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光電傳感器的設(shè)計(jì) 題 目： 光電傳感器的設(shè)計(jì) 院 （系）： 信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 光電信息科學(xué)與工程 姓 名： 褚飛亞 學(xué) 號(hào)： 1301021020 指導(dǎo)教師： 張洋洋 2016年6月27號(hào) 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(cè)控系統(tǒng)中對(duì)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(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(chēng)“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。 現(xiàn)如今汽車(chē)成為大多數(shù)人必不可少的東西。經(jīng)常開(kāi)車(chē)的朋友們，應(yīng)該都有過(guò)這樣的苦惱每次開(kāi)車(chē)到了單位或者小區(qū)大門(mén)口都要等門(mén)衛(wèi)來(lái)開(kāi)門(mén)或者等其按動(dòng)電動(dòng)門(mén)的開(kāi)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(mén)。 所以借此次課程設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)光控大門(mén)，即把光敏電阻裝在大門(mén)上并且在汽車(chē)燈光能照到的地方,把帶動(dòng)大門(mén)的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中,那么夜間汽車(chē)開(kāi)到大門(mén)前,燈光照射到光敏電阻時(shí),干簧繼電器就可以自動(dòng)接通電動(dòng)機(jī)電路,電動(dòng)機(jī)就能帶動(dòng)大門(mén)打開(kāi)。這樣就解決了上述的問(wèn)題。 目 錄 1、設(shè)計(jì)要求 1 1.1功能與用途 1 1.2指標(biāo)要求 1 2、光電傳感器介紹及工作原理 2 2.1、光電傳感器 2 2.2工作原理 2 3、方案設(shè)計(jì) 3 4、元件選擇和電路設(shè)計(jì) 4 4.1元件選擇 4 4.2電路設(shè)計(jì) 5 5、總結(jié) 7 參考文獻(xiàn) 8 1、設(shè)計(jì)要求 1.1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(cè)靈活多樣，可測(cè)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(pán)、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(cè)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(yáng)能的發(fā)電、電梯的安全光幕，火焰探測(cè)報(bào)警器等多個(gè)方面。 1.2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。 2、光電傳感器介紹及工作原理 2.1、光電傳感器 光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器.它首先把被測(cè)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(cè)方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點(diǎn),而且可測(cè)參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈活多樣,它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測(cè)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。 2.2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(cè)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(lèi)，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(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)物體)方法可分為透射式，漫反射式，遮光式三大類(lèi)。所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測(cè)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(cè)物上,再?gòu)谋粶y(cè)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(cè)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(cè)物體在光路位置有關(guān)。 3、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(chǎng)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(lái)的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，線圈內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，磁場(chǎng)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.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(mén)上汽車(chē)燈光能照到的地方，把帶動(dòng)大門(mén)的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中，那么夜間汽車(chē)開(kāi)到大門(mén)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(mén)打開(kāi)。 圖1 方案設(shè)計(jì)流程圖 4、元件選擇和電路設(shè)計(jì) 4.1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(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱(chēng)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(jiàn)，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(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(zhǎng)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(zhǎng)的關(guān)系稱(chēng)為光敏電阻的光譜特性，亦稱(chēng)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(zhǎng)，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 圖4 光敏電阻的光譜特性 圖5 光敏電阻的頻率特性 (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(zhǎng)短的方向移動(dòng)。 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(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。 圖 6 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度 4.2電路設(shè)計(jì) 下圖即為光敏電阻開(kāi)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(guò)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。 5、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(kāi)關(guān)和光電開(kāi)關(guān)使用手冊(cè).電子工業(yè)出版社，2009.5. [2] 程軍.傳感器及實(shí)用檢測(cè)技術(shù)（第一版）.西安電子科技出版社，2008.8. [3] 楊崇志.特殊新型電子元器件手冊(cè).沈陽(yáng)：遼寧科技出版社，2001. [4] 李科杰.新編傳感器技術(shù)手冊(cè).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003. [5] 陳杰，黃鴻.傳感器與檢測(cè)技術(shù).北京：高等教育出版社，2002.8. [6] 王慶有.光電傳感器應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.7.