光纤传感器的主要元器件之——检测器
2022-06-10
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光纤传感器的主要元器件之——检测器

光纤传感器中,光电检测器是将光信号转换为电信号的关键装置。这里简单介绍几种常用光电检测器的主要性能及其选择原理。


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一、半导体光电检测器


HN光电二极管、雪崩光电二极管、PIN-FET微型组件等都是光纤传感器常用的光电探测器。虽然它们的结构不同,但检测过程基本相同,即在进射光子的作用下,它们产生电子空穴对,然后在强电场的作用下分离自由电子,最后收集光电流。所以它们实际上是光子计数器。


硅光电二极管价格低廉,性能好(量子效率高达90%以上,响应时间在1ns以下,暗流在10-10a以内),使用方便,是光探测器的理想传感器。其最佳响应波长为0.8-0.9μm波段(这正是Gaaas-LD和LED的工作波段)。合金光电二极管适用于近红外波段,当传感器的工作波段较长时,可以使用GE光电二极管和II-V族三元(G、AS、SB)或四元(如I、GA、AS、P)。量子噪声、暗电流噪声、表面电流噪声、漏电流噪声是主要的噪声源。前者是由器的极限灵敏度是由光生载流子的本征起伏引起的。


雪崩光电二极管(APD)的优点是其自身具有增益,从而提高了系统的灵敏度,其增益一般为10倍。100倍,最高可达1000倍以上。其偏置电路需要有适当的热漂移补偿,因为这种增益特性严重依赖于温度。而且因为增益对电场也非常敏感,所以即使在恒温下,它的偏压也必须保持恒定,一般要求稳定到几十个MV数量级。另外,雪崩增益是一个随机过程,增益的均方值(M2)大于平均值的平方值(M2),因此产生了所谓的过度噪声(通常用噪声因子F(M)=M2/M2)。穿透式雪崩光电二极管(RAPD)的过度噪音非常小,增益为100,过度噪音因子仅为5。响应时间约1ns,暗电流10-11a,Si-APD量子效率几乎高达100%,过量噪音相当小。Ge-APD可以在1.2?1.6μm带工作,但是当噪音很大,增益为10时,过量噪音因子可以达到7。

PIN-FET微型组件是小面积低电容二极管与高输出阻抗场效应管前置放大器的复合体。它具有热噪声小的优点,因为它的电容小,输人阻抗高,这对长波段更突出。


二、光电倍增管


它是最灵敏的光电探测器,可以检测到光电流,每秒只有一个光子。与雪崩二极管不同的是,光电倍增管的倍增过程可以得到很好的控制,所以它不会产生过度的噪音。倍增信号的闪烁噪声源源于此探测器。主要由阴极材料决定器件近红外到近紫外波段的响应波长。


3.光电检测器的选择原则

获取理想的光信号强度、光背景电平和所需的信噪比等因素是选择光电检测器的主要依据。如果信噪比足够大,则必须满足下列条件:

①在工作波段内灵敏度要高;

②由探测器引入的噪音必须最小,所以应尽可能选择尽小的暗电流、漏电流和并联电导;

③稳定性好,可靠性高。

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硅光电二极管的温度系数较小,是一种相对可靠、稳定的光探测器;雪崩二极管和光电倍增管的收益随着压力的变化而变化,特别是雪崩二极管的收益是温度因此需要高度稳定的偏压和温度补偿装置。上述光探测器的主要性能表列。此外,检测仪还应具有尺寸小、组装方便、易与光纤耦合、偏压或偏流不宜过高、价格低等条件。

阿童木光纤传感器安装简单操作方便

DIN导轨安装方式

1.将DIN导轨对齐(如图1所示),将位于机身底部的卡槽向箭头1方向推动机身,同时向箭头2方向推动。

2.如果要取下传感器,将机身向方向向前推机身,向箭头3方向抬高。

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