智能傳感與檢測技術 教案 第6章 光電式傳感器

《智能傳感與檢測技術》課程教案授課章節(jié)第六章光電式傳感器6.1光電式傳感器6.1.1光電效應6.1.2光電元件及傳感器6.1.3光電傳感器及其應用建議課時2授課方式理論知識講授+討論課+案例教學+多媒體演示所屬專業(yè)教學目標1.掌握光電效應的概念2.掌握光電元件及傳感器3.了解光電傳感器及其應用教學重點1.光電效應的概念2.光電元件及傳感器教學難點1.光電元件及傳感器參考教材《智能傳感與檢測技術》徐小華主編機械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學內容『新課導入』光電傳感器的基本轉換原理是將被測量轉換成光信號的變化，然后將光信號作用于光電元件而轉換成電信號的輸出。光電傳感器可測量的參數很多，一般情況下具有非接觸式測量的特點，并且光電傳感器的結構簡單，具有很高的可靠性且動態(tài)響應極快。隨著激光光源、光柵、光導纖維等的相繼出現和成功應用，使得光電傳感器越來越廣泛地應用于檢測和控制領域?！菏谡n內容』6.1光電式傳感器6.1.1光電效應光電傳感器通常是指能敏感檢測到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉化成電信號的器件。其工作原理是基于一些物質的光電效應。由于被光照射的物體材料不同，所產生的光電效應也不同，通常光照射到物體表面后產生的光電效應分為三類：外光電效應、內光電效應、光生伏特效應?！径嗝襟w演示】多媒體課件見教材配套教學PPT6.1.2光電元件及傳感器光電管光電管和光電倍增管同屬于用外光電效應制成的光電轉換器件。光電管的外形如圖6-1所示。光電倍增管光電倍增管有放大光電流的作用，靈敏度非常高，信噪比大，線性好，多用于微光測量。如圖4-3是光電倍增管結構及工作原理示意圖。3.光敏電阻光敏電阻是一種電阻元件,具有靈敏度高，體積小，重量輕，光譜響應范圍寬，機械強度高，耐沖擊和振動，壽命長等優(yōu)點。4.光敏二極管光敏二極管結構與一般二極管不同之處在于：將光敏二極管的PN結設置在透明管殼頂部的正下方，可以直接受到光的照射，圖6-5a所示是其結構示意圖，它在電路中處于反向偏置狀態(tài)，如圖6-5b所示。5.光敏晶體管光敏晶體管有兩個PN結。與普通晶體管相似，也有電流增益。如圖6-6所示為NPN型光敏晶體管的結構。多數光敏晶體管的基極沒有引出線，只有正負(c、e)兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。6.光電池光電池是利用光生伏特效應把光直接轉變成電能的器件。由于它可把太陽能直接變電能，因此又稱為太陽能電池。它是基于光生伏特效應制成的，是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的PN結，當光照射在PN結上時，在結的兩端出現電動勢?！菊n堂討論】在我們日常生活中有哪些產品用到了光電傳感器？6.1.3光電傳感器及其應用由于光電測量方法靈活多樣，可測參數眾多。1.煙塵濁度監(jiān)測儀2.光電數字式轉速表光電式產品計數器『課堂小結』光電傳感器的應用非常多，是現代工業(yè)自動化生產中不可缺少的傳感器。同學們可以網上搜索光電傳感器的應用實例?！鹤鳂I(yè)布置』P51頁中一、填空題1、2和二、綜合題1?！航虒W后記』授課章節(jié)6.2紅外傳感器6.3光纖傳感器6.4激光傳感器建議課時2授課方式理論知識講授+討論課+多媒體演示所屬專業(yè)教學目標1.了解紅外線與紅外傳感器2.掌握熱釋電紅外傳感器結構原理3.了解光纖傳感器及其應用4.了解激光傳感器及其應用教學重點紅外線與紅外傳感器熱釋電紅外傳感器結構原理教學難點熱釋電紅外傳感器結構原理參考教材《智能傳感與檢測技術》徐小華主編機械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學內容『新課導入』自然界的物體，例如：人體、火焰甚至于冰都會放射出紅外線，只是其發(fā)射的紅外線的波長不同而已。用紅外線作為檢測媒介，來測量某些非電量，比可見光作為媒介的檢測方法要好。其優(yōu)越性很多?！菏谡n內容』6.2紅外傳感器6.2.1紅外傳感器概述人體的溫度為36～37℃，所放射的紅外線波長為9～10（屬于遠紅外線區(qū)），加熱到400～700℃的物體，其放射出的紅外線波長為3～5。（屬于中紅外線區(qū)）。紅外線傳感器可以檢測到這些物體發(fā)射出的紅外線，用于測量、成像或控制。圖6-14為電磁波譜中的紅外線。6.2.2熱釋電紅外傳感器熱釋電效應熱釋電紅外傳感器的結構探測元件（2）場效應管匹配器（3）干涉濾光片菲涅爾透鏡6.3光纖傳感器光纖自60年代問世以來，就在傳遞圖像和檢測技術等方面得到了應用。利用光導纖維作為傳感器的研究始于70年代中期。由于光纖傳感器具有不受電磁場干擾、傳輸信號安全、可實現非接觸測量，而且具有高靈敏度、高精度、高速度、高密度、適應各種惡劣環(huán)境下使用以及非破壞性和使用簡便等等一些優(yōu)點。無論是在電量(電流、電壓、磁場)的測量，還是在非電物理量(位移、溫度、壓力、速度、加速度、液位、流量等)的測量方面，都取得了驚人的進展。6.3.1光纖的結構實用的光纖是比人的頭發(fā)絲稍粗的玻璃絲，通信用光纖的外徑一般為125～140μm。一般所說的光纖是由纖芯和包層組成，纖芯完成信號的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號封閉在纖芯中傳輸并起到保護纖芯的作用。工程中一般將多條光纖固定在一起構成光纜，如圖6-18所示。6.3.2光纖傳感器1.光纖傳感器的原理光纖傳感器一般由三個環(huán)節(jié)組成，即信號的轉換、信號的傳輸、信號的接收與處理。信號的轉換環(huán)節(jié)，將被測參數轉換成為便于傳輸的光信號。信號的傳輸環(huán)節(jié)，利用光導纖維的特性將轉換的光信號進行傳輸。信號的接收與處理環(huán)節(jié)，將來自光導纖維的信號送入測量電路，由測量電路進行處理并輸出。2.光纖傳感器的特點1）靈敏度較高2）幾何形狀具有多方面的適應性，可以制成任意形狀的光纖傳感器3）可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉等）的器件；4）可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境；5）而且具有與光纖遙測技術的內在相容性。6.3.3光纖傳感器及其應用光纖位移傳感器光纖液位傳感器6.4激光傳感器利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器的優(yōu)點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等?！径嗝襟w演示】多媒體課件見教材配套教學PPT『課堂小結』紅外線檢測技術廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、水產、醫(yī)學、