第六章 光敏传感器

光敏传感器的原理及应用概述光敏传感器是一种能够感知、测量光线强度的设备，通过光敏元件将光信号转化为电信号，从而实现对光的检测和测量。

本文将介绍光敏传感器的原理、分类以及其在不同领域的应用。

光敏传感器的原理光敏传感器的原理是基于光敏效应，即某些材料在受到光照射时会产生电信号。

以下是常见的光敏传感器原理：1.光电效应：基于光子将电子从固体材料中解离出来的现象。

光电效应包括外光电效应和内光电效应两种形式，分别应用于光电导、光电二极管等光敏传感器中。

2.光致电导效应：当光照射到某些半导体材料中时，会产生电导率变化。

此原理常应用于光致电导传感器中。

3.光敏材料的电阻变化：某些光敏材料在受到光照射时，其电阻值会发生变化。

基于该原理的光敏传感器常被用于光敏电阻或光敏电阻器件。

4.光伏效应：某些半导体材料在光照射下会产生电压或电流变化。

光伏效应广泛应用于太阳能电池等光伏元件。

光敏传感器的分类根据不同的原理和应用，光敏传感器可以分为以下几类：1.光敏电阻（Photoresistor）：光照射导致电阻值变化，常用于光控开关、光敏灯等设备。

2.光敏二极管（Photodiode）：光照射产生电流，用于光通信、遥控等应用。

3.光敏三极管（Phototransistor）：光照射产生电流放大效应，常用于光电传感器、光电开关等设备。

4.光敏电容（Photo Capacitor）：光照射改变电容值，常用于光敏触摸屏、光敏开关等。

5.光敏电阻器（Photoconductive Cell）：光照射降低电阻值，常用于曝光控制、自动调光等应用。

6.光敏四极管（Photo Quad）：光照射引发正向信号，常用于光电传感器、图像捕捉等。

光敏传感器的应用领域光敏传感器广泛应用于以下领域：自动化控制•工业自动化：用于光电开关、光电传感器等设备，实现对物体的检测、计数、位置判断等。

•家居自动化：用于照明控制、智能窗帘、安防系统等，实现对环境的感知和控制。

光电传感与测试技术包装112 郭剑 31106140421.概述电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化，早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚集射向接收器，接收器出电缆将这套装置接受到一个真空管放大器上，在金属圆管内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。

发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。

LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。

由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。

因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。

不像白炽灯那样，LED抗震动冲击，并且没有灯丝。

另外，LED所发出的光只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。

（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。

经过调制的LED 传感器能够以非常快的速度开关，开关速度可以达到KHz。

将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信号进行发大。

它忽略了周围的光，只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。

调制LED改进了光电传感器的设计，增大了检测距离，扩大了光束角度，并且具有相当快的响应速度。

光电传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。

它把光型号转换成为电信号，直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其它物理量成为光信号。

其主要的原理是光电效应。

当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应宝库奥电子发射、电导率和电位电流等。

然后通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声处理就得到了所需要的输出信号。

光敏传感器的工作原理光敏传感器是一种能够将光信号转化为电信号的传感器。

它广泛应用于照明、安防、医疗、工业自动化等领域。

本文将详细介绍光敏传感器的工作原理。

一、光敏传感器的分类根据其原理和结构，光敏传感器可以分为以下几类：1. 光电导型：利用半导体材料的光电效应，将光信号转化为电信号。

2. 光阻型：利用半导体材料的电阻随光强度变化而变化，将光信号转化为电信号。

3. 光电二极管型：利用二极管结构，在有光照射时产生电流，将光信号转化为电信号。

4. 光敏三极管型：利用三极管结构，在有光照射时产生放大后的电流，将光信号转化为电信号。

5. 光敏场效应管型：利用场效应管结构，在有光照射时改变通道中的载流子浓度，从而改变结阈值电压，将光信号转化为电信号。

6. 其他类型：如CCD（Charge-Coupled Device）等。

二、光电导型光敏传感器的工作原理光电导型光敏传感器是应用最广泛的一种。

其主要原理是利用半导体材料在光照射下发生的光电效应，产生载流子（电子和空穴），从而使材料的电阻发生变化，进而产生电信号。

具体来说，当有光照射到半导体材料上时，能量将被吸收，并激发出一些价带中的电子跃迁到导带中，形成自由电子和空穴。

同时，有些自由电子和空穴会被捕获到晶格缺陷中，形成复合态。

这些复合态会释放出能量，并在晶格中留下一个正孔和一个负离子。

在这个过程中，如果半导体材料是p型半导体，则正孔浓度比自由电子浓度高；如果是n型半导体，则自由电子浓度比正孔浓度高。

因此，在有光照射时，p-n结两侧的载流子浓度会发生变化，从而改变了整个器件的阻值。

当光源移开时，载流子再次复合并消失。

因此，在没有光照射时，器件的阻值会恢复到初始状态。

三、光电导型光敏传感器的特点1. 灵敏度高：由于光电导型光敏传感器是利用光电效应产生载流子的，因此其灵敏度很高。

2. 响应速度快：由于载流子在半导体中移动速度很快，因此该类型传感器的响应速度也很快。

3. 稳定性好：由于该类型传感器不受温度和湿度等环境因素影响，因此具有较好的稳定性。

光敏传感器的工作原理光敏传感器（光电传感器）是一种将光信号转换成电信号的装置，是一种技术，用来检测和测量环境光照度的传感器，它使用光能量刺激物质发生物理变化，从而改变其物理参数，最终转化为电信号。

本文介绍光敏传感器的工作原理。

光敏传感器的基本原理是光子激发出的电子会被特定的物质吸收，释放成电子，引起电荷的变化，从而改变物质的电导率。

当环境光照度发生变化时，物质的电导率也会随之发生变化，从而产生一个有用的输出信号。

常用的光敏传感器有硅基和有机材料光敏传感器，两者的原理不同。

硅基光敏传感器是利用照射光照射形成电子活动，并通过电学元件进行信号的转换，它可以检测幅值范围较宽的信号；而有机材料光敏传感器是利用有机材料受照射后在电子轨道上发生变化，生成调制电流，而有机材料光敏传感器检测的信号幅值范围较窄。

接入电路组成光敏传感器，电路由光敏元件、放大电路、滤波电路、输出电路、校正电路、外部电源等组成。

在接入电路中，光敏元件是传感器的核心部分，由它来检测环境光照度的变化，而放大电路则用于放大光敏元件接收到的电信号，使其可以较为清晰地输出。

滤波电路在放大电路之后，用于滤除杂散信号，使输出信号更加干净。

输出电路是光敏传感器的输出，它能将放大后的电信号转换成电子设备所需的电流或电压输出，并能有效保护光敏元件免受外界物理环境的污染。

校正电路是用于矫正输出信号的电路，当光敏元件收到外来环境干扰光信号时，它可以及时发现，将其矫正，保证供给的信号更加准确可靠，使光敏传感器的数据读数准确。

外部电源是为光敏传感器提供电源，使其能够不间断地工作。

以上就是光敏传感器的工作原理，它是一种将光信号转换成电信号的装置，通过特定的物质接收环境光照，并通过接入电路实现电信号的转换和输出，可以有效地测量环境光照度。

光敏传感器摘要：光敏传感器能对光信号的变化作出迅速反应，并将光信号转变为电信号；光信号具有粒子性，由光子(hγ)组成，具有一定的能量，光敏传感器就是将光能变换为相应电能的装置，又称光电式传感器。

关键词：传感器、外光电效应、光敏电阻器、应用1、传感器的介绍将实际中的力、声、光、温度、湿度等非电量转化为电量的媒介，也可以这么说传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到得信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需要形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、储存、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测课自动控制的首要环节。

外光电效应:在光照射下，某些材料中的电子逸出表面而产生光电子发射现象，也称光电发射效应。

爱因斯坦假设：一个电子只能吸收一个光子的能量，一部分用以克服物质对电子的束缚（即表面逸出功F），一部分转化为电子的能量，且此过程必须满足能量守恒定律。

若电子得到的能量全部变为电子的动能，则光电子的最大动能为；F为金属逸出功，g0为产生光电发射的极限频率，g为入射光的频率，m为电子的质量，光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光的强度无关。

给发射材料上放置一个电子接收板连成一个光电发射检测装置，如图所示，测定逸出电子随光的强度、频率的变化情况。

若入射光的频率一定或频谱成分不变时，饱和光电流I的大小与光强成正比。

(光强大,光子数多)若入射光子的能量hg小于hg0即l>l0时，光电流都为零。

由此说明光的波长必须小于l0才能产生光电子，极限频率g0。

VRL检流计测光电流I光电发射检测装置0.020.040.060.080.10 1234光强/L mI/uA光电流随光强的变化曲线hγ2、光电发射二极管的原理将检测装置中发射电子的极板称为阴极，吸收电子的极板称为阳极，且将两者封于同一壳内，连上电极，就成为光电二极管。

按光电发射二极管的原理可以分为真空光电二极管和充气光电二极管两类。

光敏传感器第[1],[2],[3],[4]页>>更多内容摘自《传感器工作原理及应用实例》作者：黄继昌，徐巧鱼，张海贵，郭继忠，傅润何光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。

光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。

光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

第一节光电管图1和图2分别是光电管的结构示意图和电路图。

光电管主要有以下几点特性：(1).光电管的光谱特性光电管的光谱特性是指光电管在工作电压不便的条件下，入射光的波长与其绝对灵敏度（即量子效率）的关系。

光电管的光谱特性主要取决于阴极材料，常用的阴极材料有银氧铯光电阴极、锑铯光电阴极、铋银氧铯光电阴极及多硷光电阴极等，前两种阴极使用比较广泛，图3和图4分别给出了它们的光谱特性曲线。

由光电管的光谱特性曲线可以看出，不同阴极材料制成的光电管有着不同的灵敏度较高的区域，应用时应根据所测光谱的波长选用相应的光电管。

例如被测光的成分是红光，选用银氧铯阴极光电管就可以得到较高的灵敏度。

(2).光电管的伏安特性光电管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光电管阳极与阴极之间的电压U A与光电流IΦ之间的关系。

光电管在一定光通量照射下，光电管阴极在单位时间内发射一定量的光电子，这些光电子分散在阳极与阴极之间的空间，若在光电管阳极上施加电压U A，则光电子被阳极吸引收集，形成回路中的光电流IΦ。

当阳极电压升高，阳极发射的光电子指引一部分被阳极收集，其余部分仍返回阴极。

1.传感器1.1 传感器的起源人体为从外界获取信息，必须借助于感觉器官，但是单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要传感器。

因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。

真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。

五十年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。

在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。

与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、光敏传感器和力敏传感器[1]。

1.2 传感器的定义与功能传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

我们常常将传感器的功能与人的五大器官相比拟。

如相当于人眼（视觉）的光敏传感器（如光敏元件、图像传感器和光敏二极管等）；相当于人皮肤（触觉）的振动传感器、温度传感器和压力传感器；相当于人鼻子（嗅觉）的气敏传感器；相当于人耳（听觉）音响传感器（如传声器、压电元件等）；相当于人舌头（味觉）的味觉传感器（如氧化物、离子传感器等）。

1.3 传感器的用途与发展当今世界已进入信息时代，在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

光敏传感器的工作原理1. 引言光敏传感器是一种能够感知光线并将其转化为电信号的器件。

它在许多领域中广泛应用，例如光学测量、光通信、图像处理等。

本文将详细介绍光敏传感器的工作原理。

2. 光敏传感器的分类根据原理和应用，光敏传感器可分为以下几种类型：2.1 光电二极管光电二极管是一种基本的光敏传感器。

它由一个PN结构组成，当光线照射到PN结上时，产生的光生载流子会导致电流的变化。

光电二极管具有快速响应时间和较高的灵敏度，广泛应用于光通信和光电测量等领域。

2.2 光敏电阻光敏电阻是一种光敏材料与电阻元件相结合的器件。

光敏电阻的电阻值随着光照强度的变化而变化。

它通常用于光控开关、光探测等领域。

2.3 光敏电容光敏电容是一种利用光敏材料引起电容值变化的传感器。

当光照强度改变时，光敏电容的电容值也会相应变化。

光敏电容广泛应用于光学测量、图像处理等领域。

2.4 光敏晶体管光敏晶体管是一种结合了光电二极管和晶体管的器件。

它利用光生载流子的效应控制晶体管的导通和截止，实现光信号的放大和处理。

光敏晶体管在光电检测和光通信中发挥着重要作用。

3. 光敏传感器的工作原理光敏传感器的工作原理可以概括为以下几个步骤：3.1 光能吸收光敏传感器的工作首先需要光能的吸收。

光线照射到光敏传感器的敏感元件上，光能被吸收并激发物质内的电荷载流子。

3.2 电荷生成和分离光能的吸收导致光生电荷的生成和分离。

在光敏传感器的敏感元件中，光敏材料中的电子被激发成为自由电子，并且空穴也被激发出来。

这些电子和空穴的产生和分离是光敏传感器工作的基础。

3.3 电流输出生成和分离的电荷载流子会导致光敏传感器输出电流的变化。

不同类型的光敏传感器在电流输出方面有不同的特点。

光电二极管在电流输出时，光生电荷会直接在PN结上产生空间电荷区，从而改变PN结的电容和电流。

光敏电阻的电阻值随着光照强度的变化而变化，因此电流输出也会相应变化。

光敏电容的电容值随着光照强度的变化而变化，这会影响到输出电流的大小。

光敏传感器的原理及应用领域在传感器中，我们通常最常见的是光敏传感器，光敏传感器的的种类比较繁多。

主要用红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。

光敏传感器采用防静电袋封装。

在使用的过程中应该避免在潮湿的环境中使用，还应该注意表面的损伤和污染程度，应该它们均会影响光电流。

光敏传感器主要应用于太阳能草坪灯、光控小夜灯、照相机、监控器、光控玩具、声光控开关、摄像头、防盗钱包、光控音乐盒、生日音乐蜡烛、音乐杯、人体感应灯、人体感应开关等电子产品光自动控制领域。

光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫光电传感器光敏二极管是最常见的光传感器。

光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。