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1、传感技术及应用课程,单元十 认知光电传感器,电子工程系,本 单 元 内 容,任务一 掌握光电传感器的组成,任务二 认知光敏电阻传感器,任务三 认知光敏晶体管传感器,任务实施 光敏传感器技能训练,单元十 认知光电传感器,单 元 情 景,（a）计数现场实物照片,单 元 情 景,（b）直射式光电计数器实物照片 图10-1 光电计数器,1. 学会光电传感器的功能测试方法。 2.掌握各种光电传感器的应用场合和应用方法，理解其工作过程。 3.掌握光电传感器的工作原理。,教 学 目 标,知识一、光电传感器的组成,任务一 了解光电传感器的组成,图10-2 光电传感器的组成,任务一 了解光电传感器组成,下面通过
2、图10-3所示的光敏三极管来了解光电传感器的组成,图10-3 光敏三极管,任务一 了解光电传感器的组成,知识二、光电传感器的作用,光电传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器，它可以检测到光信号的变化，然后借助光敏元件将光信号的变化转换成电信号，进而输出到处理器中进行处理。,任务一 了解光电传感器组成,知识三 光电传感器的分类 光敏元件又称为光电元件，是构成光电传感器的主要部件，其工作基础是光电效应。光电效应是在光线的作用下，物体吸收光能量而产生相应电信号的一种物理现象，通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种类型。 在光线的作用下，电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应
3、的光电元件有光电管和光电倍增管；在光线的作用下，物体的导电性能发生改变的现象称为内光电效应，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻；在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池和光敏晶体管等。,任务二 认知光敏传感器,知识一、 光敏电阻的结构特点及作用,图10-4 光敏电阻的结构及电路符号,任务二 认知光敏传感器,知识二、光敏电阻的工作原理,光敏电阻的工作原理基于内光电效应，如图10-5所示。在黑暗的环境里，光敏电阻的阻值（暗电阻）很大， 电路中的电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光的照射时， 它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中的电
4、流迅速增大。它的电阻值很高，光照越强，阻值越低。入射光消失后，光敏电阻的阻值恢复原值。在图10-5中给光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，电流就会随光的增强而变大，随着光的减弱而减小，从而实现了光电转换。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压， 也可以加交流电压。光敏电阻实际的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。,任务二 认知光敏传感器,知识二、光敏电阻的工作原理,图10-5 光敏电阻的工作原理,任务二 认知光敏传感器,知识二、光敏电阻的工作原理,表10-1 光敏电阻的特性参数,任务二 认知光敏传感器,知识三、光敏电阻构成的测量电路及测试原理,光敏电阻
5、基本应用电路如图10-6所示。在图10-6（a）中，当无光照时，光敏电阻RG很大，IG很小，从欧姆定律角度分析，IG在RL上的压降Uo就很小。随着入射光增大，RG减小，Uo随之增大。也可以改从分压比角度来分析图10-6（b）的情况。与图10-6（a）相反。入射光增大时，RG与RL的分压比减小，Uo减小。,任务二 认知光敏传感器,知识三、光敏电阻构成的测量电路及测试原理,图10-6 光敏电阻基本应用电路,任务二 认知光敏传感器,知识四、 光敏电阻在实际中的应用场合,根据光敏电阻的光谱特性，光敏电阻可分为紫外光敏电阻、红外光敏电阻、可见光光敏电阻三种。 紫外光敏电阻主要对紫外线较灵敏，用于探测紫外
6、线强度； 红外光敏电阻则广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱、红外通信等国防、科学研究和工农业生产中；可见光光敏电阻器主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭、自动给水和自动停水装置、机械上的自动保护装置和“位置检测器”、极薄零件的厚度检测器、照相机的自动曝光装置、光电计数器、烟雾报警器、光电跟踪系统等方面。,任务二 认知光敏传感器,知识四、 光敏电阻在实际中的应用场合,1.浓度计,任务二 认知光敏传感器,知识四、 光敏电阻在实际中的应用场合,2.调光路灯,（a）灯头示意图,任务二 认知光敏传感器,知识四、 光敏电阻在实际中的应
7、用场合,3.生化分析仪,（a）实物图,任务二 认知光敏传感器,知识四、 光敏电阻在实际中的应用场合,3.生化分析仪,任务三 认知光敏晶体管传感器,光敏晶体管是光敏二极管、光敏三极管的总称，光敏二极管与光敏三极管的组合可构成光电耦合器，常见的光敏晶体管传感器的结构如图10-10所示。,知识一、 光敏晶体管的结构特点及作用,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识一、 光敏晶体管的结构特点及作用,表10-2中列出了对光敏二极管和光敏三极管进行的性能比较。,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识一、 光敏晶体管的结构特点及作用,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识二、 光敏晶体管传感器的工作原理,1.光敏二极管
8、,图10-11 光敏二极管工作原理,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识二、 光敏晶体管传感器的工作原理,2光敏三极管,图10-12 光敏三极管的等效电路及电路符号,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识二、 光敏晶体管传感器的工作原理,2光敏三极管,图10-13 复合管式光电三极管的等效电路及电路符号,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识三、 光敏晶体管传感器的分类,光敏晶体管传感器一般由光源、光学通路和光敏晶体管三部分组成。按照光源、被测物和光敏晶体管三者之间的关系，光敏晶体管传感器可分为四种类型，分别是被测物发光型、被测物透光型、被测物反光型和被测物遮光型，如图10-14所示。 图10-14 光
9、敏晶体管传感器的分类,图10-14 光敏晶体管传感器的分类,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识三、 光敏晶体管传感器的分类,1.被测物发光型 2.被测物透光型 3.被测物反光型 4.被测物遮光型,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识四、 光敏晶体管传感器在实际中的应用电路,1.光敏二极管应用电路,光敏二极管在应用电路中必须反向偏置，否则流过它的正向电流就不受入射光的控制。光敏二极管的一种应用电路如图10-15所示，利用反相器74HC04可将光敏二极管的输出电压转换成TTL电平。,图10-15 光敏二极管的一种应用电路,任务三 认知光敏晶体管传感器,光敏三极管的两种常用电路如图10-16所示，其中
10、：将发射极作为输出的为射极输出电路，如图10-16（a）所示，将集电极作为输出的为集电极输出电路，如图10-16（b）所示。,2光敏三极管的应用电路 光敏三极管的两种常用电路如图10-16所示，其中：将发射极作为输出的为射极输出电路，如图10-16（a）所示，将集电极作为输出的为集电极输出电路，如图10-16（b）所示。,2.光敏三极管应用电路,知识四、 光敏晶体管传感器在实际中的应用电路,图10-16 光敏三极管的两种常用电路,任务三 认知光敏晶体管传感器,光电开关是一种利用光电效应做成的开关。将光源与光电元件按一定方式安装，当有被测物体接近时，光电元件会对变化的入射光加以接收并进行光电转换
11、，然后以开关形式的信号输出。根据检测方式的不同，光电开关可分为对射式、漫反射式、镜面反射式和槽式等几种类型，如表10-4所示。,1.光电开关,知识五、光敏晶体管传感器的应用,任务三 认知光敏晶体管传感器,知识五、 光敏晶体管传感器的应用,表10-4 光电开关的分类及应用,任务三 认知光敏晶体管传感器,2光敏三极管的应用电路 光敏三极管的两种常用电路如图10-16所示，其中：将发射极作为输出的为射极输出电路，如图10-16（a）所示，将集电极作为输出的为集电极输出电路，如图10-16（b）所示。,知识五、 光敏晶体管传感器的应用,2光电色质检测器,(a)反射型产品计数,图10-17 光电开关的应
12、用,任务三 认知光敏晶体管传感器,2光敏三极管的应用电路 光敏三极管的两种常用电路如图10-16所示，其中：将发射极作为输出的为射极输出电路，如图10-16（a）所示，将集电极作为输出的为集电极输出电路，如图10-16（b）所示。,知识五、 光敏晶体管传感器的应用,图10-18 光电色质检测器的工作原理图,2.光电色质检测器,任务三 认知光敏晶体管传感器,2光敏三极管的应用电路 光敏三极管的两种常用电路如图10-16所示，其中：将发射极作为输出的为射极输出电路，如图10-16（a）所示，将集电极作为输出的为集电极输出电路，如图10-16（b）所示。,知识五、 光敏晶体管传感器的应用,图10-1
13、9 直射式光电转速计,3.光电式转速计,任务实施 光敏传感器技能训练,技能点一、光敏电阻特性测试,1材料及仪器 （1）光敏电阻1个； （2）万用表1台。 2测试步骤 光敏电阻的接线图如图10-20所示。 图10-20 光敏电阻的接线图,图10-20 光敏电阻的接线图,任务实施 光敏传感器技能训练,技能点一、光敏电阻特性测试,图10-21 遮光物挡住光敏电阻,万用表拨至R1k挡，将万用表的红表笔、黑表笔分别与光敏电阻器的引脚接触，在以下两种情况下观察检流计的指针位置。 （1）用遮光物挡住光敏电阻，观察万用表指针的摆动情况，如图10-21所示。 （2）用光线照射光敏电阻，观察万用表指针的摆动情况，
14、如图10-22所示。,图10-22 光线照射光敏电阻,任务实施 光敏传感器技能训练,技能点二、光敏晶体管特性测试,1材料及仪器 （1）光敏二极管1个； （2）光敏三极管1个； （3）直流电源1台； （4）开关1个； （5）负载电阻1个； （6）检流计1台； （7）指针式万用表。,任务实施 光敏传感器技能训练,技能点二、光敏晶体管特性测试,2步骤 （1）万用表简易判别法 光敏二极管 万用表拨至R1k挡，将万用表的红表笔、黑表笔分别与光敏二极管的引脚接触，测正向电阻约10k左右。在无光照情况下，反向电阻应为，反向电阻不是，说明漏电流大；有光照时，反向电阻应随光照增强而减小，阻值小至几k或1k以下；
15、如果测得正向电阻值大于20k，则该元件已经存有老化现象；如果接近于零，则判断光敏二极管已经损坏。如果反向电阻只有数千欧姆，甚至接近于零，则管子也被损坏；它的反向电阻愈大，表明其漏电流愈小，质量愈佳。 红外线发射管和红外线接收管称为红外对管。红外对管的外形与普通圆形的发光二极管类似。仅从外观难以区分发射管和接收管。,任务实施 光敏传感器技能训练,技能点二、光敏晶体管特性测试,2步骤 （1）万用表简易判别法 用万用表的Rxlk阻挡，测量红外对管的极间电阻，以判别红外对管。 在无光照情况下，对红外对管不断调换表笔测量，发射管的正向电阻小，反向电阻大，且黑表笔接正极(长引脚)时， 电阻小的(1k20k
16、)是发射管。正反向电阻都很大的是接收管；黑表笔接负极(短引脚)时电阻大的是发射管，电阻小并且三用表指针随着光线强弱变化时，指针摆动的是接收管。 光敏三极管 用万用表Rx1k档，红表笔接光敏三极管的发射极，黑表笔接集电极。无光照时，指针微动并接近；有光照时，应随光照的增强，其电阻变小，可达1k以下；若黑表笔接光敏三极管的发射极，红表笔接集电极，无光照时，电阻为；有光照时，电阻为或指针微动。,任务实施 光敏传感器技能训练,技能点二、光敏晶体管特性测试,2步骤 （2）特性测试 光敏二极管 按照如图10-23所示的电路图接线，合上开关，分别在以下三种情况下观察检流计的指针位置：（a）自然光线下；（b）白炽灯
