光传感器是用于测量光强的传感器，是电子应用中最常用的传感器之一。光强是七个基本物理量之一。光强度的测量在许多消费，工业和安全应用中是有用的。
什么是光传感器?
光传感器是一种将光能转化为电能的光电装置。这些传感器被设计成对可见光、红外线或紫外光敏感，这意味着它们对窄带的电磁波谱敏感。
光传感器由选择性材料制成，暴露在光谱的特定部分就能产生电能。电量与入射光的强度成正比。
光强单位
光强是七个基本物理量之一。它的“SI”单位是坎德拉。一个坎德拉是光源在给定方向上的发光强度，该光源发出540×1012赫兹的单色绿光，在同一方向上的辐射强度为1/683瓦。
坎德拉通常用来表示人工灯光的强度。其他单位包括流明和勒克斯。流明是光通量的单位，测量一个光源发出的光的总量。它的定义是一个坎德拉的均匀光源在一个立体角上每秒发出的光量。流明通常用来表示光源的亮度。
流明是用来表示光源发出的总光量的单位，而勒克斯是光源入射到特定表面积上的总光量。一勒克斯等于入射光的流明每平方米。
光传感器类型
光传感器大多是无源设备。它们分为两类:
1.在光照下发电(即光电发射及光电伏打装置)
2.在光照下导电(即光导/光阻及光结器件)
太阳能电池是光伏设备最好的例子之一。光电管是一种光电发射装置。光相关电阻是一种光导/光阻器件。光电二极管和光电晶体管是常用的光电结器件。但是，注意这些机制之间的区别是很重要的。
光发射装置由光敏材料制成，例如铯，暴露在光子中会产生自由电子。这些设备暴露在光线下时会产生电流。入射光的频率越高，入射光子的能量就越大，产生的电流也就越大。
在光伏器件中，两种半导体材料之间的差异是在响应入射光能时产生的。由于这些电位差，电流在两个半导体层之间流动。
光导器件是由半导体材料制成的，这种材料的电导率会随着暴露在光线下而变化。由于从入射光中吸收能量，产生更多的自由电子，这种材料的电导率增加。在LDR电池中最常用的光导材料是硫化镉。
光结器件由典型的半导体材料制成，如硅或锗。它们的工作原理和任何普通的二极管或晶体管一样，只是它们的pn结暴露在光下，并在受到光照射时导电。光电二极管或光电晶体管的响应被调谐到电磁波谱的特定范围。
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光敏电阻器(LDR)或光敏电阻器是由光敏半导体制成的，当暴露在光下时电导率会发生变化。
这种材料的电阻在黑暗中为几千欧姆或兆欧姆，在光照下可降至几百欧姆。半导体材料通常以之字形铺设在陶瓷衬底上以增加暗电阻。
用于制造光敏电阻的半导体材料通常是硫化铅(PbS)、锑化铟(InSb)、硒化铅(PbSe)和硫化镉(CdS)。
硫化镉是建造ldr最常用的材料。这是一种低成本半导体，其响应曲线与人眼的响应曲线非常匹配。硫化镉的峰值灵敏度波长为560 ~ 600 nm。
LDR一般用于明暗检测。它可以连接在一个分压器网络与晶体管电路或微控制器/微处理器。它也可以用运算放大器电路连接到惠斯通电桥上。
光敏二极管
光电二极管是一种光电结器件。它是一个普通的二极管，其PN结通过透明的外壳或透明的透镜暴露在光下。这些二极管与其他结型二极管具有相同的电压-电流特性。但是它们比传统的二极管有更高的电导率，因为它们的结对光暴露是开放的。
光电二极管以反向偏置结构连接，在黑暗中传导反向漏电流。当光电二极管受到光照时，反向漏电流增加数倍。
黑暗中硅二极管的反向漏电流为1ua。锗二极管的电压为10ua。在光照下，反向泄漏电流可以拍摄高达300 uA。入射光强度越高，反向漏电流越高。
LDRs或光敏电阻的响应时间很长。暴露在光下后，它们可能需要几秒钟来改变电导率。另一方面，光电二极管具有即时响应。
虽然LDR是调整到可见光光谱，光电二极管对可见光和红外光都很敏感。光电二极管最大的缺点是其反向漏电流仍然在微安范围内——即使受到光照。因此，它们需要一个用于光探测的运算放大器电路。
光电二极管的响应时间以纳秒为单位。它们用于复杂的应用，包括摄像机、成像和扫描设备、CD和DVD阅读器、光纤通信、运动检测和定位传感器。
光电晶体管
光电晶体管与光电二极管相似，不同之处在于它们能放大电流。这些晶体管通常是用普通的NPN晶体管设计的，它们的集电极-基极PN结通过透明的外壳或透明的透镜暴露在光下。由于电流放大，其输出电流是光电二极管的50 - 100倍。基区是电隔离的或具有灵敏度控制。
与光电二极管不同的是，光电晶体管已经提供了电流放大，不需要外部放大器来实现其工作。光电晶体管就是一个典型的晶体管，它的基极集电极暴露在光下。
该NPN光电晶体管与其基极集电极以反向偏置配置连接在电路中。在黑暗中，发射器会有一个小的泄漏电流。当暴露在光照下时，基极电流增加，并被晶体管放大。光电晶体管的灵敏度取决于晶体管的直流增益。输出电流可以通过光电晶体管基极和发射极之间的电阻来控制。
对于更高灵敏度的应用，如光耦合器，达林顿光电晶体管被使用。在光电达林顿晶体管中，两个npn型光电晶体管连接成达林顿对。输出电流放大是两个光电晶体管电流放大的产物。光电达灵顿晶体管比光电晶体管有更长的响应时间，但提供更高的灵敏度。
光电晶体管通常用作光开关、光隔离器或红外滤波器，以及在红外遥控和光纤通信中。
太阳能电池
太阳能电池或光伏电池不是传感器。它们主要用于太阳能发电，由单晶硅PN结制成，类似光电二极管，但响应曲线更宽。
与反向偏压连接的光电二极管不同，太阳能电池的正向偏压连接很像典型的二极管。这些电池被设计成对阳光敏感，而不是对窄范围的电磁光谱敏感。当暴露在太阳辐射下时，电池产生0.58伏的电位差。
通常情况下，几块太阳能电池串联在一块电池板上以输出更大的电压。这种直流电压可以驱动电阻负载或转换为交流传输。
光传感器的应用
LDRs、光电二极管和光电晶体管在各种应用中通常被用作光传感器。例如:移动设备中的亮度调节、自动照明、自动灌溉、光学隔离、光纤通信、运动检测、红外遥感、位置传感、光学数据和光学成像。
光传感器也用于安全应用和家庭自动化。例如，它们经常被用于运输货物，以检测集装箱在什么时候被打开，以追踪丢失的货物。在许多智能家居安防应用中，一些光传感器也被用于运动检测。
了下:传感器提示
