能承受高反向偏移，线性输出范围更大。不足的是，I层电阻牙齿大，管子的输出电流小，通常0点几微安培到几微安培。(5)雪崩光电二极管光电倍增管

13、响应半导体器件，响应率很高，增益带宽相乘，保持很快的诗文响应。基板材料的掺杂浓度必须均匀，缺陷少，实现均匀乘数。同时结构上采用保护环。有保护环的雪崩光电二极管被称为保护环雪崩光电二极管，被记录为GAPD。一般雪崩光电二极管具有以下特点：灵敏度高；快速响应速度噪声等效功率约为10-15W；小为。逆偏高，最高200V，接近逆击穿电压。缺点：噪音大。如果工作电压接近或等于反向击穿电压，噪音将增加到放大器的噪声级别，从而使其无法使用。4，阵列或象限耦合光电将2至数百个光电二极管或光电池排成一列，并合并到一张集成电路中，这就是阵列式一维光电。(阿尔伯特爱因斯坦、Northern Exposure(美国电

14、视电视剧)、阵列式一维光电)光电二极管或光电能成为象限式2D光电。特征：光敏光敏原密度、总尺寸、各单位的多数匹配、信号处理、5、光电位置敏感装置(PSD) PSD是用离子注入技术制作的决定光的能量中心位置的结型光电装置，有一维和二维两种。如果入射光是小光斑，则照射光敏面时，其输出与光的能量中心位置相关。其特点是对光斑的形状没有严格的要求，感光面没有象限分隔线，并且可以持续测量光斑位置。1)，一维光电位置传感器，光斑能量中心设备中心的位置，2)二维光电位置传感器有两种茄子形式(剖面、双面)。截面、双面、6、光电耦合器1)发光器可以根据此方法进行光谱发光、化学发光、摩擦发光、阴极射线发光、电致发光等。根据频谱宽度，可分为相干光和郑智薰相干光。主要相干光源是激光。光源分为三种茄子类型：热辐射光源(白炽灯、卤素灯等)、气体放电光源(汞灯、脉冲氙等)、固体发光光源(发光二极管等)。激光光源分为激光工作物质气体激光器、固体激光器、激光二极管、染料激光器等。根据工作方式分为连续工作激光器和脉冲工作激光器。根据工作波长范围，分为紫外线激光、可见光激光、红外激光等。(1)发光二极管(LED)发光二极管(LED)是半导体光源，在PN结区域中通过少量载流子注入和合成发光。将电力直接转换为光能的半导体器件。LED有5种茄子类型：曲面发光二极管(SLED)、侧发光二极管(ELED)、平面LED