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光電傳感器的設計 題 目： 光電傳感器的設計 院 （系）： 信息工程學院 專 業(yè)： 光電信息科學與工程 姓 名： 褚飛亞 學 號： 1301021020 指導教師： 張洋洋 2016年6月27號 摘要 隨著信息技術的迅猛發(fā)展，傳感器的應用技術也在飛速發(fā)展，新的應用技術呈現(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識。光電傳感器的應用技術為信息科學的一個分支，俗稱“電眼”。它是將傳統(tǒng)光學技術與現(xiàn)代微電子技術以及計算機技術機密結合的紐帶，是獲取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。 現(xiàn)如今汽車成為大多數(shù)人必不可少的東西。經常開車的朋友們，應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電動門的開關,既費時間又費人力,如果巧妙地利用光電傳感器就可以實現(xiàn)光控大門。 所以借此次課程設計來設計一個光控大門，即把光敏電阻裝在大門上并且在汽車燈光能照到的地方,把帶動大門的電動機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,干簧繼電器就可以自動接通電動機電路,電動機就能帶動大門打開。這樣就解決了上述的問題。 目 錄 1、設計要求 1 1.1功能與用途 1 1.2指標要求 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、方案設計 3 4、元件選擇和電路設計 4 4.1元件選擇 4 4.2電路設計 5 5、總結 7 參考文獻 8 1、設計要求 1.1功能與用途 光電傳感器是將光通量轉化為電量的一種傳感器。光電式傳感器的基礎是光電轉換元件的光電效應。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、高可靠性和反應快等特點，加之激光電源、光柵、光學碼盤、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應用，使得光電傳感器的內容極其豐富，在檢測和控制領域獲得了廣泛的應用。例如家用電視機的遙控器，太陽能的發(fā)電、電梯的安全光幕，火焰探測報警器等多個方面。 1.2指標要求 利用光電轉換元件的光電效應將光信息轉變?yōu)殡娦畔?，同時利用變電流生磁特性，從而達到控制相應電路的目。 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元件的傳感器.它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號.光電傳感器一般由光源,光學通路和光電元件三部分組成.光電檢測方法具有精度高,反應快,非接觸等優(yōu)點,而且可測參數(shù)多,傳感器的結構簡單,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、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。 2.2工作原理 由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件輸出量性質可分二類，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換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關系。模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)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；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經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。 3、方案設計 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。當線圈內有電流時，線圈產生的磁場使密封在干簧管內的兩個鐵質簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，線圈內沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復到分離狀態(tài)。 電路中的光敏電阻受到光照射時，電流相當強，用電器可以正常工作.而當光敏電阻不受光照射時，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，把帶動大門的電動機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，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動大門打開。 圖1 方案設計流程圖 4、元件選擇和電路設計 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，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關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，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和光照強度之間的關系，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 光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應。圖4 為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。 對應于不同波長，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曲線也不同。 （4）頻率特性 實驗證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強改變而立刻變化，即光敏電阻產生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大， 這是它的缺點之一。 不同材料的光敏電阻具有不同的時間常數(shù)（毫秒數(shù)量級）， 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體器件一樣，受溫度影響較大。溫度變化 時，影響光敏電阻的光譜響應，同時光敏電阻的靈敏度和暗電阻也隨之改變，尤其是響應于紅外區(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。 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、體積小等優(yōu)點，所以應用廣泛。 圖 6 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度 4.2電路設計 下圖即為光敏電阻開關電路，晶體管VT1、VT2構成施密特觸發(fā)電路。當減少入射到光敏電阻上的光通量時，VT1的基極電壓上升，直至管子導電為止，然后VT2由于反饋而變?yōu)榻刂範顟B(tài)，因此其集電極電壓上升，直至達到12.7左右為止。在12V時，穩(wěn)壓二極管VDW1便導電，通過VDW1的 電流使得VT3導通，于是繼電器被接通。二極管VD2阻尼繼電器線圈震蕩，因而對VT3起保護作用。50k?的可以對靈敏度進行調整。 5、總結 首先非常感謝老師的指導和幫助，因為他們的細心檢查和關注使我們的課程設計效果非常好。我從這次傳感器課程設計中收獲很多，懂得了許多知識，彌補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，擴展了自己的知識面，并且學會了一些電腦軟件，現(xiàn)在能夠很好的使用它們了。 參考文獻 [1] 楊幫文 .新型接近開關和光電開關使用手冊.電子工業(yè)出版社，2009.5. [2] 程軍.傳感器及實用檢測技術（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.沈陽：遼寧科技出版社，2001. [4] 李科杰.新編傳感器技術手冊.北京：國防工業(yè)出版社，2003. [5] 陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術.北京：高等教育出版社，2002.8. [6] 王慶有.光電傳感器應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2007.7.