电子分色机及滚筒式输入扫描仪3

电子分色机及滚筒式输入扫描仪(3)

4.光电转换

光电转换是指用光电转换器件,将电子分色机分光分色后的光能量转为电能量的工作。如图所示,它由将光信号转变为电信号的光电倍增管,为使光电倍增管输出的电信号能同后续A/D变换相匹配的前置放大器和对数变换器三部分共同组成。常用的光电转换器件有光电倍增管和CCD(电荷耦合器件)。

光电信增管是一种真空光电器件,它主要由入射窗口、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极组成,如图(a)所示。光电倍增管的阴极通常是由沉积于管子端面内壁的光电发射材料的半透明层构成。也有沉积在不透明金属材料上的光阴极。

(a)结构(b)工作原理

光电倍增管的倍增极则一般采用氧化的银-镁-铝合金、氧化的铜-铍-铯和锑化铯等制作,某些光电倍增管还设有聚焦极。

当光阴极受光照射接收能量时,则发出电子,该电子通过各倍增极电场加速后,不断地轰击高一级倍增极,并使电子数目不断增多,速度也不断加快,最后在阳极上获取这些电子形成的可检出光电流。且阳极获取的电子数目与阴极发出的电子数目的比值称之为光电倍增管的放大倍数。其值达105?108倍。因此由光电倍增管就能将原稿的密度变化转变为阳极电信号大小的变化。光电倍增管是根据爱因斯坦光电原理制造的。光电倍增管的工作原理:

1光子透过入射窗口入射到涂有一层特殊光敏材料的光电阴极K上;

2光电阴极的电子受光子激励而激发,离开表面发射到真空中,此时电子数量极少,称之为一级电子;

3光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦高速入射轰击电位高于阴极且由锑、铯、银、镁等合金制成的第一倍增极D1上,倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。由于各倍增极保持高电位,因而该过程重复多次,入射电子经N级倍增极倍增后,光电子就放大N次,产生连锁反应和雪崩效应,最终即能获取很大的电子数目,并形成能检测的光电流;

4经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来,形成阳极光电流,在负载上产生信号电压。光电倍增管的工作原理。

通常光电流在光电倍增管中造成连接安全隐患问题日趋突出可放大数百万倍,获得每流明1?50mA的灵敏度,不使用的倍增极可与阳极直接连接,并可通过改变栅极数目和外加电场来进行光电倍增管的调节 。

光电倍增管有如下特性在使用中应予以重视。输出特性。光电倍增管的输出特性是指阳极电流与最后一倍增极和阳极间的电压关系,且保持其余各倍增极间对阴极电压不变。光电倍增管的典型输出特性曲线如图所示,它是由一组具有变化快的较陡部分和变化小的饱和部分构成。实际使用中,应选择合适阳极负载电阻值,使工作曲线位于饱和部位,以避免图像信号的非线性失真。

光谱响应特性。光谱响应特性是指光电倍增管对不同光谱的灵敏程度,其取决于阴极材料及玻璃窗材料的特性,实际使用时可直接从使用手册中详细查阅。

光照特性。光照特性是指光电倍增管光照强度与阳极输出电流之间的关系,如图所示,通常在构建了可反复循环响应的气体传感器光照强度达到一定值后,其在一定范围内成线性关系,因此在实际应用中应使图像信号强度尽可能位于此线性范围内。

阴极灵敏度Rc。阴极灵敏度Rc是指光阴极上的光电流Ic与入射到阴极上的光通量Φc之比值,即:Rc=Ic/Φc通常电子分色机要求Rc≥70mA/1m。阳极灵敏度Rd。阳极灵敏度是指阳极输出光电流Ia与入射到阳极目前使用较多的是电子拉力实验机上的光通量Φc之比:

Rd=Ia/Φc

光电倍增管的暗电流。光电信增管的暗电流是指光电倍增管不受光照射时就存在的输出电流,暗电流的大小决定了检测信号的最低限度,即能再现图像的精度。

(待续)