浅谈光电式传感器

摘要随着社会的进步、科学技术的飞速发展，人们对于现代技术和自动化应用越来越重视。光电子产业成为当今发展最快、最有前途的行业，光电式传感器广泛应用于航空、石化、军工、农业等各个领域，为人类社会的快速发展发挥了不可磨灭的作用。光电式传感器是一种基于光电效应的传感器，光电式传感器在受到光照射后，即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。

【关键词】光电传感器 光电效应

1 光电效应

光电器件之所以能感受光，是因为它具有光电效应，光电效应是指物体吸收光之后产生电特性变化的物理现象，大多数光电控制应用的传感器。光电效应可以分成三类：外光效应、内光电效应和光生伏特效应。

（1） 外光电效应。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面并向外发射的现象称为外光电效应，也称光电发射效应。逸出来的电子称为光电子。根据该效应制成的光电器件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。

（2） 内光电效应。在光线作用下，物体内部释放出电子，但这些电子并不逸出物体表面，仍然留在物体内部，从而使物体的导电性能发生变化的现象称为内光电效应。

（3）光生伏特效应。物体在光线照射下产生带有方向的电动势称为光生伏特效应。根据该效应制成的光电器件有光电池、光电二极管、光电三极管和光电晶闸管等。

2 光电器件及其特性

2.1 光敏电阻

（1）工作特性。光敏电阻是一种利用内光电效应制成的光电器件，常用的制作材料为硫化镉、硒化物等材料，目前生产的光敏电阻主要由硫化镉制成。它没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时即可施加直流电压，也可以施加交流电压。无光照时，阻值很大，回路中的电流很小；当光敏电阻受到一定范围波长光照时，阻值急剧减小，回路中电流迅速增大。光照越强，亮电阻越小，亮电流越大。

（2）主要参数。a. 暗电阻、暗电流。光敏电阻在无光照射、全暗条件下，经一定时间稳定后，测得的电阻值称为暗电阻，阻值在1-100MΩ ，此时流过的电流称为暗电流。b. 亮电阻、亮电流。光敏电阻在受到某一光照射下的电阻值称为亮电阻，阻值大约在几千欧姆以内，此时流过的电流称为亮电流。

（3） 基本特性。伏安特性。在一定的光照下，光敏电阻两端的电压与光电流之间的关系。由图1可知，光电二极管在光照情况下，光电流保持恒定值。

2.2 光电二极管和光电三级管

（1）光电二级管。光电二级管同普通二极管一样，也是非线性半导体器件，但在结构上光电二极管有着特殊之处，它的外壳顶部由透明材料制成，装在顶部的PN结可以直接受到光的照射。光电二极管在电路中通常处于反向偏置状态。当无光照射时，反向电阻很大，反向电流很小；当有光照射在PN结上时，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子―空穴对，它们在PN结处的内电场作用下定向运动，形成光电流，光照度越大，光电流越大，数值大约是截止状态时光电流的1000倍。因此，光电二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。

（2）光电三极管。它与普通三极管很相似，具有两个PN结，有PNP型与PNP型两种。不同之处是光电三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光区，因此，光电三极管相当于一个在基极和集电极之间接有光电二极管的普通三极管。

2.3 光电池

（1）工作原理。光电池也称太阳能电池或光伏电池，是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光线作用时，实际上就是电源。光电池的工作原理基于光生伏特效应。它实质上是一个大面积的PN结，在结构上类似于光电二极管。当光照射到PN结上时，如果光的能量足够大，就将PN结附近激发电子―空穴。在PN结电场的作用下，电子移向N区，空穴移向P区，结果使N区带负电成为光电池的负极，P区带正电成为光电池的正极，因而两电极之间就有了电压，即产生光生电动势。

（2） 伏安特性。由图2可知，在光照条件下光电池的光电流增大―不变―减小。

3 光电传感器应用

光敏电阻依据测量光的强度可以对光进行一定的控制，最常见的就是控制路灯和楼道里的灯，在接通电路状态下，街灯会因为光的强度的变化而发生改变，楼道里的灯原理同样。海上的浮标的开关也是采用光敏电阻，夜间由于没有光照，光敏电阻阻值变小，接通电路，灯打开。白天光照充足，光敏电阻阻值变大，电路断开，灯关闭。

硅光电池在日常生活中也是经常被使用到的，它可以将光能转换成电能，例如太阳能冲电电池灯，而且广泛应用于手机、太阳能热水器，卫星等高精尖设备上。

光电传感器还许许多多的用途没有被发现，像我们经常抱怨在强烈的日光下看不清楚手机和电脑的屏幕，我们完全可以利用光敏器件的优势来改变这以现状，提高手机和电脑的屏幕亮度，让我们在强光下可以清楚的看到手机和电脑的屏幕。总的来说，光电传感器具有其他传感器所不能代替的重要作用，因此它发展前景非常好，应用也会越来越广泛．

参考文献

[1]人力资源和社会保障部教材办公室主编.电力拖动控制线路与技能训练[M].中国劳动社会保障出版社,北京:2004(8).

[2]李科杰主编.现代传感技术[M].北京:电子工业出版社,2005(5).

[3]李晓莹主编.传感器与测试技术[M].北京:高等教育出版社,2008(3).

作者单位

衡水科技工程学校河北省衡水市053000