第十章下 光电传感器Ⅱ

自动检测技术课程授课教案PAGEPAGE1第十章光电传感器Ⅱ课题：光电传感器的应用课时安排：2课次编号：15教材分析难点光电开关重点光电传感器的应用教学目的和要求1.了解4种光电传感器的应用；2.了解光电断续器的及工作原理；3.了解光电池的电流/电压转换电路及计算；4.掌握光电开关的应用。采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种光电传感器，光电开关、光电断续器各教学环节和内容第三节光电传感器的应用光电传感器的最大特点：非接触式测量。四种类型的光电传感器的应用方式：1）光源本身是被测物，被测物发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图a所示。典型的例子有光电高温比色温度计、光照度计、照相机曝光量控制等。2）恒光源发射的光通量穿过被测物，一部分由被测物吸收，剩余部分投射到光电元件上，吸收量决定于被测物的某些参数，如图b所示，典型例子如透明度计、浊度计等。3）恒光源发出的光通量投射到被测物上，然后从被测物表面反射到光电元件上，光电元件的输出反映了被测物的某些参数，如图c所示。典型的例子如用反射式光电法测转速、测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。4）恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物，照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分，光电元件的输出反映了被测物的尺寸，如图d所示。典型的例子如振动测量、工件尺寸测量等。图10-22光电传感器的几种形式a）被测物是光源b）被测物吸收光通量c）被测物是有反射能力的表面d）被测物遮蔽光通量1－被测物2－光电元件3－恒光源－、光源本身是被测物的应用实例1．红外线辐射温度（略讲）辐射温度计可分为高温辐射温度计、高温比色温度计、红外辐射温度计等。图10-23红外辐射温度计a）表面温度测量b）内部原理框图c）现场使用1－枪形外壳2－红色激光瞄准系统3－滤光片4－聚焦透镜2．热释电传感器在人体检测、报警中的应用（实物演示）将热释电传感器放置于讲台，接通电源开关。在学生摇动手臂时，就会发出滴滴的报警声响。当所有人无一人摇动时，无反应。解释菲涅尔透镜在防干扰中的用途。图10-25热释电型人体检测原理图a）菲涅尔透镜示意图b）电原理框图c）防盗报警示意图1－菲涅尔透镜2－热释电元件3－传感器外形二、被测物吸收光通量的应用实例——光电式浊度测量图10-26光电式浊度计原理图1－恒流源2－半导体激光器3－半反半透镜4－反射镜5－被测水样6、9－光电池7、10－电流/电压转换器8－标准水样分析工作过程，重点是两路激光怎么走，经过什么物质，受到什么影响。提问：Uo1/Uo2值的范围是多少？答案提示：0~1分析采用参比通道的好处：例如当电池电压降低时，……又如：当环境温度升高时：光电池灵敏度降低，Uo1、Uo2同时下降。由于两个通道的结构完全一样，所以在最后运算Uo1/Uo2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。复习差动的概念：图3-4、图5-4。将上述装置加以改动后，还可以制成什么仪器：光电比色计、血色素测量、化学分析等。三、被测物体反射光通量的应用实例1．反射式烟雾报警器判断火灾发生时伴随时的有光和热的化学反应：（1）产生热量，使环境温度升高：热敏电阻；（2）产生可燃性气体：气敏电阻；（3）产生烟雾：烟雾报警器（遮光式、反射式）；（4）产生火焰：辐射出红外线、可见光和紫外线：紫外线报警器。分析：在火灾报警中，为什么不能测量单凭红外线增大，判断火灾？取暖设备、电灯、太阳光线都包含有红外线或可见光。紫外线的判断：利用本章第一节介绍过的紫外线管（外光电效应型）、也可以用某些专用的半导体内光电效应型紫外线传感器，能够有效地监测火焰发出的紫外线，但应避开太阳光的照射，以免引起误动作。图10-28漫反射式烟雾传感器示意图a）原理示意图b）外形1－红外发光二极管2－烟雾检测室3－透烟孔4－红外光敏晶体管5－黑色吸光绒布6－烟雾分析遮光型和反光型光电反射型烟雾传感器的结构和工作原理。提问：为什么采用反光型光电反射型烟雾传感器比遮断式好？提示：反光型光电反射型烟雾传感器的输出“本底”小。（就是说，理论上，没有烟雾的时候，没有输出信号）。经过放大，可以得到脉冲信号。罗嗦一句：为什么反光型光电反射型烟雾传感器中的LED的激励电流要采用脉冲调制？解释电子学中的调制的概念。提示：在反射式烟雾报警器中，红外LED的激励电流用40kHz调制的脉冲，所以红外光敏管接收到的光信号也是同频率的调制光。它输出的40kHz电信号经窄带选频放大器放大、检波后成为直流电压，再经低放和阈值比较器输出报警信号。室内的灯光（100Hz），太阳光（基本恒定）……即使泄露进烟雾检测室，也无法通过40kHz选频放大器，所以不会引起误报警。2．光电式转速表什么是转速：转速是指每分钟内旋转物体转动的圈数，它的单位是r/min。光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速，动态特性较好，可以用于高转速的测量而又不干扰被测物的转动。转速的单位：r/min。光电式转速表的特点：可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速。n＝60f/（反光片的个数z）图10-29光电式转速表工作原理a）光路及工作原理框图b）各点波形c）现场测量1－光源（LED）2、6－聚焦透镜3－被测旋转物4－反光纸5－遮光罩6－光敏二极管8－放大、整形电路9－秒信号闸门电路由于被测旋转物体上只有一个反光片，所以每转只产生1个脉冲，则转速n为以上大部分脉冲处理过程可以由单片机来完成，并且可以利用同步电路来消除“±1”误差。3．色彩传感器（看PPT）图10-30色彩传感器及信号处理示意图1－红、绿、蓝滤色片2－玻璃基板3－α-Si4－透明导电膜5－公共电极6－背面引出电极7－遮光保护树脂8－电流/电压转换器四、被测物遮挡光通量的应用实例1．光电式带材跑偏检测器（主要是看PPT，不详细讲）图10-32光电式边缘位置检测纠偏及测控原理图a）原理示意图b）光电检测装置c）测量电路1-被测带材2-开卷电动机3-卷取辊4-伺服液压缸5-活塞6-滑台7-光电边缘位置检测传感器8-LED光源9-扩束透镜、10-平行光束透镜11-汇聚透镜12-光电池E113－温度补偿光电池E214－遮光罩15－跑偏指示2．光电线阵在带材宽度检测中的应用图10-33光敏二极管线阵在带材宽度检测中的应用1－平行光源（光幕）2－狭缝3－被测带材4－光敏二极管阵列可以用CCD照相机进行智能识别和计算宽度、面积等。第四节光电开关及光电断续器一、光电开关的结构和分类光电开关可分为两类：遮断型和反射型。反射型分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。只要不是全黑的物体均能产生漫反射。散射型光电开关的检测距离与被测物的黑度及表面反射率有关，一般只有几百毫米。图10-34光电开关类型及应用a）遮断型b）反射镜反射型c）散射型1－发射器2－接收器3－被测物4－反射镜5－带偏滤光片的接收器光电开关的应用，看PPT。二、光电断续器遮断型（也称槽式）的槽宽、深度及光敏元件可以有各种不同的形式，并已形成系列化产品，可供用户选择。反射型的检测距离较小，多用于安装空间较小的场合。由于检测范围小，光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动。红外LED的正向压降约为1.1～1.3V，驱动电流控制在30mA以内。图10-38光电断续器a）遮断型b）反射型1－发光二极管2－红外光3－光敏元件4－槽5－被测