CN2098676U - 光探测器 - Google Patents

Abstract

一种测量光强度用的探测器，包括两个适于产生 与入射在他们上的光强度有关的输出信号的传感器 11和12，为衰减在选定光谱区中由传感器之一所接 收光的滤光片14，和为使两个传感器的输出信号结 合起来以提供代表入射在探测器上所说光谱区中光 强度的探测器输出信号。传感器11和12其互相关 联配置，例如共心布置，以使他们对入射在他们之上 的光的射向不敏感。另外，还可以有另一个滤光片 13，以衰减在另一个选定光谱区中由两个传感器所 接收的光。

Description

本发明涉及一种光探测器，尤其是一种可以在紫外（UV），可见和红外（IR）电磁波谱区内探测一个或多个欲选择的光谱带的探测器。

在本说明书中，将这些波谱区内的电磁辐射称为光。因此，一提到光就应该联系到这些波谱区。术语“光传感器”是指所有能够传感上述电磁波谱区中能量的传感器。

特别适于探测和测量UV光的光探测器是熟知的，例如，可参见美国专利US4，372，680；英国专利说明书GB2，181，833A；美国专利US4，010，372；US4，065，672；德国专利说明书OLS3，042，084；法国专利2，545，932；美国专利US4，428，050；US4，485，306；4，535，244；US4，704，535；US4，851，686；以及PCT申请WO90／10201。

从上述文献可知，对于这些探测器来说，合适的配置是采用两个传感器，在该传感器的一个或两个的前面配有光学滤光片，用以光谱响应匹配，以使一个传感器接收到包含要探测的特定频率范围内的某一范围频率的光，而第二个传感器除了要挡住欲探测的频率范围的光，使其不能到达该传感器上之外，也接收与第一传感器所接收的相同频率范围的光。该光频率范围的强度和／或累积剂量就由第一传感器的输出减去第二传感器的输出获得。

然而，在这种使用多于一个光学传感器的现有技术的装置中，这些传感器通常是一个挨一个地分开放置的，其结果是，这样一种多传感器的光探测装置具有与入射在其上的光有关的取向敏感性的响应特性。这是一个缺点，尤其是对有关那些要求测量起初照射会晒黑皮肤，而过量就可能导致有害影响，例如产生红斑，或在极端情况下产生黑色瘤的紫外光的强度和／或累积剂量的装置来说，更是如此。如果该装置以这样的一种构成形成，例如由一个不大可能使装置保持在一个固定位置的使用者背戴着，将会使该装置相对于太阳的取向不时地发生着变化，那么上述的缺点将特别明显。

按照前面所述的本发明，一方面提供了一种用于测量入射于某表面上光强度的探测器，它包括多个适合于用来产生与入射到其上面的光强相应的信号的传感器；一个至少与传感器之一相结合，并适合用来使入射到该传感器上的有选择的光谱带中的光衰减的滤光片；以及用来与传感器结合起来，以提供代表入射在探测器上的所说光谱带光强的输出信号的装置。在此，各个传感器是相关地设置成使他们相对于入射在其上的光的射向不敏感。

例如，可以将两个或多个传感器成同心排列，或在一个单一的大传感器的封套之内构成一个独立的统一体。

如果探测器有两个传感器，则该探测器就可用一个第一滤光片来衰减由第一传感器所接收的，处在第一选定光谱带内的光，用一个第二滤光片来衰减由另一个传感器所接收的，处在第二选定光谱带内的光。

该光传感器可以是任何适当类型的传感器，例如，可以是光电传感器，诸如光敏二极管，光敏三极管，太阳能电池，光敏电阻，或光发射传感器，如光电倍增管等。

探测器可以有二个以上的光传感器和两个或多个为衰减不同光谱带的光用的滤光片。这样一种探测器可能给出多路信号，它能够分别指示一系列光谱带区内的光强。

光传感器通常对某些光谱带内的光比对另一些光谱带内的光更为灵敏。因此，设置较多的滤光片以衰减除了前述的选定谱带或多个谱带以外的入射在探测器上的光，以促使精确的探测所选定光谱带或多个谱带内的光。

本发明更可取地是提供一种用于UV－B辐射，即在280－315nm波长范围的光的探测器，该探测器包括一个用来衰减可见和红外光而透过紫外光的第一滤光片；一个仅衰减UV－B光的第二滤光片；第一个传感器用来接收透过第一滤光片的光，而第二个传感器用来接收两个滤光片都透过的光；以及使一个传感器的输出减去另一传感器的输出，以给出一个代表入射在探测器上的UV－B光强度的差额信号。

另一方面，本发明还提供一种测量如前所限定的光强度的探测器，它包括两个用来产生与入射在他们之上的光的强度有关的输出信号的光传感器；用来衰减由第一传感器接收的第一选定光谱带内的光的第一滤光片；用来使由两个传感器所接收的第二选定光谱带内的光衰减的第二滤光片；和用于使两个传感器的输出信号结合起来，以提供随着入射在探测器上的第一光谱带的光强度变化而改变的探测器输出信号。

下面将通过实例，参照附图对发明进行描述，其中：

图1是用图解表示本发明的一个实施例。

图2是体现本发明示于图1实施例的两个传感器布置的顶视图。

图3a－3e是用图解表示太阳光谱，图1实施例所用的滤光片的光谱特性，以及如何将他们结合起来以获得反映图1实施例只对UV－B光灵敏的满意结果。

参照图1，用于UV－B辐射的探测器包括一个不透光的外罩10，两个光传感器11和12，两块滤光片13和14，一个以中心抽头电阻15所表示的减法电路，传感器11和12的输出被加在电阻的两端。

传感器11和12是硅光二极管，但也可以使用其它方便形式的传感器。传感器11环绕传感器12成圆环状形式，传感器12为圆形。将他们安装在一个共用的绝缘基片16上。如果需要也可用熟知的半导体器件的有关生产技术，在此不作更多的说明。

在理论上，传感器11和12应是相配的一对，以便有相同的，或基本上相同的响应。但是，如果他们不是相配的一对，则可以通过电子学措施使他们平衡。

滤光片13构成外罩10的窗口，该滤光片是标准的透紫外玻璃，例如，HoyaU－340，这种玻璃能透过波谱为UV－A和UV－B部分的光能，而且还有一小部分波长在700nm区域处的近红外光能量。以使这些波区的能量（例如太阳光发出的能量）不受阻挡地射到传感器11上。

滤光片14插在滤光片13和传感器12之间。滤光片14是成一片状的，合适的“透明”玻璃或塑料薄膜，例如，Melinex聚酯薄膜。对从滤光片13射在其上的UV－A和IR成份的光都具有均匀的高透过性能，但是对UV－B部分光的透过性能极差。

重要的是，传感器11应接收从滤光片13来的光，而传感器12应只接收透过滤光片14的光。这可通过在两传感器之间加一个非透光屏，或将滤光片14装在传感器12上，并使滤光片14和传感器12的周边不透明，以便如图1所示那样提供了挡光屏17。

通过将这些输出信号相互相反地跨接在中心抽头电阻15，或其它电子减法器的相反两端，从而使两传感器11和12的输出信号相减。

现将参照图3a至3e，对探测器的工作进行说明。

入射在滤光片13上的光其典型光谱示于图3a，其中包括紫外、可见和红外电磁波谱范围内的光能。该光由滤光片13过滤，而透过滤光片13的光的典型光谱示于图3b中，该光谱中包括频谱为UV－A和UV－B两部光能，以及小部分波长在700nm左右的近红外光能。光能直接射在传感器11上。硅的光谱灵敏度在红光和近红外比在紫外端大得多。因此，传感器11的输出信号的主要部分应属于少量的红外，如图3d所示。但是，它将不能透过由滤光片13所透过的光的UV－B成份（图3e）。因此，两个传感器11和12的输出信号相减的结果，就消去了由入射谱的UV－A和IR部分所产生的信号量，从而使最终的差值信号只代表着光谱的UV－B部分。

虽然也可将滤光片13省略掉，但是他们的存在有消除入射光谱中非UV－B光的明显优点，使得对UV－B光强度的测量更为准确。

此外，滤光片14也可以放在滤光片13之前，而不是放在滤光片之后。

图2表示两个传感器的布置，实际上，图2所示的传感器11和12是以硅光敏二极管形式形成在单一的硅片16上。两个光敏二极管是一个安装在另一个之内，而他们的表面积相似，最好是相等。滤光片14（图2中未表示出）成一覆盖层装在内光敏二极管12的工作面上。如果需要，滤光片也可装在外光敏二极管11的工作面上。传感器如此布置有其优越的性能，它将使探测器对入射于其上的光的方向不灵敏。

上述的探测器设计成对光谱的单一分量产生响应。但是，探测器可以有多于两个的光传感器和适当的滤光片，这样的一种探测器可以提供多个信号，对这些信号进行处理以指出多个分开的光谱区中的光强。例如，可以构成一个有四个传感器的探测器，以成比例地给出相应于太阳光谱内UV－A，UV－B，UV－C和可见光谱区的信号。

在另一实施例中，通过在滤光片13和传感器11之间设置第三个滤光片（未图示），而可能对图1所示探测器作出改进。在探测器的设计中，对所有三个滤光片的透过光谱进行选择将有可能取得更大的量程。如前所说，可以将滤光片13省去。

减法器15也可以包括一个积分器和读出器，以便可能确定并指出在选定光谱区内所接收的总能量。如果该探测器是用来监测一个人对于太阳光或人工紫外辐射的过量曝光危险的曝光量，那么采用前述的设计结构是特别有意义的。过量曝光可能引起红斑，甚至有产生黑色瘤的危险。

还有，采用有适当滤光片的热电传感器也可以构成一种对光谱红外部分的两个分开而很靠近谱区响应的探测器，这种探测器将构成遥测表面温度传感器的主要组成部分。这种传感器对被测表面发射度的变化是不敏感的。因此，比起单波长高温计来说具有更准确的表面温度探测结果。

Claims (11)

1、一种用于测量入射在一表面上光强的探测器，包括多个用来产生与入射在他们上面的光的强度相关的信号的传感器，一个至少与传感器之一相配合的，并用来使入射于该传感器的选定光谱区的光衰减的滤光片，和将传感器的信号结合起来以提供代表入射于探测器上的，在所说光谱区内光强的输出信号，其特征是，传感器是相互关连的配置，以使他们相对于入射在他们之上的光的射向不敏感。

2、按权利要求1的探测器，其特征在于，各传感器在光学上是相互隔离的。

3、按权利要求2的探测器，其特征在于，各传感器有相等的表面积。

4、按权利要求1的探测器，其特征在于，各传感器共心装设。

5、按权利要求1的探测器，其特征在于，装有两个传感器和一个与两个传感器结合的第一滤光片，以用来使入射在两个传感器上的选定光谱区上的光等量的衰减，以及至少一个与传感器之一结合的适于衰减入射在该传感器上的一个或多个选定波区的光的第二滤光片。

6、按权利要求1的探测器，其特征在于，光学滤光片使得探测器的输出信号代表入射在所说表面上的UV－B光的强度。

7、按权利要求1的探测器，其特征在于，至少装有三个光学传感器，而光学滤光片使光探测器产生代表至少两个光谱带区光强度的输出信号。

8、按权利要求7的探测器，其特征在于，装有四个光学传感器，而光学滤光片使得光探测器产生代表太阳光谱的UV－A，UV－B，UV－C和可见光波段光强的输出信号。

9、按权利要求1的探测器，其特征在于，包括有与代表入射在探测器上的选定光谱区的光强信号结合的，并提供入射在表面上光谱区中光能总量指示的装置。

10、按权利要求1的探测器，其特征在于，传感器是适于对红外电磁波谱灵敏的，并至少装有一个光学滤光片，以使光学传感器产生代表入射在该探测器上的两个不同红外谱区中的红外光强的信号，以及与传感器来的信号相结合提供物体表面温度指示的装置。

11、一种光强度测量用的探测器，如同前面所限定，特征是包括两个适于产生与入射在他们上面的光强度有关的输出信号的光传感器，为了使在第一选定光谱区中由传感器之一所接收的光衰减的光学滤光器，为了使在第二选定光谱区中由两个传感器所接收的光衰减的第二光学滤光器，和为了使两个传感器的输出信号结合起来以提供随入射在探测器上的第一光谱区的光变化而改变的探测器输出信号。

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