光敏传感器的原理及其应用

光敏传感器的原理及其应用的探讨(大学物理拓展与应用结课论文)

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众所周知,如今在人类的生产、生活中，传感器已得到了广泛的应用，尤其对于高精密的产品要借助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。在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到一个好的治疗方案。在科研究中，传感器更具有突出的地位，许多领域人的感官还有简易的传感器根本无法得到精确的数据，必须借助高精密的传感器来实现分析测量，而光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，因其具有非接触、响应快、性能可靠等特点，故而在自动控制和非电量电子技术中占有非常重要的地位。

关键词：光敏传感器；工作原理；应用.

一、传感器的组成

（1）敏感元件：它能直接感受被测非电量，并按一定规律将其转换成与被测非电量有确定对应关系的其他物理量。

（2）转换器件（又称变换器、传感器件）：将敏感元件输出的非电物理量（如光强等）转换成电路参量。

（3）信号调节（转换）电路：将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。

（4）辅助电源：它的作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，如压电传感器。

二、光敏传感器的工作原理

光敏传感器装有一个高精度的光电管,光电管有一块由”针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光了对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来.简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。

光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于光电效应。

光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

⑴光敏电阻

原理：它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。光敏电阻的工作原理：光

照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。

光谱围：从紫外线区到红外线区。

优点：灵敏度高，体积小，性能稳定，价格较低。

光敏电阻的性能参数：

光敏电阻不受光照时的电阻称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时电流称为亮电流。暗电阻越大越好，亮电阻越小越好。实际应用时，暗电阻大约在兆欧级，亮电阻大约在几千欧以下。

光敏电阻的伏安特性：

①所加电压Ｕ越高，光电流Ｉ也越大，而且无饱和现象。

②在给定的光照下，Ｕ－Ｉ曲线是一直线，说明电阻值与外加电压无关。

③在给定的电压下，光电流的数值将随光照的增强而增加。

(2) 光敏二极管

光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的

PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。

无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。

当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。无光是出于截止状态，有光时导通。

（3）光敏三极管

分为PNP和NPN两种。

光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。

通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。

光电特性：在光敏电阻两级电压固定不变时，光照度与电阻及电流间的关系称为光电特性，光电特性曲线如下图所示:

光敏电阻特性曲线

三、光敏传感器的应用

光敏传感器的应用主要是光敏电阻的应用，因此在自动控制、家用电器中存在广泛的应用，例如：在电视机中作亮度自动调节、在照相机中作自动曝光、在路灯、航标中作自动电路控制、防盗报警装置等，在此，主要讨论大家最熟悉,应用非常广泛的,即当前光敏传感器在智能手机中的应用。

光敏传感器在智能手机上的应用

手机从最初的芯片降耗节能，实现超常待机，到LCD“屏变”，节能、健康、不刺眼，一直发展到今天，利用线性光敏传感器实现诸多功能。

⑴键盘节能感应

在正常使用手机的情况下，白天可自动关闭键盘背光灯，晚上则可自动开启，起到节能作用。

⑵智能感光（LCD 屏感应）

感应环境光线强弱自动调节LCD 屏亮度等级、图像色彩。太下看得更清晰，晚上不刺眼，随时随地自动调节亮度，保护视力的同时能节省手机的功耗。

⑶来电铃声转静音

当你正在会议中，手机却响起洪亮的来电铃声，而对方又是自己多年未见的好朋友，接？还是挂？都不行！轻触光感IC 窗口两次，来电铃声轻松转为静音了，既不打扰会议，又不会得罪朋友，一举两得。

⑷拍摄自动补光感应

拍照时什么时候该开补光灯呢？交给光感IC LXD/GB5-A1DPZ 吧，只要你在自动模式下，它就会在需要补光时自动为你开启补光灯，不需补光时又能自动为你关闭。

参考文献

[1] 聿农《传感器及应用技术》

[2] 周绍敏《电工基础.高等教育》

[3] 开逊《现代传感技术在信息科学中的地位》