·170 传感器技术设计与应用 仅与待检测介质的浓度有关（因吸收系数α与介质的浓度成正比， 应用这种透射式结构，可以用于检测液体或气体的浓度、透明度或混浊度；检测透 明容器的疵病；测量胶片的密度等。 10.3.3.3辐射试 如图10-6所示，待检测物体1本身就是辐射源，它发出的辐射能强弱与待检测物1 的性质（例如温度的高低）有关，用光电探测器3检测其辐射量的大小，就能确定待测 量的大小。辐射高温计、火警报警器、热成像仪等均应用了这种辐射式变换形式。 1一待检物2一透镜3一光电探测器 图106辐射式图 10.3.3.4遮挡式 待检测物遮挡部分或全部光束，或周期性地遮挡光 束，如图10-7所示根据被遮挡光同量的大小就可以确 定待检测物的大小，或者待检测物的位移量；根据被遮 1一光源2一待测物体3一光电深测器 图10-7遮挡式 挡光束的次数就可确定待测物体的个数，或者待测物的
·170· 仅与待检测介质的浓度有关（因吸收系数 与介质的浓度成正比）。 应用这种透射式结构，可以用于检测液体或气体的浓度、透明度或混浊度；检测透 明容器的疵病；测量胶片的密度等。 10.3.3.3 辐射式 如图 10-6 所示，待检测物体 1 本身就是辐射源，它发出的辐射能强弱与待检测物 1 的性质（例如温度的高低）有关，用光电探测器 3 检测其辐射量的大小，就能确定待测 量的大小。辐射高温计、火警报警器、热成像仪等均应用了这种辐射式变换形式。 图 10-6 辐射式图 10.3.3.4 遮挡式 待检测物遮挡部分或全部光束，或周期性地遮挡光 束，如图 10-7 所示。根据被遮挡光同量的大小就可以确 定待检测物的大小，或者待检测物的位移量；根据被遮 挡光束的次数就可确定待测物体的个数，或者待测物的 图 10-7 遮挡式
第10章光电传感器 ·171· 运动速度等，相应的可用于产品计数、光控开关以及防盗报警等。 10.3.3.5干涉式 如图10-8所示，由光源1发出的光线经过透镜2照射到分束器3（它可以是半透明 半反射的平面镜或棱镜)上，经分光面把光线分成两路，一路α射向平面反射镜4作为 参考光，另一路b射向待检测物上，从待检测物中得到待测信息。例如，图10-8(a) 中的待测信息可以是位移和振动等。图10-8(b)中的待测信息可以是待测物体折射率 的变化，即浓度或成份变化的信息。光线a和b经过4与5后又一起射向光电探测器6， 在光电探测器上可检测到干涉条纹信号。 因此，干涉发可用于检测位移、振动、流体的浓度、折射率等。它的检测灵敏度和 精度很高，动态范围亦大，但结构和检测电路复杂，成本亦高 光源2一透镜3一分光器4一反射镜5一待测物体6一光电探测器 图10-8干涉法
10 ·171· 运动速度等，相应的可用于产品计数、光控开关以及防盗报警等。 10.3.3.5 干涉式 如图 10-8 所示，由光源 1 发出的光线经过透镜 2 照射到分束器 3（它可以是半透明 半反射的平面镜或棱镜）上，经分光面把光线分成两路，一路 射向平面反射镜 4 作为 参考光，另一路 b 射向待检测物上，从待检测物中得到待测信息。例如，图 10-8（a） 中的待测信息可以是位移和振动等。图 10-8（b）中的待测信息可以是待测物体折射率 的变化，即浓度或成份变化的信息。光线 a和 b 经过 4与 5 后又一起射向光电探测器 6， 在光电探测器上可检测到干涉条纹信号。 因此，干涉发可用于检测位移、振动、流体的浓度、折射率等。它的检测灵敏度和 精度很高，动态范围亦大，但结构和检测电路复杂，成本亦高。 图 10-8 干涉法
·172 传感器技术设计与应用 10.3.4几个光度学单位 10.3.4.1光强度单位 光强度单位是坎德拉，1967年在法国巴黎的第13次国际度量衡会议上规定，在铂 的凝固点（约2042K)和气压为101.325帕斯卡下的绝对黑体，当其面积等于1V600000 平方米时，沿着法线方向所发出的光的发光强度为/发光强度单位，称为1坎德拉。 10.3.4.2光通量的单位 光通量单位流明(lm)(lumen),它是1坎德拉的光源发射到单位立体角的光通量。 10.3.4.3照度的单位 照度单位是辐透，相当于1流明的光通量均匀的分布在1立方厘米的面积上时所产 生的照度。为了实用的目的，有采用毫辐透和勤克斯等单位。 面发光的单位和照度单位相同。 1勤克斯相当于1流明的光通量均匀分布在1平方米的表面上所产生的照度。 1勤克斯(1X)=10~4辐透=101毫辐透。 10.3.4.4亮度的单位：熙提 亮度的单位是熙提，1平方厘米表面沿着它的法线方向发出1坎德拉强度的那块面 积的亮度
·172· 10.3.4.1 光强度单位 光强度单位是坎德拉，1967 年在法国巴黎的第 13 次国际度量衡会议上规定，在铂 的凝固点（约 2042Ｋ）和气压为 101.325 帕斯卡下的绝对黑体，当其面积等于 1/600000 平方米时，沿着法线方向所发出的光的发光强度为／发光强度单位，称为 1 坎德拉。 10.3.4.2 光通量的单位 光通量单位流明（lm）（lumen），它是 1 坎德拉的光源发射到单位立体角的光通量。 10.3.4.3 照度的单位 照度单位是辐透，相当于 1 流明的光通量均匀的分布在 1 立方厘米的面积上时所产 生的照度。为了实用的目的，有采用毫辐透和勤克斯等单位。 面发光的单位和照度单位相同。 1 勤克斯相当于 1 流明的光通量均匀分布在 1 平方米的表面上所产生的照度。 1 勤克斯（1X）＝10－４辐透＝10－１毫辐透。 10.3.4.4 亮度的单位：熙提 亮度的单位是熙提，1 平方厘米表面沿着它的法线方向发出 1 坎德拉强度的那块面 积的亮度
第10章光电传感器 ·173· 10.3.4.5光功当量 光功当量是为了获得1流明光通量引起感觉所必需的功率。 10.3.4.6发光效率 发光效率为光功当量的倒数称为发光效率。 10.4光电传感器 10.4.1光电效应 光电传感器的理论基础是光电效应。光电效应一般分为外光电效应、内光电效应。 内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。 10.4.1.1光电效应 光电效应：光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒子（称为光子）所构成，每 个光子具有的能量M正比于光的频率v,当光束投射到固体表面时，进入体内的光子 如果直接与电子起作用（吸收、动量传递等），引起电子运动状态的改变，则固体的电 学性质随之发生改变，这类现象统称为固体的光电效应。 （1)外光电效应 在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射 效应。其中，向外发射的电子称为光电子，能产生光电效应的物质称为光电材料
10 ·173· 10.3.4.5 光功当量 光功当量是为了获得 1 流明光通量引起感觉所必需的功率。 10.3.4.6 发光效率 发光效率为光功当量的倒数称为发光效率。 光电传感器的理论基础是光电效应。光电效应一般分为外光电效应、内光电效应。 内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。 10.4.1.1 光电效应 光电效应：光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒子（称为光子）所构成，每 个光子具有的能量 M 正比于光的频率ν ，当光束投射到固体表面时，进入体内的光子 如果直接与电子起作用（吸收、动量传递等），引起电子运动状态的改变，则固体的电 学性质随之发生改变，这类现象统称为固体的光电效应。 （1）外光电效应 在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射 效应。其中，向外发射的电子称为光电子，能产生光电效应的物质称为光电材料
·174 传感器技术设计与应用 (2)内光电效应 在光线作用下，物体内的电子不能逸出物体表面，而使物体电阻率发生改变或产生 光生电动势的效应称为内光电效应。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量后而引起物质电导率发生变化的现 象称为光电导效应。 光生伏特效应（阻挡层光电效应）：在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动 势的现象。光电池、光敏晶体管等属于这类光电器件。 10.4.2光电管 10.4.2.1结构 光电管的结构如图10-9所示。在一个真空的玻璃 泡内，装有两个电极：光电阴极，光电阳极。光电阴极 有的是帖附在玻璃泡内壁，有的是涂在半圆筒形的金属 图109光电管的结构 片上，阴极对光敏感的一面是向内的，在阴极前装有单根金属丝或环状的阳极。 10.4.2.2原理 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，这 样在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流
·174· （2）内光电效应 在光线作用下，物体内的电子不能逸出物体表面，而使物体电阻率发生改变或产生 光生电动势的效应称为内光电效应。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量后而引起物质电导率发生变化的现 象称为光电导效应。 光生伏特效应（阻挡层光电效应）：在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动 势的现象。光电池、光敏晶体管等属于这类光电器件。 10.4.2.1 结构 光电管的结构如图 10-9 所示。在一个真空的玻璃 泡内，装有两个电极：光电阴极，光电阳极。光电阴极 有的是帖附在玻璃泡内壁，有的是涂在半圆筒形的金属 片上，阴极对光敏感的一面是向内的，在阴极前装有单根金属丝或环状的阳极。 10.4.2.2 原理 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，这 样在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。 图 10-9 光电管的结构