光敏传感器

光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，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。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。

    光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、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。

    第一节 光电管

    图1和图2分别是光电管的结构示意图和电路图。
 

    光电管主要有以下几点特性：

    (1).光电管的光谱特性
    光电管的光谱特性是指光电管在工作电压不便的条件下，入射光的波长与其绝对灵敏度（即量子效率）的关系。光电管的光谱特性主要取决于阴极材料，常用的阴极材料有银氧铯光电阴极、锑铯光电阴极、铋银氧铯光电阴极及多硷光电阴极等，前两种阴极使用比较广泛，图3和图4分别给出了它们的光谱特性曲线。
 
 
    由光电管的光谱特性曲线可以看出，不同阴极材料制成的光电管有着不同的灵敏度较高的区域，应用时应根据所测光谱的波长选用相应的光电管。例如被测光的成分是红光，选用银氧铯阴极光电管就可以得到较高的灵敏度。

    (2).光电管的伏安特性
    光电管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光电管阳极与阴极之间的电压UA与光电流IΦ之间的关系。光电管在一定光通量照射下，光电管阴极在单位时间内发射一定量的光电子，这些光电子分散在阳极与阴极之间的空间，若在光电管阳极上施加电压UA，则光电子被阳极吸引收集，形成回路中的光电流IΦ。当阳极电压升高，阳极发射的光电子指引一部分被阳极收集，其余部分仍返回阴极。随着阳极电压的升高，阳极在单位时间内收集到的光电子数增多，光电流IΦ也增加。如果阳极电压升高到一定数值时，阴极在单位时间内发射的光电子全部被阳极收集，称为饱和状态，以后阳极电压升高，光电流IΦ也不会增加 。

 
    图5给出了光电管不同光通量下的伏安特性曲线。

    (3).光电管的光电特性
    光电管的光电特性是指光电管阳极电压和入射光频谱不便的条件下，入射光的光通量Φ与光电流IΦ之间的关系，在光电管阳极电压足够大，使光电管工作在饱和状态条件下，入射光通量和光电流线性关系，参见图6所示。

  

  (4).暗电流
    如果将光电管置于无光的黑暗条件下，当光电管施加正常的使用电压时，光电管产生微弱的电流，此时电流称为暗电流。暗电流的产生主要是由漏电流引起的。

    光电管常用在自动控制、无线电传真、有声电影及其它光电转换设备上。

    表1列出了一些国产光电管的技术特性。

部分国产光电管的技术特性
型号	光谱响应范围 Ao	最佳灵敏度波长 Ao	最小阴极灵敏度 (uA/lm)	阳极工作电压 (V)	暗电流 (A)	环境温度 (℃)
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