《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課件 項(xiàng)目6 速度的檢測(cè)

項(xiàng)目6速度的檢測(cè)任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速

儀設(shè)計(jì)

任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)

速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量

儀的設(shè)計(jì)任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)◎知識(shí)目標(biāo)理解霍爾效應(yīng)的基本原理。了解霍爾傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用情況。熟悉霍爾元件及其在應(yīng)用中需要考慮的問(wèn)題。認(rèn)識(shí)幾種典型的集成霍爾傳感器。

◎技能目標(biāo)能正確選用霍爾傳感器。掌握集成霍爾傳感器典型應(yīng)用電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)◎素質(zhì)目標(biāo)提高獨(dú)立工作、進(jìn)行創(chuàng)造性工作和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。提升解決實(shí)際工作問(wèn)題的綜合素養(yǎng)。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)任務(wù)導(dǎo)入某天，小明騎著一輛電動(dòng)自行車(chē)在路上，看了一眼儀表盤(pán)上顯示當(dāng)前速度，隨即想到，電動(dòng)車(chē)是怎么測(cè)量當(dāng)前的車(chē)速呢？通過(guò)查詢(xún)相關(guān)資料得知，原來(lái)電動(dòng)車(chē)的車(chē)輪里面安裝一種轉(zhuǎn)速儀，其中最常用的是利用霍爾開(kāi)關(guān)傳感器做成的轉(zhuǎn)速儀。那么霍爾轉(zhuǎn)速儀的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？他的工作原理是什么？任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)

任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)圖6-1霍爾效應(yīng)任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)（2）霍爾元件根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)（3）霍爾傳感器由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱(chēng)之為霍爾傳感器。如圖所示，是一種型號(hào)霍爾傳感器的外形圖。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)2.霍爾傳感器的分類(lèi)霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。（1）線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。（2）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)3.霍爾傳感器的特性（1）線性型霍爾傳感器的特性輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如下圖6-3所示，可見(jiàn)，在B1～B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。圖6-3線性型霍爾傳感器的特性曲線任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)（2）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性如圖6-4所示，其中BOP為工作點(diǎn)“開(kāi)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖6-4開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性曲線當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)BOP時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)BOP以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。BOP與BRP之間的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)另外還有一種“鎖鍵型”（或稱(chēng)“鎖存型”）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，其特性如圖6-5所示。圖6-5鎖存型開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器特性曲線當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)BOP時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑谕獯艌?chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)

任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)分析霍爾傳感器往往用于被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸上已經(jīng)裝有鐵磁材料制造的齒輪，或者在非磁性盤(pán)上安裝若干個(gè)磁鋼，也可利用齒輪上的缺口或凹陷部分來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。目前，用于測(cè)速的霍爾傳感器主要為霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器及霍爾接近開(kāi)關(guān)。小明要利用霍爾傳感器制作轉(zhuǎn)速儀，首先要選擇合適的霍爾傳感器，再進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和制作，最后進(jìn)行電路的調(diào)試。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)二、實(shí)施過(guò)程1.霍爾傳感器選型目前，國(guó)內(nèi)外霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器的型號(hào)很多，如國(guó)產(chǎn)的SH111～SH113型，其各有A、B、C、D四種類(lèi)型，其參數(shù)如表6-1所示。參數(shù)型號(hào)截止電源電流/mA導(dǎo)通電源電流/mA輸出低電平/V高電平輸出電流/μA導(dǎo)通磁通/mT截止磁通/mTSH111SH112SH113A≤5≤8≤0.4≤108010B6010C4010D2010表6-1國(guó)產(chǎn)霍爾集成開(kāi)關(guān)傳感器的主要參數(shù)任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)

國(guó)外產(chǎn)常用型號(hào)主要有UGN/UGS系列，其主要參數(shù)如表6-2。參數(shù)型號(hào)導(dǎo)通磁通/mT截止磁通/mT最大值典型值典型值最小值UGN/UGS3019L504230103020L35221653040L2015105表6-2美國(guó)產(chǎn)霍爾集成開(kāi)關(guān)傳感器的主要參數(shù)任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)此類(lèi)傳感器的基本工作原理是當(dāng)施加于傳感器的磁通小于某一值（如SH111A型為10mT）時(shí)，其輸出開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的；否則，輸出開(kāi)關(guān)為導(dǎo)通。利用其這一特性，在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上裝一非磁性轉(zhuǎn)盤(pán)，并在轉(zhuǎn)盤(pán)四周均勻地安裝若干個(gè)磁鋼（磁鋼數(shù)量越多，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)就越多），每轉(zhuǎn)一圈可以產(chǎn)生若干個(gè)脈沖信號(hào)。通過(guò)F/V轉(zhuǎn)換電路，將傳感器輸出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成比例的模擬電壓，即可推動(dòng)指針式儀表進(jìn)行指示轉(zhuǎn)速。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)2.轉(zhuǎn)速儀電路設(shè)計(jì)霍爾轉(zhuǎn)速計(jì)主要由裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)盤(pán)、霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器、F/V電路、表頭及電源幾部分組成，其具體電路如圖6-6所示。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)其中電源部分沒(méi)有給出。圖中IC1為霍爾集成開(kāi)關(guān)傳感器SH113D，被測(cè)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生1個(gè)脈沖信號(hào)。LM2917為F/V專(zhuān)用轉(zhuǎn)換芯片，配合外圍電路構(gòu)成頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)電位器RP1接入LM2917的1腳，調(diào)節(jié)RP1可以改變輸入頻率信號(hào)的幅度。12V電源經(jīng)過(guò)R2、二極管VD1分壓后，向芯片內(nèi)部比較器反相輸入端提供0.6V的參考電壓（即輸入信號(hào)的幅度必須大于0.6V）。R4是輸出電壓的負(fù)載電阻，其取值范圍是4.3K～10K。0～10V電壓表接在R2兩端，用來(lái)指示被測(cè)頻率值（轉(zhuǎn)速）。該電路的輸出電壓為：

任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)由式6-2可知，在Vcc、RP2、C1一定的情況下，則輸出電壓Uo只與f成正比，f改變則Uo也改變，根據(jù)Uo的值即可知道f的大小。電路中，若電源電壓取12V，當(dāng)傳感器輸出信號(hào)頻率為166.6HZ（即轉(zhuǎn)速為最大值9999轉(zhuǎn)/分，測(cè)量?jī)x的最大測(cè)速）時(shí)，表頭應(yīng)指示在最大值10V處，根據(jù)式6-2可得RP2·C1=50ms，若C1取0.02μF，則RP2的值為250K，為了增加調(diào)節(jié)范圍，RP2取300K。這樣，輸出電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)，理論上輸出電壓最高可達(dá)12V。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)3．電路制作（1）應(yīng)用EDA軟件(如ProtelDXP2004)畫(huà)出原理圖；（2）用仿真軟件（如Proteus），驗(yàn)證電路功能；（3）元件布局和布線，完成PCB設(shè)計(jì)；（4）將PCB圖紙，送去PCB加工廠制作成電路板；（5）根據(jù)電路原理圖，導(dǎo)出元器件清單（BOM），并依此采購(gòu)元器件；（6）元件的安裝與焊接；（7）霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器的安裝。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)應(yīng)用霍爾開(kāi)關(guān)傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速，安裝的位置與被測(cè)物距離視安裝方式而定，一般為幾到十幾毫米。圖6-7（a）為在一圓盤(pán)上安裝一磁鋼，霍爾傳感器則安裝在圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)磁鋼經(jīng)過(guò)的地方。圓盤(pán)上磁鋼的數(shù)目可以為1、2、4、8個(gè)等，均勻地分布在圓盤(pán)的一面。圖6-7（b）適用于原轉(zhuǎn)軸上已經(jīng)有磁性齒輪的場(chǎng)合，此時(shí)，工作磁鋼固定在霍爾傳感器的背面（外殼上沒(méi)有打標(biāo)志的一面），當(dāng)齒輪的齒頂經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，有多的磁力線穿過(guò)傳感器，霍爾集成開(kāi)關(guān)傳感器輸出導(dǎo)通；而當(dāng)齒谷經(jīng)過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)傳感器時(shí)，穿過(guò)傳感器的磁力線較少，傳感器輸出截止，即每個(gè)齒經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)則產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)a）b）霍爾開(kāi)關(guān)傳感器圖6-7霍爾傳感器安裝示意圖任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)4．電路調(diào)試電路調(diào)試主要有兩個(gè)內(nèi)容，一是對(duì)分度進(jìn)行標(biāo)定；二是調(diào)節(jié)輸入IC2的信號(hào)幅度。1）分度標(biāo)定可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，也可進(jìn)行通過(guò)模擬裝置進(jìn)行。為了調(diào)試及教學(xué)方便，可以用信號(hào)發(fā)生器提供脈沖信號(hào)，模擬傳感器輸出信號(hào)。方法是將信號(hào)發(fā)生器輸出電纜接到RP1上端，調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)旋鈕使輸出信號(hào)頻率為166.6HZ，調(diào)節(jié)RP2，使電壓表指示為10V即可。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì)2）信號(hào)幅度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)前首先安裝好傳感器，將霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器的三根線與電路對(duì)應(yīng)端相連，啟動(dòng)機(jī)器，正常的話，電壓表應(yīng)指示轉(zhuǎn)速。不能指示轉(zhuǎn)速或不準(zhǔn)確，則可調(diào)節(jié)RP1加大輸入IC2的信號(hào)幅度，使電壓表指示穩(wěn)定即可。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速

儀設(shè)計(jì)

任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)

速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量

儀的設(shè)計(jì)任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)◎知識(shí)目標(biāo)理解光電效應(yīng)，包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。熟悉不同光電效應(yīng)對(duì)應(yīng)的光電器件及應(yīng)用場(chǎng)合。掌握光電傳感器的基本應(yīng)用電路。熟悉光電傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中的典型應(yīng)用?！蚣寄苣繕?biāo)能正確地選用和安裝光電傳感器。學(xué)會(huì)光電傳感器典型電路的設(shè)計(jì)、分析、制作及調(diào)試?！蛩刭|(zhì)目標(biāo)提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和溝通的能力。養(yǎng)成認(rèn)真、負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)、專(zhuān)注的態(tài)度。樹(shù)立創(chuàng)新精神及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

任務(wù)導(dǎo)入小明利用霍爾傳感器做出轉(zhuǎn)速儀后，很有成就感。于是經(jīng)常嘗試將自己的作品應(yīng)用與各種場(chǎng)合。某一天，他發(fā)現(xiàn)霍爾轉(zhuǎn)速儀在環(huán)境磁場(chǎng)較強(qiáng)的場(chǎng)合下，容易受到干擾而失靈。那怎么辦呢？經(jīng)過(guò)百度，他知道了光電傳感器可以解決這一問(wèn)題。于是他決定利用光電對(duì)射傳感器設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)易的轉(zhuǎn)速計(jì)。那么什么是光電傳感器呢？光電傳感器又怎么實(shí)現(xiàn)測(cè)速呢？任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

相關(guān)知識(shí)

6.2.1光電效應(yīng)及對(duì)應(yīng)典型器件

用光照射某一物體時(shí)，可以看作物體受到一連串能量為妙的光子的轟擊，組成該物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)。將被測(cè)物理量通過(guò)光量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化，它的工作基礎(chǔ)就是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)可以分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)，其中內(nèi)光電效應(yīng)可以分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)1.外光電效應(yīng)及對(duì)應(yīng)器件在光線的作用下能使電子逸出物體表面，在回路中形成光電流的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、紫外光電管、光電攝像管等。光電管如圖6-10所示，在真空玻璃管內(nèi)裝入兩個(gè)電極-光電陰極與光電陽(yáng)極，光電管的陰極受到適當(dāng)?shù)墓饩€照射后發(fā)射電子，這些電子在電壓作用下被陽(yáng)極吸引，形成光電流。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

（a）光電管外形（b）外光電效應(yīng)示意1－陽(yáng)極a2－陰極k3－石英玻璃外殼4－抽氣管蒂5－陽(yáng)極引腳6－陰極引腳7－金屬表面8－光子9－光致發(fā)射電子圖6-10光電管任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)光電倍增管如圖6-11所示，它是外光電效應(yīng)的典型元器件之一。它的結(jié)構(gòu)就是在一個(gè)玻璃泡內(nèi)除裝有光電陰極和光電陽(yáng)極外，還有若干個(gè)光電倍增極，倍增極上涂有在電子轟擊下能發(fā)射更多電子的材料，前一級(jí)倍增極反射的電子恰好轟擊后一級(jí)倍增極，在每個(gè)倍增極間依次增大加速電壓。它的靈敏度比上述光電管高出幾萬(wàn)倍以上，在星光下就可以產(chǎn)生可觀的電流，光通量在10-14～10-6lm（流明）的很大變化區(qū)間里，其輸出電流均能保持線性。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（a）光電倍增管外形

（b）光電倍增管結(jié)構(gòu)圖6-11光電倍增管示意圖任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)紫外光電管的常見(jiàn)外形如圖6-12所示，它的玻殼用對(duì)紫外線透光率較好的石英材料制造。當(dāng)入射紫外線照射在紫外光電管陰極板上時(shí)，電子克服金屬表面對(duì)它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外光電管多用于紫外線測(cè)量、火焰監(jiān)測(cè)等。可見(jiàn)光較難引起光電子的發(fā)射?；鹧娴妮椛涔庵邪溯^大比例的紫外光，有別于燈光，以及純粹的高溫紅外輻射。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)2.內(nèi)光電效應(yīng)及對(duì)應(yīng)器件（1）光電導(dǎo)效應(yīng)及對(duì)應(yīng)器件光電導(dǎo)效應(yīng)是指在一定波長(zhǎng)光照作用下，物體導(dǎo)電性能發(fā)生改變的現(xiàn)象。光電導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生的自由電子停留在物體內(nèi)部，不發(fā)生電子逸出，實(shí)質(zhì)上是當(dāng)入射光照到半導(dǎo)體表面時(shí),半導(dǎo)體吸入入射光子的能量，通過(guò)本征半導(dǎo)體激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，使載流子濃度增加，從而使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增大。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的，它是純電阻元件，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。按光譜特性及其工作波長(zhǎng)，光敏電阻可分為紫外光、紅外光和可見(jiàn)光光敏電阻。光敏電阻具有靈敏度高、體積小、重量輕、光譜響應(yīng)范圍寬、機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊和振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。制作光敏電阻的材料有硫化鎘、硫化鉛、硒化錮、硒化鎘、硒化鉛等。光敏電阻的主要特點(diǎn)是無(wú)極性。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)常用的光敏電阻Cds內(nèi)部構(gòu)造和常見(jiàn)外形分別如圖6-13和圖6-14所示。圖6-13光敏電阻Cds的結(jié)構(gòu)任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)光敏電阻的結(jié)構(gòu)：管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電半導(dǎo)體，一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，電極一般釆用梳狀圖案。圖6-14Cds的常見(jiàn)外形任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（2）光生伏特效應(yīng)及對(duì)應(yīng)器件光生伏特效應(yīng)是指在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。如圖6-15所示。當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的陽(yáng)光照射PN結(jié)時(shí)候，產(chǎn)生光生電子-光生空穴對(duì)，由于內(nèi)建電場(chǎng)作用（不外加電場(chǎng)），光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，結(jié)果在N存儲(chǔ)過(guò)剩的電子，P區(qū)存儲(chǔ)過(guò)剩的空穴。他們?cè)赑N結(jié)附近形成與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。當(dāng)光生電場(chǎng)除了抵消內(nèi)建電場(chǎng)以外，還使P區(qū)帶正點(diǎn)，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間就會(huì)形成一個(gè)光生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就叫光生伏特伏特效應(yīng)。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)圖6-15光生伏特效應(yīng)示意圖任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)利用光生伏特效應(yīng)工作的光敏器件主要包括光電池、光敏二極管和光敏三極管。光電池包括硅光電池、硒光電池、碑化鐐光電池等。1）硅光電池硅光電池又稱(chēng)為太陽(yáng)能電池。硅光電池結(jié)構(gòu)如圖6-16所示。在圖6-16中，N型硅片上用擴(kuò)散的方式摻入一些P型雜質(zhì)（如硼）形成一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)入射光照射到P型表面時(shí)，光生電子在PN結(jié)電場(chǎng)作用下被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，從而形成光生電動(dòng)勢(shì)。圖6-16硅光電池結(jié)構(gòu)圖任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)光電池的光電特性如圖6-17所示，其中開(kāi)路電壓為對(duì)數(shù)特性，短路電流為線性特性。此時(shí)，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能成正比的電流流過(guò)，這個(gè)電流稱(chēng)作短路電流。另一方面，若將PN結(jié)兩端開(kāi)路，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使兩個(gè)區(qū)之間形成電位差Voc，稱(chēng)為開(kāi)路電壓。6-17一個(gè)典型的硅光電池的光電特性任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)2）光敏二極管將光敏二極管的PN結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的PN結(jié)時(shí)，電子-空穴對(duì)數(shù)量增加，光電流與照度成正比。紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形如圖6-18所示。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)PIN光敏二極管是在P區(qū)和N區(qū)之間插入一層電阻率很大的I層，從而減小了PN結(jié)的電容，提高了工作頻率，其外形如圖6-19所示。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)PIN光敏二極管的工作電壓（反向偏置電壓）高，光電轉(zhuǎn)換效率高，暗電流小，其靈敏度比普通的光敏二極管高得多，響應(yīng)頻率可達(dá)數(shù)十兆赫茲，可用作各種數(shù)字與模擬光纖傳輸系統(tǒng)、各種家電遙控器的接收管（紅外波段）、UHF頻帶小信號(hào)開(kāi)關(guān)、中波頻帶到1000MHz之間電流控制、可變衰減器、各種通信設(shè)備收發(fā)天線的高頻功率開(kāi)關(guān)切換和RF領(lǐng)域的高速開(kāi)關(guān)等。特殊結(jié)構(gòu)的PIN二極管還可用于測(cè)量紫外線等。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)APD光敏二極管(雪崩光敏二極管)是一種具有內(nèi)部倍增放大作用的光敏二極管,靈敏度比PIN大幾百倍。其外形如圖所示：任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)當(dāng)有一個(gè)光子從外部射入到其PN結(jié)上時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。由于PN結(jié)上施加了較高的工作電壓(約100V),接近于反向擊穿電壓。PN結(jié)中的電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)104V/mm數(shù)量級(jí)，因此能將光子所產(chǎn)生的光電子加速到具有很高的動(dòng)能,撞擊其他原子,產(chǎn)生新的電子空穴對(duì),如此多次碰撞,以致最終造成載流子按幾何級(jí)數(shù)劇增的“雪崩”效應(yīng),形成對(duì)原始光電流的放大作用,增益可達(dá)幾千倍,而雪崩產(chǎn)生和恢復(fù)所需的時(shí)間可小于10ns。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)APD光敏二極管具有高響應(yīng)度、高信噪比、高響應(yīng)速度等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于微光信號(hào)檢測(cè)、長(zhǎng)距離光纖通信、激光測(cè)距、激光制導(dǎo)等光電信息傳輸和光電對(duì)抗系統(tǒng)，可以取代光電倍增管。它的主要缺點(diǎn)：噪聲大。若有用光電信號(hào)只有幾個(gè)毫微瓦(nW),就會(huì)被噪聲淹沒(méi)。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)GD3250系列硅雪崩光敏二極管是市面上常用的一種APD光敏二極管，它的特性參數(shù)見(jiàn)表6-3。參數(shù)單位GD3250-AGD3250-BGD3250-C光電面直徑mm0.20.50.8工作電壓V100?150100?150150—250暗電流nAW15W25W35響應(yīng)度V/w606060上升時(shí)間nsW1W3W4噪聲等效功率Pw/(Hz%)0.050.070.09結(jié)電容pFW1W1.5W2使用溫度范圍°C-20?+40-20?+40-20?+40封裝形式

TO型、光纖型TO型TO型任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)光敏二極管應(yīng)用時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：①硅光敏二極管的溫度系數(shù)為-2mV/°C（約為-0.3%/°C）,它約為短路電流溫度系數(shù)的10倍以上，因此常用于測(cè)量精度不高的場(chǎng)合。②光敏二極管在實(shí)際使用時(shí)，有暗電流存在，一般來(lái)說(shuō)，GaAsP光敏二極管的漏電流為硅二極管的l/10。③對(duì)硅光敏二極管來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)大于1100nm的光幾乎不產(chǎn)生電流，也就是說(shuō)它不吸收波長(zhǎng)大于1100nm的光；GaAsP光敏二極管其峰值波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，因此，檢測(cè)可見(jiàn)光時(shí)，不加紫外線截止濾光器，其暗電流小，開(kāi)路電壓大。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)④光敏二極管的響應(yīng)特性基本上是由PN結(jié)的結(jié)電容弓與負(fù)載電阻決定的。二極管的反偏壓越大，PN結(jié)電容就越小，因此，在高速響應(yīng)電路中，必須加反偏使用，但暗電流也增大。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)3）光敏三極管光敏三極管(亦稱(chēng)光電晶體管)有兩個(gè)PN結(jié)，與普通三極管相似，有電流增益，但靈敏度比光敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒(méi)有引出線，只有正負(fù)(c、e)兩個(gè)引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。光敏三極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)和外形分別如圖6-21所示。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)d）（a）管芯結(jié)構(gòu)

（b）

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖

（c）光敏晶體管圖形符號(hào)（d）外型1－N+襯底2－N型集電區(qū)3－透光SiO2保護(hù)圈4－集電結(jié)JC5－P型基區(qū)

6－發(fā)射結(jié)JE7－N型發(fā)射區(qū)圖6-21光敏三極管任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)6.2.2光電傳感器的工作原理及其常見(jiàn)種類(lèi)1.光電傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。一般情況下,由三部分構(gòu)成,分別為:發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源,發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管等。光束不間斷地發(fā)射,或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管或者光電池組成。在接收器的前面,裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)2.光電傳感器的種類(lèi)（1）漫反射式光電傳感器漫反射光電傳感器是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將光電傳感器發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電傳感器就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)，如圖6-22所示。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電傳感器是首選的檢測(cè)模式。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（2）鏡反射式光電傳感器鏡反射式光電傳感器亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電傳感器發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電傳感器就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，如圖6-23所示。

任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（3）對(duì)射式光電傳感器對(duì)射式光電傳感器包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電傳感器就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)，如圖6-24所示。當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí)，對(duì)射式光電傳感器是最可靠的檢測(cè)模式。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（4）槽式光電傳感器

槽式光電傳感器通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電傳感器就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如圖6-25所示。槽式光電傳感器比較安全可靠的適合檢測(cè)高速變化，分辨透明與半透明物體。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

任務(wù)實(shí)施

一、任務(wù)分析小明要利用光電對(duì)射式傳感器制作轉(zhuǎn)速儀，首先要選擇合適的光電傳感器型號(hào)，再進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與制作，最后進(jìn)行電路的調(diào)試。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)二、實(shí)施過(guò)程1.元件的選型采用光電反射式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，只需在轉(zhuǎn)軸上貼一張反光紙或涂黑的紙即可，如圖6-26a所示。實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、方便，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，一般用于便攜式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x。實(shí)際應(yīng)用中，通常采用紅光電傳感器，這一類(lèi)傳感器目前也比較多，如ST602型，其結(jié)構(gòu)、底示圖及內(nèi)部電路示意圖如圖6-26b所示，其參數(shù)表6-4所示。ST602的測(cè)量距離為4～10mm。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)項(xiàng)

目符號(hào)測(cè)試條件最小典型最大單位輸入正向壓降VFIF=20mA-1.251.5V反向電流IR

VR=3V--10μA輸出集電極暗電流ICEO

VCE=20V--1μA集電極亮電流IL

VCE=15VIF=8mAL3

0.30--mAL4

0.40--mAL5

0.50--mA飽和壓降VCE

IF=8mAIC=0.5mA--0.4V傳輸

特性響應(yīng)時(shí)間TR

IF=20mAVCE=10VIRC=100Ω-5-μsTF

-5-μs表6-4ST602的光電特性（Ta=25℃）任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)采用光電對(duì)射（也稱(chēng)直射或透射）測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，其測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-27a所示。它是在轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)圓盤(pán)，圓盤(pán)邊緣開(kāi)若干個(gè)孔（比如60個(gè)），這樣圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈即可產(chǎn)生60個(gè)脈沖信號(hào)。如ST155光電直射傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖6-27（b）所示，內(nèi)部原理示意圖如圖6-27（c）所示。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)采用光電傳感器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，要設(shè)計(jì)檢測(cè)電路及信號(hào)處理電路，最終得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)（如TTL電平），電路比較復(fù)雜，但價(jià)格便宜，很容易實(shí)現(xiàn)一個(gè)測(cè)速系統(tǒng)。如圖6-28所示，是一個(gè)簡(jiǎn)單又實(shí)用的光電傳感器檢測(cè)電路。VccRL10KUOIC任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)2．電路設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)速儀由光電轉(zhuǎn)盤(pán)、光電對(duì)射傳感器、閘門(mén)、時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路及計(jì)數(shù)與顯示裝置等部分組成，其整機(jī)電路原理圖如圖6-29所示。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)圖中光電轉(zhuǎn)盤(pán)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，與被測(cè)軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)光被遮住時(shí)，由光電傳感器組成的檢測(cè)電路輸出為低電平（此時(shí)流過(guò)電阻R5的電流為暗電流，非常?。?；當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)上的小孔轉(zhuǎn)到傳感器時(shí)，光電傳感器接收到光信號(hào)，輸出為高電平，之后又為低電平；這樣，轉(zhuǎn)盤(pán)上每個(gè)小孔經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，傳感器輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，每轉(zhuǎn)一圈就可產(chǎn)生60個(gè)脈沖信號(hào)。此信號(hào)與時(shí)基電路產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)同時(shí)被送到閘門(mén)U3A輸入端，如果此時(shí)時(shí)基信號(hào)為低電平，則閘門(mén)呈關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)速信號(hào)無(wú)法通過(guò)閘門(mén)加到計(jì)數(shù)器輸入端。當(dāng)時(shí)基電路產(chǎn)生的閘門(mén)信號(hào)為高電平時(shí)，打開(kāi)閘門(mén)U3A，此時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)加到計(jì)數(shù)器輸入端；任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)同時(shí)，閘門(mén)信號(hào)也加到由R6、R7、R8、C3、VD2及VD3組成的微分復(fù)位電路，在R8上產(chǎn)生的復(fù)位脈沖使計(jì)數(shù)器清零；而且，該閘門(mén)信號(hào)也使LE端呈寄存狀態(tài)，在時(shí)基信號(hào)為高電平期間（1秒），計(jì)數(shù)器對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)時(shí)基信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，使閘門(mén)U3A關(guān)閉；該信號(hào)使鎖存信號(hào)端為低電平，將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果送到寄存器中，并經(jīng)譯碼器譯碼后、由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)顯示器顯示計(jì)數(shù)結(jié)果（轉(zhuǎn)速）。當(dāng)?shù)诙€(gè)時(shí)基信號(hào)到來(lái)時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。但在第二次計(jì)數(shù)期間，寄存器的數(shù)據(jù)將保持不變，只有當(dāng)鎖存信號(hào)再由高到低變化時(shí)，才將新的計(jì)數(shù)結(jié)果送入寄存器，以顯示新的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路由NE555電路及外圍元件組成一個(gè)多諧振蕩器組成，閘門(mén)信號(hào)由3腳輸出。RP1用于調(diào)節(jié)時(shí)基信號(hào)，使其閘門(mén)時(shí)間為1秒鐘。計(jì)數(shù)與顯示裝置由計(jì)數(shù)器、寄存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器及顯示器五部分組成，使電路更簡(jiǎn)捷，實(shí)現(xiàn)直來(lái)更方便；可以采用專(zhuān)業(yè)模塊，如CL102，也可以采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，此處不再闡述。系統(tǒng)電源可采用電池供電，也可以采用220V市電經(jīng)降壓、整流、濾波后由三端穩(wěn)壓器7805得到5V電壓，電路比較簡(jiǎn)單，故此處沒(méi)有給出，讀者感興趣可以自己加上去。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)3．電路制作（ 1）應(yīng)用EDA軟件(如ProtelDXP2004)畫(huà)出原理圖；（2）用仿真軟件（如Proteus），驗(yàn)證電路功能；（3）元件布局和布線，完成PCB設(shè)計(jì)；（4）將PCB圖紙，送去PCB加工廠制作成電路板；（5）根據(jù)電路原理圖，導(dǎo)出元器件清單（BOM），并依此采購(gòu)元器件；（6）元件的安裝與焊接，其中傳感器可以外接。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)4．電路調(diào)試電路制作完成后，即可進(jìn)行電路調(diào)試工作。（1）電源電路調(diào)試。如果自己制作電源的話，首先調(diào)試電源。首先檢測(cè)電源對(duì)地電阻，確保無(wú)短路現(xiàn)象。接通電源，測(cè)量7805的輸出電壓，應(yīng)為5V左右，否則，應(yīng)檢查相應(yīng)電路。（2）時(shí)基電路調(diào)試。接通電源后，用示波器觀察閘門(mén)信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)RP1使閘門(mén)信號(hào)的脈寬為1秒。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（3）傳感器檢測(cè)電路的調(diào)試。啟動(dòng)機(jī)器，用示波器觀察傳感器的輸出信號(hào)，若沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)比實(shí)際的少，則可能是傳感器安裝位置過(guò)低，適當(dāng)調(diào)整傳感器的位置，直到輸出信號(hào)正常為止。（4）數(shù)碼管顯示調(diào)試。啟動(dòng)機(jī)器，此時(shí)數(shù)碼管顯示的即為被測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。若數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)不變，則可用示波器檢測(cè)送到閘門(mén)兩輸入端及輸出端的信號(hào)，從而可以判斷故障的范圍，以進(jìn)行檢修。任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)5．傳感器的安裝安裝過(guò)程中，應(yīng)將光電對(duì)射傳感器安裝在一塊能固定的電路板上，使轉(zhuǎn)盤(pán)正好位于傳感器的發(fā)光二極管和接收管的中間，并使傳感器輸出信號(hào)正常之后，固定該電路板。任務(wù)6.1基于霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的轉(zhuǎn)速

儀設(shè)計(jì)

任務(wù)6.2基于對(duì)射式光電傳感器的轉(zhuǎn)

速測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量

儀的設(shè)計(jì)任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)◎知識(shí)目標(biāo)了解磁電傳感器的結(jié)構(gòu)與特性。掌握磁電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量電路的原理及應(yīng)用。◎能力目標(biāo)能正確選用和安裝磁電傳感器。學(xué)會(huì)磁電傳感器測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、分析、制作及調(diào)試。能夠進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和編程。◎素質(zhì)目標(biāo)體驗(yàn)科技的奇妙。樹(shù)立愛(ài)崗敬業(yè)、精益求精的工匠精神。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

任務(wù)導(dǎo)入

有一天，小明做公交車(chē)去超市購(gòu)物。突然想起，汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速怎么測(cè)呢？不論是霍爾式轉(zhuǎn)速器還是光電式轉(zhuǎn)速器，都需要外接電源供電，都不適合在發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的環(huán)境下工作。那有沒(méi)有其他方法來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呢？經(jīng)過(guò)查詢(xún)資料，他發(fā)現(xiàn)有一種叫著磁電式傳感器也可以用于測(cè)速，并且工作時(shí)不需要外加電源，輸出功率大，且穩(wěn)定可靠，被廣泛使用在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量上。因此他決定制作一個(gè)由磁電式傳感器組成的轉(zhuǎn)速測(cè)試儀。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

相關(guān)知識(shí)

6.3.1磁電傳感器的概念磁電感應(yīng)式傳感器又稱(chēng)磁電式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（10～1000Hz），所以得到普遍應(yīng)用。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)磁阻式磁電傳感器工作原理如圖6-37a所示，其線圈、磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)如圖6-37b所示，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的大小也隨其改變，其幅度與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高輸出電壓越高（圖6-37b中的0～a段），輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增高，磁路損耗增大，輸出電勢(shì)已趨飽和（a～b段），當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)b，磁路損耗加劇，電勢(shì)銳減。磁電傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)分析小明要利用磁電式傳感器制作測(cè)速儀，首先要選擇符合要求的傳感器類(lèi)型，再進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與制作，然后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和編程，最后進(jìn)行整體調(diào)試。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)二、實(shí)施過(guò)程

1．元件選型及方案確定磁電傳感器具有體積小、結(jié)實(shí)可靠、壽命長(zhǎng)、不需電源和潤(rùn)滑油等優(yōu)點(diǎn)，可在煙霧、油氣、水氣等惡劣環(huán)境中使用。磁電轉(zhuǎn)速傳感器已經(jīng)成熟，這類(lèi)傳感器較多，如SM-16、LZZS-60、OD9001及NE6100等。上圖所示是常見(jiàn)的磁電測(cè)速傳感器的外形圖，表6-6為常見(jiàn)磁電轉(zhuǎn)速傳感器的技術(shù)參數(shù)。任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)名稱(chēng)參數(shù)輸出波形近似正弦波（≥50r/min時(shí)）輸出信號(hào)幅值50r/min時(shí)≥300mV，高速時(shí)可達(dá)30V測(cè)量范圍10～99999轉(zhuǎn)/分（rpm）使用時(shí)間連續(xù)使用工作環(huán)境溫度-50～+150?C輸出形式X12K4P四芯插頭外形尺寸外徑一般為16mm，長(zhǎng)度一般120mm重量約100g～200g（不計(jì)輸出導(dǎo)線）測(cè)速齒輪要求60齒，電工鋼（高導(dǎo)磁材料），漸開(kāi)線齒形（輸出波形好）表6-6常用磁電轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)參數(shù)任務(wù)6.3基于磁電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量，只要對(duì)傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)即可，由表6-6中參數(shù)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，其幅值≥300mV（有的磁電傳感器輸出幅值更高），為了能夠準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，應(yīng)對(duì)傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、整形（若被測(cè)轉(zhuǎn)速較高