光電傳感器課程設(shè)計(jì) 2

1、課程名稱：工程測試技術(shù)設(shè)計(jì)題目： 光電傳感器及其應(yīng)用 院 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 年 級(jí)： 2011級(jí) 姓 名：陳天添、隆永琴、羅芳 指導(dǎo)教師： 曾祥光 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2014年 6月 10 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè) 機(jī)電二班 姓 名 陳天添、隆永琴、羅芳 學(xué) 號(hào)20116338、 20116355、20116358 開題日期： 年 月 日 完成日期： 2014 年 6 月 10 日題 目 光電傳感器及其應(yīng)用 一、設(shè)計(jì)的目的 本設(shè)計(jì)目的是學(xué)習(xí)并掌握光電傳感器的原理，計(jì)算，應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)，還要利用學(xué)過的光電傳感器的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)與光電傳感器有關(guān)的實(shí)物，闡述

2、實(shí)物的產(chǎn)生過程及相關(guān)參數(shù)的確定。 二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 1、掌握光電傳感器的工作原理，材料、類型等相關(guān)知識(shí) 2、了解光電傳感器的應(yīng)用范圍，工作條件， 3、查閱相關(guān)資料完成實(shí)例設(shè)計(jì) 三、指導(dǎo)教師評(píng)語 四、成 績 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日摘要在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已經(jīng)入瞬息萬變的信息時(shí)代，人們?cè)谌粘Ｉ?，生產(chǎn)過程中，主要依靠檢測技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，目前我國已將檢測技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。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(duì)象信息的入口，作為捕獲信息的主要工具，

3、在現(xiàn)代化事業(yè)中的重要性已被人們所認(rèn)識(shí)。光電傳感器的應(yīng)用技術(shù)為信息科學(xué)的一個(gè)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(jì)算機(jī)技術(shù)機(jī)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?，F(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(dòng)電動(dòng)門的開關(guān),既費(fèi)時(shí)間又費(fèi)人力,如果巧妙地利用光電傳感器就可以實(shí)現(xiàn)光控大門。所以借此次課程設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)一個(gè)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(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)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(shí),干簧繼電器就可以

4、自動(dòng)接通電動(dòng)機(jī)電路,電動(dòng)機(jī)就能帶動(dòng)大門打開。這樣就解決了上述的問題。關(guān)鍵詞：光電傳感器；應(yīng)用；設(shè)計(jì)；光控；目錄一、設(shè)計(jì)要求11、功能與用途12、指標(biāo)要求1二、光電傳感器介紹及工作原理11、光電傳感器12、工作原理2三、方案設(shè)計(jì)2四、元件選擇和電路設(shè)計(jì)21、元件選擇22、電路設(shè)計(jì)4六、總結(jié)5參 考 文 獻(xiàn)6一、設(shè)計(jì)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(diǎn)，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

5、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(jī)的遙控器，太陽能的發(fā)電、電梯的安全光幕，火焰探測報(bào)警器等多個(gè)方面。2、指標(biāo)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(shí)利用變電流生磁特性，從而達(dá)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(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).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(diǎn),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(qiáng)、

6、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(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。2、工作原理由光通量對(duì)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(biāo)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

7、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(dāng)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(jì)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(dāng)線圈內(nèi)有電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化，兩個(gè)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(shí)，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(shí)，電流相當(dāng)強(qiáng)，用電器可以正常工作

8、.而當(dāng)光敏電阻不受光照射時(shí)，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(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)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(shí)，干簧繼電器接通電動(dòng)機(jī)電路，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大門打開。光信號(hào)光敏元件光電傳感器大門開關(guān)控制電路電信號(hào)磁信號(hào)圖1方案設(shè)計(jì)流程圖四、元件選擇和電路設(shè)計(jì)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

9、光照特性是描述光電流i和光照強(qiáng)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(duì)入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對(duì)不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對(duì)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(duì)應(yīng)于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的，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(shí)驗(yàn)證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)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(shí)間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時(shí)間

10、常數(shù)都較大， 這是它的缺點(diǎn)之一。 不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)（毫秒數(shù)量級(jí)）， 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。溫度變化時(shí)，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時(shí)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(dòng)。 光敏電阻具

11、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(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。2、電路設(shè)計(jì)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(dāng)減少入射到光敏電阻上的光通量時(shí)，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(fàn)顟B(tài)，因此其集電極電壓上升，直至達(dá)到12.7左右為止。在12v時(shí)，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(duì)vt3起保護(hù)作用。50k的可以對(duì)靈敏度進(jìn)行調(diào)整。這樣就可以利用這個(gè)電路來控制大門的開與關(guān)了。六、總結(jié) 首先非常感謝老師的指導(dǎo)和幫助，因?yàn)樗麄兊募?xì)心檢查和關(guān)注使我們的課程設(shè)計(jì)效果非常好。我從這次傳感器課程設(shè)計(jì)中收獲很多，懂得了許多知識(shí)，彌補(bǔ)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(gè)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(xiàn)，擴(kuò)展了自己的知識(shí)面，并且學(xué)會(huì)了一些電腦軟件，現(xiàn)在能夠很好的使用它們了。參 考 文 獻(xiàn)1 楊幫文 .新型接近開關(guān)和光電開關(guān)使用手冊(cè).電子工業(yè)出版