光傳感器是利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器,它的敏感波長在可見光波長附近,包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測,它還可以作為探測元件組成其他傳感器,對許多非電量進行檢測,只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一,它在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。
??? 光敏傳感器的種類繁多,主要有:光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、光電耦合器、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。
??? 第一節 光電管
??? 圖1和圖2分別是光電管的結構示意圖和電路圖。
?
??? 光電管主要有以下幾點特性:
??? (1).光電管的光譜特性
??? 光電管的光譜特性是指光電管在工作電壓不便的條件下,入射光的波長與其絕對靈敏度(即量子效率)的關系。光電管的光譜特性主要取決于陰極材料,常用的陰極材料有銀氧銫光電陰極、銻銫光電陰極、鉍銀氧銫光電陰極及多鹼光電陰極等,前兩種陰極使用比較廣泛,圖3和圖4分別給出了它們的光譜特性曲線。
?
?
??? 由光電管的光譜特性曲線可以看出,不同陰極材料制成的光電管有著不同的靈敏度較高的區域,應用時應根據所測光譜的波長選用相應的光電管。例如被測光的成分是紅光,選用銀氧銫陰極光電管就可以得到較高的靈敏度。
??? (2).光電管的伏安特性
??? 光電管的伏安特性是指在一定光通量照射下,光電管陽極與陰極之間的電壓UA與光電流IΦ之間的關系。光電管在一定光通量照射下,光電管陰極在單位時間內發射一定量的光電子,這些光電子分散在陽極與陰極之間的空間,若在光電管陽極上施加電壓UA,則光電子被陽極吸引收集,形成回路中的光電流IΦ。當陽極電壓升高,陽極發射的光電子指引一部分被陽極收集,其余部分仍返回陰極。隨著陽極電壓的升高,陽極在單位時間內收集到的光電子數增多,光電流IΦ也增加。如果陽極電壓升高到一定數值時,陰極在單位時間內發射的光電子全部被陽極收集,稱為飽和狀態,以后陽極電壓升高,光電流IΦ也不會增加 。
?
??? 圖5給出了光電管不同光通量下的伏安特性曲線。
??? (3).光電管的光電特性
??? 光電管的光電特性是指光電管陽極電壓和入射光頻譜不便的條件下,入射光的光通量Φ與光電流IΦ之間的關系,在光電管陽極電壓足夠大,使光電管工作在飽和狀態條件下,入射光通量和光電流線性關系,參見圖6所示。
??
? (4).暗電流
??? 如果將光電管置于無光的黑暗條件下,當光電管施加正常的使用電壓時,光電管產生微弱的電流,此時電流稱為暗電流。暗電流的產生主要是由漏電流引起的。
??? 光電管常用在自動控制、無線電傳真、有聲電影及其它光電轉換設備上。
??? 表1列出了一些國產光電管的技術特性。
部分國產光電管的技術特性
型號
光譜響應范圍
Ao最佳靈敏度波長
Ao最小陰極靈敏度
(uA/lm)陽極工作電壓
(V)暗電流
(A)環境溫度
(℃)
GD-5
2000-6000>
3800-4200
30
30
3×10-11
5-35
GD-6
6000-11000>
8000±1000
10
30
8×10-11
5-35
GD-7
3000-8500>
4500
45
100
8×10-11
≤40