光電傳感器課程設(shè)計

1、傳感器原理大作業(yè)光電傳感器在光控大門中的應(yīng)用院 系 孫越崎學(xué)院 專業(yè)班級 越崎12-01班 學(xué)生姓名 倪城振 學(xué)生學(xué)號 06122355 2014年 11 月 9 日摘 要隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳感器的應(yīng)用技術(shù)也在飛速發(fā)展，新的應(yīng)用技術(shù)呈現(xiàn)出爆炸式的發(fā)展。傳感器作為作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，作為捕獲信息的主要工具，在現(xiàn)代化事業(yè)中的重要性已被人們所認識。光電傳感器的應(yīng)用技術(shù)為信息科學(xué)的一個分支，俗稱“電眼”。它是將傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代微電子技術(shù)以及計算機技術(shù)機密結(jié)合的紐帶，是獲取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。現(xiàn)如今汽車成為大多數(shù)人必不可少的東西。經(jīng)常開車的朋友們，應(yīng)該都有過這樣的苦惱

2、每次開車到了單位或者小區(qū)大門口都要等門衛(wèi)來開門或者等其按動電動門的開關(guān),既費時間又費人力,如果巧妙地利用光電傳感器就可以實現(xiàn)光控大門。 所以借此次課程設(shè)計來設(shè)計一個光控大門，即把光敏電阻裝在大門上并且在汽車燈光能照到的地方,把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中,那么夜間汽車開到大門前,燈光照射到光敏電阻時,干簧繼電器就可以自動接通電動機電路,電動機就能帶動大門打開。這樣就解決了上述的問題。 目 錄 摘要一、設(shè)計要求 1二、光電傳感器介紹及工作原理 1三、方案設(shè)計 3四、元件選擇及電路設(shè)計 4五、總結(jié) 5參考文獻一、設(shè)計要求1、功能與用途光電傳感器是將光通量轉(zhuǎn)化為電量的一種傳感器。光電式傳感器的

3、基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)。由于光電測靈活多樣，可測參數(shù)眾多，一般情況下具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和反應(yīng)快等特點，加之激光電源、光柵、光學(xué)碼盤、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器的內(nèi)容極其豐富，在檢測和控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。例如家用電視機的遙控器，太陽能的發(fā)電、電梯的安全光幕，火焰探測報警器等多個方面。2、指標要求利用光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)將光信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔?，同時利用變電流生磁特性，從而達到控制相應(yīng)電路的目的。二、光電傳感器介紹及工作原理1、光電傳感器光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器.它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將光

4、信號轉(zhuǎn)換成電信號.光電傳感器一般由光源,光學(xué)通路和光電元件三部分組成.光電檢測方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點,而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應(yīng)用。2、工作原理由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖

5、式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射式，漫反射式，遮光式三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。三、方案設(shè)計這里我們要用到一種電子元件干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當線圈內(nèi)有電流時，線圈產(chǎn)生的磁場

6、使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，線圈內(nèi)沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。電路中的光敏電阻受到光照射時，電流相當強，用電器可以正常工作.而當光敏電阻不受光照射時，阻值增大，電流減弱，用電器停地工作。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動大門打開。光信號光敏元件光電傳感器大門開關(guān)控制電路電信號磁信號圖1方案設(shè)計流程圖四、元件選擇和電路設(shè)計1、元件選擇光敏元件選擇光敏電阻。光敏電阻的基本特性：(1) 伏

7、安特性 在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。圖2為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見，光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線。（2）光照特性 光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強度之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖3為硫化鎘光敏電阻的光照特性。(3) 光譜特性 光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。圖4 為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。 對應(yīng)于不同波長，光敏電阻的靈敏

8、度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。（4）頻率特性 實驗證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大， 這是它的缺點之一。 不同材料的光敏電阻具有不同的時間常數(shù)（毫秒數(shù)量級）， 因而它們的頻率特性也就各不相同。 圖5為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性。圖 2 硫化鎘光敏電阻的伏安特性 圖3 光敏電阻的光照特性 (a)圖5 光敏電阻的頻率特性 圖4 光敏電阻的光譜特性 圖 6 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 (5) 溫度特性 光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大。溫度變化

9、時，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時光敏電阻的靈敏度和暗電阻也隨之改變，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。圖6為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線，它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。 光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛。2、電路設(shè)計下圖即為光敏電阻開關(guān)電路，晶體管VT1、VT2構(gòu)成施密特觸發(fā)電路。當減少入射到光敏電阻上的光通量時，VT1的基極電壓上升，直至管子導(dǎo)電為止，然后VT2由于反饋而變?yōu)榻刂範顟B(tài)，因此其集電極電壓上升，直至達到12.7左右為止。在12V時，穩(wěn)壓二極管VDW1便導(dǎo)電，通過VDW1的 電流使得VT3導(dǎo)通，于是繼電器被接通。二極管VD2阻尼繼電器線圈震蕩，因而對VT3起保護作用。50k的可以對靈敏度進行調(diào)整。這樣就可以利用這個電路來控制大門的開與關(guān)了。六、總結(jié) 我從這次傳感器課程設(shè)計中收獲很多，懂得了許多知識，彌補了自己許多的不足之處，知道了具有創(chuàng)新精神是多么的重要，有一個好的思路才能創(chuàng)作出好的成品。這期間我閱讀了許多的文獻，擴展了自己的知識面，并且學(xué)會了一些電腦軟件，現(xiàn)在能夠很好的使用它們了?？傊@次作業(yè)使我受益匪淺。參 考 文 獻1 楊幫文 .新型接近開關(guān)和光電開關(guān)使用手冊.電子工業(yè)出版社，2009.5.2 程軍.傳感器及實用檢測技術(shù)（