光感測器

光感測器通常是指能敏感由紫外光到紅外光的光能量，並將光能量轉換成電信號的器件。

光感測器是一種感測裝置，主要由光敏元件組成，主要分為環境光感測器、紅外光感測器、太陽光感測器、紫外光感測器四類，主要套用在改變車身電子套用和智慧型照明系統等領域。現代電測技術日趨成熟，由於具有精度高、便於微機相連實現自動實時處理等優點，已經廣泛套用在電氣量和非電氣量的測量中。然而電測法容易受到干擾，在交流測量時，頻率回響不夠寬及對耐壓、絕緣方面有一定要求，在雷射技術迅速發展的今天，已經能夠解決上述的問題。

基本介紹

• 中文名：光感測器
• 外文名：opto-sensor

簡介

光感測器

磁光效應感測器就是利用雷射技術發展而成的高性能感測器。雷射，是20世紀60年代初迅速發展起來的又一新技術，它的出現標誌著人們掌握和利用光波進入了一個新的階段。由於以往普通光源單色度低，故很多重要的套用受到限制，而雷射的出現，使無線電技術和光學技術突飛猛進、相互滲透、相互補充。利用雷射已經製成了許多感測器，解決了許多以前不能解決的技術難題，使它適用於煤礦、石油、天然氣貯存等危險、易燃的場所。

比如說用雷射製成的光導纖維感測器，能測量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數。在實測地點，不必電源供電，這對於安全防爆措施要求很嚴格的石油化工設備群尤為適用，也可用來在大型鋼鐵廠的某些環節實現光學方法的遙測化學技術。

磁光效應感測器的原理主要是利用光的偏振狀態來實現感測器的功能。當一束偏振光通過介質時，若在光束傳播方向存在著一個外磁場，那么光通過偏振面將旋轉一個角度，這就是磁光效應。也就是可以通過旋轉的角度來測量外加的磁場。在特定的試驗裝置下，偏轉的角度和輸出的光強成正比，通過輸出光照射雷射二極體LD，就可以獲得數位化的光強，用來測量特定的物理量。

種類套用

環境光感測器

例如，在手機、筆記本等移動套用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，採用環境光感測器可以最大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環境光感測器有助於顯示器提供柔和的畫面。當環境亮度較高時，使用環境光感測器的液晶顯示器會自動調成高亮度。當外界環境較暗時，顯示器就會調成低亮度，實現自動調節亮度。 環境光感測器需要在晶片上貼一個紅外截止膜，甚至直接在矽片上鍍製圖形化的紅外截止膜。

紅外光感測器

該紅外光感測器使用充電的熱電堆與溴碘化鉈（KRS-5）視窗來感應580到40000nm的波長。該感測器使得學生可以自己測量一系列現象，包括自己手掌的紅外輻射。

太陽光感測器

1. 太陽感測器。它可識別水平，垂直各360度。太陽所在的位置，識別，陰天，多雲天，半陰天，晴天及晚上白天。跟蹤方位識別。

2. 識別電路處理和侍服驅動。採用數字晶片完成以上各信息的處理。可侍服各種普通電機，步進電機。整機功耗電流3mA，晶片工作電壓5V。

國際先進的太陽跟蹤設備，採用的是電腦數據理論，需要地球經緯度地區的的數據和設定。

電路原理、設備技術複雜。智慧型太陽跟蹤儀採用識別理論技術，電路簡單元件少，沒有經緯度和數據信息的理論。一年四季太陽運行的路線不用考慮。太陽從哪個方向升起，到哪個方向落下，它都會準確無誤的識別太陽升起和落下的位置。如果把他安放在行走的車或船上，不論向何方行駛，跟蹤儀都能正對太陽。

紫外光感測器

該紫外光感測器使用一個過濾片測量紫外光波段（315nm-400nm）。除去濾光片，感測器可同時感應可見光。感測器包括紫外光濾光片，一個瞄準儀，和感測器手柄。

簡單原理

自60年代末開始，RC Lecraw提出有關磁光效應的研究報告後，引起大家的重視。日本，蘇聯等國家均開展了研究，國內也有學者進行探索。磁光效應的感測器具有優良的電絕緣性能和抗干擾、頻響寬、回響快、安全防爆等特性，因此對一些特殊場合電磁參數的測量，有獨特的功效，尤其在電力系統中高壓大電流的測量方面、更顯示它潛在的優勢。同時通過開發處理系統的軟體和硬體，也可以實現電焊機和機器人控制系統的自動實時測量。在磁光效應感測器的使用中，最重要的是選擇磁光介質和雷射器，不同的器件在靈敏度、工作範圍方面都有不同的能力。隨著近幾十年來的高性能雷射器和新型的磁光介質的出現，磁光效應感測器的性能越來越強，套用也越來越廣泛。

磁光效應感測器做為一種特定用途的感測器，能夠在特定的環境中發揮自己的功能，也是一種非常重要的工業感測器。在電子防盜探測器領域，被動紅外探測器的套用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩定而受到廣大用戶和專業人士的歡迎。但隨著入侵者的反偵測技術手段的提高，從而對探頭的要求也越來越高，普通被動紅外探頭的局限性也越來越明顯，這樣，新一代的被動紅外探頭也應運而生。因為加拿大的PARADOX SUCURITY SYSTEMS LTD的楓葉牌探頭採用了很多最新技術，使用也較為廣泛。所以，下面就結合該產品的技術特性來闡述被動紅外探頭的最新技術。

1、反射式光感測器的工作原理及特性

反射式光感測器是靠探測人體發射的紅外線而進行工作的。探頭收集外界的紅外輻射通過聚集到紅外感應源上面。紅外感應源通常採用熱釋電元件，這種元件在接收了紅外輻射溫度發生變化時就會向外釋放電荷，檢測處理後產生報警。

1) 這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以輻射敏感元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須敏感。

2) 為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的濾光片，使環境的干擾受到明顯的控制作用。

3) 被動紅外探頭，其感測器包含兩個互相串聯或並聯的熱釋電元。而且製成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，於是探測器無信號輸出。

4) 一旦人侵入探測區域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，並被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經信號處理而報警。

5) 多視場的獲得，一是多法線小鏡面組成的反光聚焦，聚光到感測器上稱之為反射式光學系統。另一種是透射式光學系統，是多面組合一起的透鏡——菲尼爾透鏡聚焦在紅外感測器上。

6) 這要指出的是被動紅外的幾束光表示有幾個視場，並非被動紅外發紅外光，視場越多，控制越嚴密。

被動紅外探頭的優缺點：

優點：本身不發任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。 光感測器

價格低廉。

光感測器

缺點：

◆容易受各種熱源、光源干擾

◆被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。

◆易受射頻輻射的干擾。

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·《光纖Bragg光柵稱重感測器的研製》 On9658集成了光接收雙敏感元，微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，也就是把以前在電路板上作的電路全集成到一顆小小的IC里了。套用電路簡單，成本核算下來跟用光敏電阻來實現相同功能的電路成本差不多。

電氣特性

暗電流小，低照度回響，靈敏度高，電流隨光照度增強呈線性變化；

內置雙敏感元，自動衰減近紅外，光譜回響接近人眼函式曲線；

內置微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓範圍寬，溫度穩定性好；可選光學納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對衰減，增強了光學濾波效果；

光感測器原理圖

符合歐盟RoHS指令，無鉛、無鎘

典型套用

背光調節：電視機、電腦顯示器、LCD背光、手機、數位相機、MP4、PDA、GPS；

節能控制：室外廣告機、感應照明器具、玩具；儀器 儀表：測量光照度的儀器及工業控制；

環保替代：替代傳統光敏電阻、光敏二極體、光敏三極體

·《進位式編碼盤光纖液位感測器的研究

套用案例

改變車身電子套用

環境光檢測

在車身電子套用中，環境光感測器用於調節儀錶盤的背光強度，以及導航系統（GPS）、溫度控制及DVD螢幕中的LCD背光強度。這對於像BMW的iDrive及Prius的Multi-Info等顯示屏而言尤其重要。例如，當日光變得昏暗並且漆黑一片時，儀錶盤背光將進行不同程度地調節，以達到最佳可見度，並降低可能對駕駛者造成的強光。使用這些感測器可消除在白天打開車大燈時煩人的顯示屏自動亮度調節等程式，環境光感測器的關鍵功能是利用380nm～780nm的敏感度可見波長，複製了人眼的敏感度。

隧道檢測

隧道檢測需要兩個感測器的輸入。第一個感測器具有“向上看”的較寬視野，以及相對較長的平均移動時間段，長時間段可防止車燈打開和關閉。第二個感測器具有“向前看”的較窄視野，以及相對較短的平均移動時間段。這可使隧道感測器對突然的日光變化做出快速反應，並打開車大燈，以及在進入隧道時可調節顯示屏的背光亮度。前向感測器消除了在進入橋下或遮天蔽日的大樹下時打開及關閉車燈。在這些情況下，該感測器仍將“看到”前方的光線。

當進入隧道時，隧道感測器信號將下降，而寬視野感測器的信號將仍保持高強度；車大燈將打開。當出了隧道時，隧道感測器信號將加強，而寬視野感測器信號將下降；車大燈將關閉。憑藉不同的平均移動時間段，控制器可做出明確的區別。

智慧型照明系統

為了提高工作環境的舒適性，照明控制系統採取光感測器，根據當前環境的照度自動控制照明設備，從而使照度控制在舒適的範圍內。在傳統的照明控制系統中，往往採用普通光感測器結合A/D轉換器（ADC）。由於光感測器檢測到的光信號既包含可見光成分又有紅外光成分，濾除紅外光對光感測器檢測結果。

技術指標

1、光譜回響/IR抑制:環境光感測器應該僅對400nm至700nm光譜的範圍有感應。

2、最大勒克斯數：大多數套用為1萬勒克斯。

3、光敏度：根據光感測器的鏡片類別，光線通過鏡片後，光衰減可以再25%-50%之間。低光敏度非常關鍵(<5勒克斯)，必須選擇可以再找個範圍內工作的光感測器。

4、集成的信號調節功能(即放大器和ADC)：一些感測器可能提供非常小的封裝，但是卻需要一個外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號。具有更高集成度的光感測器省去了外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容器等)，具有更多的優勢。

5、功耗：對於要承受高勒克斯(>1萬勒克斯)的光感測器來說，最好採用非線性模擬輸出或數字輸出。

6、封裝大小：對於大多數套用來說，封裝都是越小越好。可提供的較小封裝尺寸約為2.0mm*2.1mm。而尺寸為1.3mm*1.5mm的4引腳封裝則是下一代封裝。