光敏传感器

光电传感与测试技术

包装112 郭剑 3110614042 1.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。这里的输出电信号和原始的光信号接近线性的关系。 光电效应分为：外光电效应和内光电效应。光电效应中多数金属中的光电子只能从靠近金属表面内的浅层(小于μm)逸出，不能从金属内深层逸出的结论。光波能量进

入金属表面后不到1的距离就基本被吸收完了。

外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻。

2.传感器技术状的发展现状

光电效应

我国电子信息业在上世纪八十年代第一次腾飞后，随着国民经济信息化进程的加快，之后又进入持续快速发展的新时期。这个时期电子信息产业的主要特征表现为：一是正在从单一的制造业转变为物质生产与知识生产，装备制造与系统集成，硬件制造与软件制造，工业生产与信息服务相结合的现代信息产业；二是产业结构，产品结构，企业结构，运行机制，管理模式等方面发生了深刻变化；三是我国信息产业成为国民经济的支柱产业和先导产业，是新世纪的战略产业，为国民经济和社会信息化建设提供主要技术和物质支撑。

传感器技术及其产业的特点是：基础、应用两头依附；技术、投资两个密集；产品、产业两大分散。基础、应用两头依附，是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。敏感机理千差万别，敏感材料多种多样，工艺设备各不相同，计测技术大相径庭，没有上述四块基石的支撑，传感器技术难以为继。

应用依附是指传感器技术基本上属于应用技术，其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用，才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。也即发展传感器技术要以市场为导向，实行需求牵引。技术、投资两个密集技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。它是多种高技术的集合产物。由于技术密集也自然要求人才密集。投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度，尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时，更要求较大的投资。增加投资和正确的投资方向是提高传感器产业水平的主要条件之一，也是企事业决策者谋求最佳经济效益的重要手段。产品、产业两大分散，产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多，生产、研究单位分布在除地方外有12个部委（电子、机械、科学院、航空航天、教委、冶金、船舶、铁道、轻工、化工、煤炭等），其应用渗透到各个产业部门，它的发展既是各产业发展的推动力。只有按照市场需求，不断调整产业结构和产品结构，才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。 在国家的支持下，“八五”以来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步。

在学术交流方面，1989年10月由敏感元器件与传感器分会发起主办的“STC“89首届全国敏感元件与传感器学术会议”已延续至今，固定每两年召开一次，每逢活动不但国内学者、企业家云集且有不少其它国家的人士参加。目前，其论值组织机构为：“全国敏感元件与传感器学术团体联合组织委员会”。

3.模块描述

1 可以检测周围环境的亮度和光强 2 灵敏度可调 3 工作电压3.3V-5V

5 输出形式 a 模拟量电压输出 b 数字开关量输出（0和1） 6 设有固定螺栓孔，方便安装 7 小板PCB尺寸：3cm * 1.6cm

4.模块接口说明（4线制）

1 VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连） 2 GND 外接GND

3 DO 小板数字量输出接口（0和1） 4 AO 小板模拟量输出接口

5.使用说明

1 光敏电阻模块对环境光强最敏感，一般用来检测周围环境的亮度和光强。 2 模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0输出低电平；

3 小板数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光强改变；

4 小板数字量输出DO可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个光电开关；

5 小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更精准的数值；

6.测试说明

使用本店51开发板与光敏电阻模块测试

接线说明： 模块VCC 接开发板VCC 模块GND接开发板 GND 接好VCC和GND，模块电源指示灯会亮

将模块放置有光源处，调节板上蓝色电位器，直到板上开关指示灯亮，然后用手遮住光敏电阻，模块开关指示灯将会灭。将手拿开，开关指示灯再会到点亮状态。这个现象就是说明，光源可以触发模块，从而使开关指示灯点亮。 另外 资料里面附带一个51程序，用来检测光敏模块数字接口D0的高低电平 接线： 模块VCC 接开发板VCC 模块GND接开发板 GND 模块D0接开发板P0.1 单片机：STC89C52 串口发送数据波特率：9600

现象：模块有光源触发，串口不断发送01，无光源触发，串口不发送数据。