光敏传感器的应用

PAGE1毕业论文（设计）论文（设计）题目：光敏传感器的应用所属系别专业班级姓名学号指导教师摘要在现代工业生产中，对于高精密的产品需要借助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。而光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。本文主要介绍了传感器的分类及认识，对光敏传感器的工作原理概述，并对光敏传感器在实际中的应用进行了介绍。关键词：光敏传感器；结构；工作原理；应用AbstractInmodernindustrialproduction,forthehighprecisionproductsneededbyvarioussensorstomonitorandcontroltheproductionprocessparameters,sothatthedevicesworkinthenormalstateorcondition,andmakethebestproductstothequality.Sowecansay,withoutalargenumberofexcellentsensor,themodernizationofproductionalsolostthefoundation.Whilethephotosensitivesensoristheuseofaphotosensitiveelementtoconvertopticalsignalsintoelectricalsignalsofthesensor,automaticcontrolandelectricmeasurementtechnologyoccupiesaveryimportantposition.Thispapermainlyintroducestheclassificationofsensorandtheunderstanding,theapplicationinpracticeareintroduced.Keywords：Photosensitivesensor;structure;workingprinciple;application目录1引言 12传感器的概述 12.1传感器的定义 12.2传感器的组成 12.3传感器的特性 22.4光敏传感器 23光敏传感器的工作原理 34光敏传感器的应用 54.1光敏传感器在智能手机上的应用 54.2光敏传感器在声光控开关电路中的应用 75总结 8参考文献 9致谢词 101引言传感器是一种能够感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，其输入信号（被测量）往往是非电量，输出信号常常为易于处理的电量，如电压等。随着科学技术的快速发展，工业技术的广泛拓展，而人类在探知各个未知领域和空间的拓展，电子信息种类也日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。2传感器的概述2.1传感器的定义传感器好比人的五官，人通过五官即眼（视觉）、耳（听觉）、鼻（嗅觉）、舌（味觉）、四肢（触觉）感知和接收外界信息，然后通过神经系统传输给大脑进行加工处理。传感器则是一个控制系统的“电五官”，它感测到外界的信息，然后反馈给系统的处理器即“电脑”进行加工处理。传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。其具体含义包括以下几方面：（1）传感器是测量装置，能完成检测任务；（2）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；（3）它的输出量是某种物理量，且这种量要便于传输、转换、处理和显示等，另外，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；（4）输出/输入有对应关系，且应有一定的精确程度。2.2传感器的组成传感器的输出信号通常是电量，因为它便于传输、转换、处理和显示等。电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原理确定。通常，传感器由敏感元件和转换元件及其他辅助部件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大和运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理与转换电路可以安装在传感器的壳体里，也可以与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信号调理与转换电路以及传感器工作必须有辅助电源，因此，信号调理与转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。（1）敏感元件。它能直接感受被测非电量，并按一定规律将其转换成与被测非电量有确定对应关系的其他物理量。（2）转换器件（又称变换器、传感器件）。将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变、光强等）转换成电路参量。（3）信号调节（转换）电路。将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。（4）辅助电源。它的作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，如压电传感器。2.3传感器的特性传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。一般来说，传感器的输入和输出关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即可得到静态特性。因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。2.4光敏传感器光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。2-1光敏传感器光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。3光敏传感器的工作原理光敏传感器内装有一个高精度的光电管,光电管内有一块由”针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光了对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来.简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。⑴光敏电阻原理：它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。光敏电阻的工作原理：光照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。光谱范围：从紫外线区到红外线区。优点：灵敏度高，体积小，性能稳定，价格较低。光敏电阻的性能参数：光敏电阻不受光照时的电阻成为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。在受到光照时的电阻成为亮电阻，此时电流称为亮电流。暗电阻越大越好，亮电阻越小越好。实际应用时，暗电阻大约在兆欧级，亮电阻大约在几千欧以下。光敏电阻的伏安特性：①所加电压Ｕ越高，光电流Ｉ也越大，而且无饱和现象。②在给定的光照下，Ｕ－Ｉ曲线是一直线，说明电阻值与外加电压无关。③在给定的电压下，光电流的数值将随光照的增强而增加。(2)光敏二极管光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。无光是出于截止状态，有光时导通。（3）光敏三极管非为PNP和NPN两种。光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。光电特性：在光敏电阻两级电压固定不变时，光照度与电阻及电流间的关系称为光电特性，光电特性曲线如图3-1所示图3-1光敏电阻特性曲线4光敏传感器的应用光敏传感器的应用主要是光敏电阻的应用，因此在自动控制、家用电器中存在广泛的应用，例如：在电视机中作亮度自动调节、在照相机中作自动曝光、在路灯、航标中作自动电路控制、防盗报警装置等。4.1光敏传感器在智能手机上的应用手机从最初的芯片降耗节能，实现超常待机，到LCD“屏变”，节能、健康、不刺眼，一直发展到今天，利用线性光敏传感器LXD/GB5-A1DPZ实现诸多功能，值得大家一起来鉴赏：⑴节能（键盘感应）在正常使用手机的情况下，白天可自动关闭键盘背光灯，晚上则可自动开启，起到节能作用。⑵智能感光（LCD屏感应）感应环境光线强弱自动调节LCD屏亮度等级、图像色彩。太阳光下看得更清晰，晚上不刺眼，随时随地自动调节亮度。保护视力的同时能节省30%的功耗。⑶来电铃声转静音当您正在会议中，手机却响起洪亮的来电铃声，而对方又是自己多年未见的好朋友，接？还是挂？都不行！轻触光感IC窗口两次，来电铃声轻松转为静音了，既不打扰会议，又不会得罪朋友，一举两得。⑷拍摄自动补光感应拍照时什么时候该开补光灯呢？交给光感ICLXD/GB5-A1DPZ吧，只要您在自动模式下，它就会在需要补光时自动为您开启补光灯，不需时自动为您关闭。⑸应用电路以国产器件为例介绍下可见光传感器在手机的设计应用。LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是专为小型数码产品设计开发的低照度IC型可见光传感器，为缩小体积，为国标LED1206的2脚贴片封装，采用串联电流输出方式，串一个电阻就可以转换成电压信号。LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是线性输出的器件，非常适合带ADC口的芯片，只需增加一个电阻就可以完成硬件的电路。CPU从ADC口读出的是一个数字，这数字随LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)感应到光的亮度的变化而变化，光越强这数字就越大，光减弱这数字也跟着减小，这样软件设计人员就非常简单方便的利用这个数字。假设在最强的环境光下读出的数值是9999，如果背光亮度分5级变光，那预设每级的增量就是2000，在实际调试中再作增减。如果是数字输出的软件设计人员还得学习了解该器件的数字输出方式，测试解决好跟CPU的IO口握手的问题，增加了工作量跟开发周期。建议采样周期为0.5秒，不会过多的占用系统资源。手机在使用中比如在车上，会一时在太阳下一时在树阴下，为了避免屏幕背光跟随环境光突变产生频闪伤害到眼睛，需要在级与级变化中加上延时，具体的延时时间看各手机公司的方案了，一般是在2秒内完成级变。图4-1应用电路很多的手机厂家更有自己的创意，有一个光控铃声音量的功能，即通过外界光线的强弱，来控制铃声的大小，如手机装在衣服口袋或是皮包里时，就大声振铃，而取出时，环境光改变了，振铃就随着减小。这个功能很有意思，一方面可以避免铃声过小误接电话，一方面又可以适应环境的需要，避免影响他人，同时还能节省电量。4.2光敏传感器在声光控开关电路中的应用声光控开关节能灯控制电路方框如图4-2所示：声音信号声音信号MIC电子开关与非门控制电路光敏电阻整流电路延时电路图4-2声光控开关节能灯控制电路光敏器件包括光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管等。光敏器件可以用来以可见光或红外光的形式控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构。因此光敏器件在自动化技术中起着极其重要的作用。光敏电阻的特性与人眼最为接近，因此，光敏电阻比较适合用于声光控路灯、照相机曝光表、空气烟尘检测器等可见光装置。在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。因此，选择光敏电阻做为光敏器件。每个与非门有2个输入端一个输出端，与非门的特点是，输入端有低电平输出高电平，输入端全部高电平输出低电平，逻辑表达式为：。图3-2CD4011内部结构声光控电路不仅应用于灯开关，还可以应用很多的自动开关电路，甚至还可以做成简易的报警电路；做为学电子信息的一名学生，我们还可在这一领域探讨研究，将声光控电路加以改进。实践证明：采用声光控电路能有效的节约能源。因此构建节约型社会，请选择声光控传感电路产品。5总结随着社会的发展，电子信息、传感器产品在日常生活中屡见不新，更新的速度也飞之极快。传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官，也就是我们所说的将非电量转化为电量的一种仪器。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，在工业自动控制及智能机器人中将得到广泛应用。

参考文献[1]沈聿农.传感器及应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.[2]梁森、黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业出版社[M]2010[3]周绍敏.电工基础.高等教育出版社[M].2009[4]郭勇.PR