第二章 光电传感器

2.1 概述

△ 光电传感器就是将光信号转换为电信号的光敏器件或光电变换装置。它的物理基础是基于一些光敏物质的光电效应及其对各种类型光电效应的有效利用。

△ 可见光信息源、红外光信息源、紫外光信息源等都直接或间接地辐射出一定功率的光能，包含有一定信息量的光能量由光电传感器接收后，光电传感器能够按一定的规律将光能中所包含的模拟或数字信息转化成相应的电信号，从而可以以电信号的形式还原出光能中所携带的信息。这样就可以利用成熟的电子信息处理手段将这种携带光信息的电信号进行传输、存储、显示和处理，更方便地予以利用。光电传感器所输出电信号应能实时地追随所接收到的光信息的变化，并能真实地还原出光能量中所包含的信息量。

△ 光电传感器可以直接用于检测光强度，接收和转换来自通信光纤的摸拟或数字形式的光信息，或用做各种自动控制系统中的光电检测开关；也可以通过检测特定波长光的光谱分布情况来分析和确定特定种类物质的组成成分等。此外还可以将其他非光信息，如压力、转速、移动加速度、位移量，或机械零件的线度误差、表面粗糙度等用激光扫描等主动加光手段转化成光信息的变化，再用光电传感器拾取和读出之。总之，光电传感器是一种使用上最灵活多样，应用上也最广泛的基本传感器。图2-1示出了几种光电传感器的外观。

图2-1 几种光电传感器外观

△ 光电传感器的种类：

光电传感器主要有半导体光电二极管、光电三极管、光敏电阻器、光电池、集成型光电传感器，以及使用半导体光敏单元制作的RGB彩色传感器、PSD光定位传感器和CCD/CMOS图像传感器等（如表2-1所示）。

表2-1 光电传感器主要种类归纳

△ 实际应用时，要根据不同的光电传感器的特点，选用适合于此事的光电传感器，才能达成良好的效果。选用光电传感器的参考原则有：

●高速的光脉冲检测装置、高速应答光电开关、高速光纤通信器等高速工作的设备里，宜选用光电二极管。

●数十kHz以下低频光电控制装置、低速光电开关，高灵敏度照度计等，可选用光电二极管，也可以选用光电三极管。响应速度和温度稳定性优先时，应首选光电二极管；高灵敏度、输出信号强度优先时，可选用光电三极管。

●不要求高速响应，也不要求严格的线性，但要求传感器具有电阻特性、并要求阻值随光的强弱而随之改变的场合，可选用CdS和PbS光敏电阻器。

●不要求高速响应，但要求传感器自身提供出电能，或自生控制电动势时，可选用光电池。

●希望通过光信号控制交流电导通角（平均电压值），来控制交流电力的强度时，宜采用光控可控硅（光电晶闸管）元件。

●在要求装置微型化的场合，及其它多种模块化组装应用的场合，都可以酌情选用性能满足检测要求的集成型光电传感器。

△ 光电传感器具有非接触、响应快、线性好、灵敏度高、体积小、易于安装等独特优点，并且也容易和技术同样成熟的半导体发光二极管、半导体激光发生器配合使用，构成光电控制系统，因而得到了十分广泛的应用。光电式传感器是目前产量最多，应用也最广的基本传感器之一。