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光电传感器的应用与新技术 --浅谈光电池与CCD 摘要：光电传感器是利用光电效应制成的一类传感器的总称，它能将光学量转变为电学量，广泛应用于检测和自动化系统。光电传感器包括光电池和光电阻传感器。本文将以下几个方面：1. 什么是光电池和光电阻传感器；2.光电池和光电阻传感器的比较；3.光电传感器的实际应用；4.光电传感器在未来的发展方向，详细地介绍光电传感器，并提出本人对光电传感器在未来的预测。 一 光电池和光电阻 在介绍光电传感器之前，我们有必要先了解一下光电效应。光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。两种现象发生在物体内部，称为内光电效应如 图为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线，即相对灵敏度与入射光的波长的关系曲线。从图上可知，不同材料的光谱峰值位置是不同的[4]。硅光电池的峰值在800微米左右，而锗光电池的峰值在450微米左右。实际使用时，应根据光源性质来选择光电池，而且要注意的是，光电池的光谱特性还与温度有关。 如图为硅光电池的光照特性。光生电动势与光照间的特性曲线称为开路电压曲线，光电流密度与光照强度的特性曲线称为短路电流曲线。由图可知，当光照足够大时，开路电压趋于饱和，因此，可以将光电池当做电流源使用，这是光电池的主要优点之一[5]。 光电池的特性还有频率特性，温度特性，在这儿就不详细叙述了。 1.3光电池的应用 光电池至今有两大类型的应用：一类是将光电池作为光伏器件使用，利用光伏作用直接将太阳能转换成电能，即太阳能电池。太阳能电池已在宇宙开发、航空、通信设施、太阳能电池地面发射站、日常生活和交通事业中得到广泛应用。目前太阳能电池发电成本尚不能与常规能源竞争，但是随着太阳能电池技术不断发展，成本会逐渐下降，定会获得更广泛的应用。另一类是将光电池作为光电转换器件应用，需要光电池具有灵敏度高、响应时间短等特性。这一类光电池需要特殊的工艺制造，主要用于光电监测和自动控制系统中。 光电阻传感器 光电阻传感器是将光信号转换成电阻变化的一种传感器。若用这种传感器测量其他非电量时，只要将被测信号的变化转换成光信号即可。此种测量方法具有结构简单，非接触，高可靠性，高精度和反应快等优点。故广泛应用于自动检测系统中[7]。光电阻传感器分为光敏电阻和光敏晶体管两类。光敏晶体管有分为光敏二极管和光敏三极管。他们的的原理主要基于光电效应，但又有所不同。 2.1光电阻传感器的工作原理 2.1.1光电池的工作原理 有些半导体当受到光照射时，如果光子的能量大于本征半导体的禁带宽度，电子会吸收光子而跃迁，激发产生电子空穴对，从而导致阻值的变化。光敏电阻有很高的灵敏度，光谱的响应范围可以从紫外区到红外区。 2.1.2光敏晶体管的工作原理 PN结受到光照时，PN结附近产生光生电子-空穴对，他们在PN结内电场作用下定向运动形成光电流。光的强度越大，光电流越大。因此在不受光照射时，光敏晶体管处于截止状态，在受到光照射时，光敏晶体管处于导通状态。光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。 2.2光电阻传感器的工作特性 2.2.1光敏电阻的工作特性 光敏电阻的光电流和光照强度的关系曲线称为光敏电阻的光照特性。不同光敏电阻的光照特性是不同的，但在大多数情况下是具有饱和特性的曲线。由于光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，因此不适宜做线性敏感原件，这是光敏电阻的缺点之一[8]。 光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对灵敏度是不同的。各种材料的光谱特性曲线如图所示，由此可以看出，硫化镉的峰值在可见光区，而硫化铅的峰值在红外区[9]。 光敏电阻的特性还有频率特性，温度特性，在这儿就不详细叙述了。 2.2.2光敏晶体管的工作特性 如图为光敏晶体管的光谱特性曲线。不同材料的光敏晶体管，峰值出现在不同区域，一般来说，在可见光或探测炽热状态的物体时，都采用硅管，而在红外探测时，一般采用锗管[10]。 如图，光敏晶体管的输出电流和光照之间可以 看作是线性关系。 光敏晶体管的特性还有伏安特性，温度特性等，在这儿就不详细叙述了。 2.3光电阻传感器的应用 2.3.1光敏电阻的应用 光敏电阻的应用广泛，例如：照相机自动测光、光电控制、室内光线控制、报警器、工业控制、光控开关、光控灯、电子玩具、光控音乐IC、 电子验钞机等各个领域。光电池是利用光电效应的光生伏特效应，而光敏电阻是利用的物质的光导效应，而光敏晶体管则可能是两者都有，光电池是一种在光的照射下能产生电动势的半导体元件，在接受光照的情况下，可使用高内阻电压表测到光生电动势；光是一种在光的照射下会产生