什么是光敏传感器 现代传感器原理——光敏传感器
现代传感器原理——光敏传感器
1．光敏传感器的定义及分类：
（1）定义：将光能变换为相应电能的装置。
（2）分类
1） 光电效应传感器：用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。 分为外光电效应和内
光电效应器件
2） 固态图像传感器：包括电荷耦合器件的光电转换和电荷转移功能制成的 CCD 图像
传感器和用光敏二极管与 MOS 晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的 CMOS 图
像传感器两大类。
3） 光纤传感器：是唯一的有源光敏传感器，利用发光管或激光管发射的光，通过光纤
传输到被检测对象，经检测对象调制后的光沿着光导纤维反射或发送到光接收器，再经
接受解调后变成电信号。
4） 新型光敏传感器：包括利用各种新型光电转换原理制备的传感器，应用广泛的有激
光传感器、核辐射传感器，高分子光电传感器。
2．外光电效应：在光照下，某些材料中的电子逸出表面而产生光电子发射的现象，称为外
光电效应。
3．光电导效应：光照射半导体时材料吸收光子而产生电子-空穴对使电导率增加的现象称为
光电导效应。
4．光生伏特效应：受到光照射时产生电位差的现象称为光生伏特效应。
5．PN 结光生伏特效应：将 PN 结受光照后两段产生电动势的现象称为 PN 结光生伏特效应。
6．固态图像传感器的分类：
CMOS 、电荷注入器件 CID 。
7．光纤传感器的基本组成和分类：
（1）基本组成：主要由光源、光纤与光探测器三部分组成。
（2）分类：
8．光纤传感器的调制类型：按调制类型不同，将光纤传感器原理分为强度调制、相位调制、
频率调制、时分调制和偏振调制等。
9．光电发射二极管的工作原理：光照到阴极上产生光电子,阳极电压使其加速,碰撞气体分
子,电离出更多电子和离子，又被加速，碰撞…电离,即发生了电子倍增效应，相当于具有放
大作用，达 10 倍左右。
10．光电倍增管的工作原理：光照到光阴极上产生光电子,在真空电场下被加速，投射到第
一个“打拿极”D1 上，一个光电子可产生多个电子,多次被加速而激发打拿极后电子数目倍
增。
11．光敏三级管的工作原理：无光照时，集电结反偏，热激发少子电子从基区 b 漂移入 c，
空穴自 c 到 b，形成暗电流 Icbo；发射结正偏 Icbo 扩散越过此结。B 区留下的正离子吸引 e
区电子，被 c 收集形成 ce 间的暗电流即反向截止电流 Iceo。有光照时，大量光生电子漂移
到 c，b 留下正离子会吸引 e 的电子，又被 c 收集而形成放大的电流。集电结产生的光电流
为 IL。
12．光敏电阻在自动控制照明装置的应用及其电路分析：见书 P59。
13．光敏三级管在光电脉冲转换电路的应用及其电路分析：见书 P73。
科技革命就靠它？你不知道的六大传感器
指纹识别，光线感应，测量步数、脉搏、体温.......越来越多的功能在手机、平板、笔记本等移动终端上体验。我们使用这些功能，体会着被科技怀抱的感觉。你可曾想过，在这些功能的背后，隐藏着多少科技以及故事。移动平台六大传感器，你造吗？
开篇简单说两句：
科技革命，传感器的地位举足轻重，但想充分体现传感器价值，不容易。
一个传感器加上使用它的创意能够获得什么？答案是一个革命性的产品。2007年，苹果发布iPhone。它重新定义了传统手机的使用方式。通过两手指的开合，便可以将屏幕上的图片放大缩小，这在当时就像魔法一样吸引着全世界的人去体验。而实现这一功能的，便是iPhone上的多点触摸传感器。
如今大热的智能穿戴设备，能够全天候的监测我们的步数、睡眠等信息。这些功能靠什么实现？各种传感器。
如今很多厂商意识到，搭载创新的传感器，能为产品带来或新颖或便捷或安全的功能，但想要发明一个创新的传感器却并不是一件容易的事情，需要耗费巨大的研发成本。所以很多研发实力相对较弱的厂商都是等到某款传感器上市并达到一定产量之后，才将其配备到自家产品上。这也是为什么指纹识别技术刚刚在手机上普及开来的原因。
如今困扰科技厂商的问题并不仅仅在于自己弄不到创新的传感器，而是就算产品搭载了这些传感器，但却无法实现他们想要的功能。
我们知道传感器本身，只是一个检测装置，它能够感受到被测量的信息，并将这些信息传递给设备进行处理，从而得出相应的结论或者给出应对措施。而这个处理的过程是需要设备制造商通过反复测量试验，最终写入程序中的。如果写入机身内的程序不准确，轻则影响产品体验，重则导致这项功能成为鸡肋，增加了产品成本，却遭到用户诟病。
指纹识别传感器：不止安全
代表设备： iPhone 6/6 Plus，iPad Air 2，Galaxy S5，魅族MX4 Pro等。
随着iPhone以及iPad搭载Touch ID指纹识别传感器，拉动了越来越多厂商将指纹识别技术应用于自家产品上。这一功能已经不仅仅局限于解锁屏幕了，我们还可以用它进行掌上支付，令移动终端成为你的钱包。
对于指纹识别传感器，我们必须明白：
1.滑动式传感器因为每一次都会扫描较大面积指纹，所以安全性和识别率更高，但也牺牲了识别速度。
2.滑动式传感器相比按压式更节省空间。
3.按压式传感器拥有比滑动式相对较快的识别速度。
4.按压式传感器不管手指从哪个方向按压都能够识别，随意性更高。滑动式则只能上下滑动识别。
人的指纹有50亿分之一的重复概率，奠定了指纹识别技术极高的安全性。以前，这一技术仅仅应用于刑事侦查案件中，而如今普通大众也可使用搭载指纹识别技术的终端。 目前，应用于移动终端的指纹识别技术共有两大类，分别是滑动式与按压式，代表机型有三星S5和iPhone 6。滑动式需要用手指在传感器上滑动才能识别，而按压试只要手指放在传感器上便可以识别。
皮电传感器：知你性情
代表设备： 测谎仪，微软手环等。
相信不少朋友都有这样的经历，当你要从事一项非常重要的任务之前，你会觉得紧张、焦虑以至于手脚冒汗。这种心理反应转化成生理反应的过程，我们是可以通过皮电传感器探测出来。
对于皮电传感器，我们必须明白：
1.人体皮电反应受温度，人体活动以及心理反应三个因素影响，皮电传感器因此会收到影响，准确性有待检验。
2.人们一天会拥有众多情绪，每一天所产生情绪的时间、情绪类别皆不同，就算我们准确测量出皮电反应情况，归类整理这些数据并给出科学的建议依然是厂商最头痛的问题。
3.目前微软手环已经搭载该传感器，该项技术很快便会走入我们的生活中。
皮电传感器并不能测试出用户的喜怒哀乐，只能感受到用户心理状态是否变化，而通过这种变化，我们可以得到一些结论。例如通过测谎仪的皮电传感器感应被测者说话时的心理变化，从而断定是否说谎。
此外，如果通过皮电传感器检测我们几天的人体皮电反应水平，通过皮电波形高低，我们就可以得知自己每天哪一个时段的工作效率最高了。以此依据来安排我们的工作在状态最佳的时段。
光线传感器：贴心调节
代表设备： iPhone，iPad，MacBook Air，三星S系列等配备大屏的移动终端。
光线传感器是一种光敏元件，通过感受机身环境光的强度以及变化，从而调整机器屏幕的亮度，键盘背景灯亮度以及其它拓展功能。
对于光线传感器，我们必须明白 ：
1.它可以控制屏幕的亮度，令你在户外可以看清屏幕，室内也不会因为觉得刺眼。
2.如果你的移动终端有键盘，那么它还可以控制键盘背景灯的开关以及亮度
3.差的光线传感器降低移动终端的使用体验，例如会出现在黑暗的环境下，屏幕依然很亮；在光线条件变化较大的户外，屏幕亮度变化较为迟钝等现象。
4.光线传感器一般设计在机身顶部手不宜覆盖的部位，以防影响测量的准确性。
光线传感器早在十年前便已经应用于移动产品身上。它尽管功能相对单一，仅仅用于根据不同环境光线，调整屏幕亮度以及键盘背景灯开关，但由于功能实用，所以成为目前大屏手机以及平板电脑的必备元件。
心率传感器：告诉你心跳背后的秘密
代表设备： 微软手环，松拓 VECTOR HR运动腕表，三星Galaxy S5手机等。
心率监测是目前十分热门的功能。三星Galaxy S5，微软手环以及明年春季将会推出的苹果手表都具备这一功能。
对于心率传感器，我们必须明白：
1.单纯给出心率数值对你并没有太大意义，如果能够持续测量，并通过一段时间的心率数据给出睡眠质量／休息时间等健康建议则会对用户有很大帮助。
2.目前绝大部分移动终端用的都是光电心率传感器，相比电极式心率传感器误差几率较大。
3.电极式心率传感器目前还无法应用于较小的穿戴设备上，但目前已经有厂商在为此而努力了。相信未来会成为高端设备的标志配件。
作为个人健康设备的超级武器，该功能可以通过监测心率来追踪运动强度，不同的运动训练模式等，并可以针对这一数据推算睡眠周期等与之关联的健康行动数据。
目前心率传感器有两种，一种是通过光反射测量的光电心率传感器以及利用人体不同部位电势测量的电极式心率传感器。前者尽管测量准确度欠佳，但优势在于体积小，所以目前所有的移动终端都用该种方式测量。后者在医院中测量心电图的时候我们经常会看到，通过测量人体不同点的电势变化，从而测量出心率变化，该方法测量精准，但必须同时监测人体的两个部位，而我们平时用手机和手表的时候都是单手接触产品，所以无法做到持续监测。
气压计：感知你的高度
代表设备： LG G Watch R，iPhone 6／plus，三星Galaxy S3，Galaxy note 2等。
气压计是一个被埋没但非常实用的小东西。很久以前便已经有手机搭载，例如三星Galaxy S3，Galaxy note 2，而目前iPhone 6/plus也将其纳入怀中，为机器提供气压数据。气压计虽然仅能够测量气压数据，但通过该数据我们可以精确得知机器的海拔高度。如果监测一段时间内的气压变化，还能获得机器高度变化数据，从而为进一步的数据处理做准备。
对于气压计，我们必须明白：
1.既然是测量气压的元件，那么气压变化异常也势必会影响用户得到信息的有效性。例如在飞机飞行的时候，为了乘客舒适都会为机舱加压，此时飞机内部的气压值与外部不同，我们也就无法得到正确的高度信息了。
2.目前气压计已经广泛应用于移动终端中，但由于缺乏应用软件支持，它们经常被用户冷落。
3.气压计是非常实用的元件，我们登山时可以利用搭载它的设备读取海拔高度信息。
气压计到底通过测量出来的高度数据，能给用户带来什么好处呢？户外运动员可以直观的了解自己所在的高度；未来导航地图不仅可以知道我们所在的平面位置，甚至还能知道我们所在的楼层，而这绝对是未来导航发展的必然趋势。
图像传感器：像素太高未必好
代表设备： 目前市面上几乎所有手机，平板，笔电皆有配备，三星智能腕表
图像传感器是摄像头内部用于接收光学信号的元件。配合镜片组以及图像处理器（ISP）可以实现拍摄照片的功能。这三者共同决定成像质量的好坏。
对于图像传感器，我们必须明白：
1.并非像素越高越好。因为手机体积决定图像传感器不能设计过大，所以如果像素过高，单个像素面积便会减小。
2.除了像素，镜头同样可以影响画质，有些镜头带有镀膜，可以阻挡红外线干扰，降低炫光以及紫边等现象。
3.光学防抖可以通过延长曝光时间的方式提升暗光环境的拍摄能力，以及防止拍摄视频时抖动。
图像传感器上面拥有众多接收光线信号的像素点，它们将自己接收到的光线信号转换成电信号，并通过ISP转化成我们在屏幕中看到的照片。所以这些“小家伙”才是决定图像效果最重要的因素。如果图像传感器中集成了很多像素点，那么它拍出的照片将会存留更多信息，细节会更好。如果像素越大，那么每个像素接收光线的能力就越强，最大的好处就是降低了曝光时间，增加暗光环境拍摄成功率，色彩也会更丰富锐利。
不难发现，移动终端对传感器的应用已经达到难舍难分的地步，在如今配置流，价格战，拼外观已经无法再赚足眼球的年代，传感器成为厂商增加产品卖点的大救兵，而消费者则享受在它们悉心敏感的“关照”中。
但我们也必须意识到，决定传感器发展的壁垒并不在于传感器本身，而是如何用程序去分析传感器积累的数据，并为人所用。很多厂商都是花费数年研究才有所建树。
放眼未来，伴随着越来越多创新的传感器植入移动终端设备中，我们可以轻松掌握身体的状态，情绪以及能量消耗，这些数据将会助力我们的身体健康，调整情绪以及工作效率提升，如此设备难道不能称为科技革命吗？
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