光电检测技术基础精选课件.ppt
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1、关于光电检测技术基关于光电检测技术基础础第一页,本课件共有68页第一章第一章 光电检测技术基础光电检测技术基础本章内容检测技术的基本概念、方法和发展趋势 误差的概念以及类型能带理论、载流子及其运动各类光电效应本章重点u检测技术的基本概念和方法 u能带理论、载流子及其运动u各类光电效应本章难点载流子及其运动第二页,本课件共有68页第一节第一节 检测技术的基本概念及方法检测技术的基本概念及方法 静态静态测量测量 第三页,本课件共有68页 对缓慢变化的对象进对缓慢变化的对象进对缓慢变化的对象进对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。行测量亦属于静态测量。行测量亦属于静态测量。行测量亦属于静态测量。最
2、高、最低最高、最低温度计温度计第四页,本课件共有68页地震测量地震测量振动波形振动波形动态测量动态测量第五页,本课件共有68页 可以显示波形可以显示波形的便携式仪表的便携式仪表便携式仪表便携式仪表第六页,本课件共有68页直接测量直接测量 电子卡尺电子卡尺第七页,本课件共有68页 对多个被测量进行测量,经过计算对多个被测量进行测量,经过计算求得被测量(阿基米德测量皇冠的比重)求得被测量(阿基米德测量皇冠的比重)。间接测量间接测量第八页,本课件共有68页接触式测量接触式测量 第九页,本课件共有68页非接触式测量非接触式测量 例:雷达测速例:雷达测速例:雷达测速例:雷达测速车载电子警察车载电子警察第
3、十页,本课件共有68页离线测量离线测量 产品质量检验产品质量检验第十一页,本课件共有68页 在流水线上,边加工,边检在流水线上,边加工,边检验,可提高产品的一致性和加工验,可提高产品的一致性和加工精度。精度。在线在线测量测量第十二页,本课件共有68页第二节第二节 测量误差及分类测量误差及分类 绝对误差:绝对误差:=A Ax x0 0 某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100kg大大米、米、10kg苹果、苹果、1kg巧克力,发现均缺少约巧克力,发现均缺少约0.5kg,但该采购员对卖巧克力的商店意见,但该采购员对卖巧克力的商店意见最大,是何原因?最大,是何原因?(1-1)其中Ax
4、为测量值,A0为真实值。第十三页,本课件共有68页相对误差及精度等级相对误差及精度等级 几个重要公式:几个重要公式:引用(满度)相对误差示值(标称)相对误差其中Am为仪器的满度值。第十四页,本课件共有68页仪表的准确度等级和基本误差仪表的准确度等级和基本误差 例:某指针式电压表的精度为例:某指针式电压表的精度为2.52.5级,用它来测量电压时可能产生级,用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为的满度相对误差为2.5%2.5%。为了确定仪表的准确度,常用(14)来表示其等级S。其中m为最大绝对误差值。第十五页,本课件共有68页例:例:用指针式万用表用指针式万用表的的10V量程测量一只量程测量一只
5、1.5V干电池的电压,干电池的电压,示值如图所示,问:示值如图所示,问:选择该量程合理吗?选择该量程合理吗?第十六页,本课件共有68页 用用用用2.5V2.5V量程测量量程测量量程测量量程测量同一只同一只同一只同一只1.5V1.5V干电池的干电池的干电池的干电池的电压,与上图比较,电压,与上图比较,电压,与上图比较,电压,与上图比较,问引用相对误差哪一问引用相对误差哪一问引用相对误差哪一问引用相对误差哪一个大?个大?个大?个大?第十七页,本课件共有68页误差产生的因素误差产生的因素:1.1.粗大误差粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差,也明显偏离真值的误差称为粗大误差,也叫过失误差。粗大误
6、差主要是由于测量人员叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言,粗大误差明显超过正常条件下的误小而言,粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时,应予以剔除。差。当发现粗大误差时,应予以剔除。第十八页,本课件共有68页产生粗大误差的一个例子产生粗大误差的一个例子第十九页,本课件共有68页 2.2.系统误差:系统误差:夏天摆钟变慢的夏天摆钟变慢的原因是什么?原因
7、是什么?系统误差也称装置误差,它反系统误差也称装置误差,它反映了测量值偏离真值的程度。凡误映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者,差的数值固定或按一定规律变化者,均属于系统误差。均属于系统误差。系统误差是有规律性的,因此系统误差是有规律性的,因此可以通过实验的方法或引入修正值可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正,也可以重新调整的方法计算修正,也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。测量仪表的有关部件予以消除。第二十页,本课件共有68页3.3.随机误差随机误差 在在同同一一条条件件下下,多多次次测测量量同同一一被被测测量量,有有时时会会发发现现测测量量值值时时大大
8、时时小小,误误差差的的绝绝对对值值及及正正、负负以以不不可可预预见见的的方方式式变变化化,该该误误差差称称为为随随机机误误差差,也也称称偶偶然然误误差差,它它反反映映了了测测量量值值离离散散性性的的大大小小。随随机机误误差差是是测测量量过过程程中中许许多多独独立立的的、微微小小的的、偶偶然的因素引起的然的因素引起的综综合合结结果。果。存在随机存在随机误误差的差的测测量量结结果中,果中,虽虽然然单单个个测测量量值误值误差的出差的出现现是随机的,既不能用是随机的,既不能用实验实验的方法消的方法消除,也不能修正,但是就除,也不能修正,但是就误误差的整体而言,多数差的整体而言,多数随机随机误误差都服从
9、正差都服从正态态分布分布规规律。律。第二十一页,本课件共有68页随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律长度相对测量值长度相对测量值次次数数统统计计第二十二页,本课件共有68页随机事例的几个例子随机事例的几个例子 彩票摇奖彩票摇奖第二十三页,本课件共有68页4.4.动态误差动态误差 由心电图仪放大由心电图仪放大器带宽不够引起器带宽不够引起的动态误差的动态误差 当被测量随时间迅速变化时,当被测量随时间迅速变化时,系统的输出量在时间上不能与被系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合,这种误差测量的变化精确吻合,这种误差称为动态误差。称为动态误差。第二十四页,本课件共有68页 第三节第三节
10、 检测技术的发展趋势检测技术的发展趋势 1.1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性:寿命、提高可靠性:随着科学技术的不断发随着科学技术的不断发 展,人们对检测系统的测展,人们对检测系统的测量精度要求也相应地在提高。近年来,人们研制出许量精度要求也相应地在提高。近年来,人们研制出许多高精度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们多高精度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究,使得检测系统的可靠性及寿命大幅度的提高。的研究,使得检
11、测系统的可靠性及寿命大幅度的提高。现在,许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工现在,许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工作数十万小时。目前,人们正在不断努力进一步提高作数十万小时。目前,人们正在不断努力进一步提高检测系统的各项性能指标。检测系统的各项性能指标。第二十五页,本课件共有68页提高测量精度提高测量精度 数字电压、欧姆表数字电压、欧姆表 将量将量程切换到程切换到2V2V时,最时,最小显示值小显示值为为1V1V第二十六页,本课件共有68页提高可靠性提高可靠性承受剧烈振动承受剧烈振动第二十七页,本课件共有68页 2.应用新技术和新的物理效应,扩应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域大
12、检测领域月球车月球车第二十八页,本课件共有68页2.应用新技术和新应用新技术和新的物理效应,扩的物理效应,扩大检测领域(续)大检测领域(续)火星车火星车第二十九页,本课件共有68页2.2.应用新技术和新的物理效应,应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域(续)扩大检测领域(续)“惠更斯惠更斯”号登陆土卫六的号登陆土卫六的效果图效果图土卫六表面土卫六表面第三十页,本课件共有68页 2.应用新技术和新的物理效应,扩大检应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域(续)测领域(续)安全检查安全检查第三十一页,本课件共有68页3.3.发展集成化、发展集成化、功能化的传感器功能化的传感器 可拍照可拍照的手机的手
13、机第三十二页,本课件共有68页4.4.采用计算机技术,使检测技术智能化采用计算机技术,使检测技术智能化 面部面部 识别技术识别技术第三十三页,本课件共有68页4.4.采用计算机技术,使检测采用计算机技术,使检测技术智能化(续)技术智能化(续)单片机芯片单片机芯片第三十四页,本课件共有68页 5.5.发展网络化传感器及检测系统发展网络化传感器及检测系统第三十五页,本课件共有68页 第四节第四节 半导体物理基础半导体物理基础一、定义 导体 半导体 绝缘体106 cm103 1012以电阻率界限定义铜,银等硅,锗等硫化镉云母,琥珀第三十六页,本课件共有68页二、半导体特性二、半导体特性1、电阻温度系
14、数一般都是负的,对温度的变化十分敏感;2、导电性能可受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化;3、导电能力及性质会受热、光、电、磁等外界总有的影响而发生非常重要的变化。纯硅在室温下的电导率为51061cm-1,当掺入硅原子数的百万分之一的杂质时,电导率却上升至2-1cm-1,几乎增加了一百万倍。沉积在绝缘板上的硫化镉层不受光照时的阻抗可高达几十甚至几百兆欧,但一旦受到光照,电阻就会下降到几十千欧。第三十七页,本课件共有68页三、能带理论1、电子运动的三个特点:1)具有稳定的运动状态(量子态),每一个量子态所确定的能量称为能级。越外层能量越高;2)严格讲原子中没有完全确定的轨道;3)泡利不相容原理
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