任务五 光电接近开关

教学内容任务五光电接近开关课时2教学目标知识目标1.掌握光电接近开关的工作原理；2.理解光电器件的结构和特点；3.了解光电开关的类型。能力目标1.学会光电开关的外部接线方法；2.学会识别各类光电开关。素质目标1.培养多角度分析问题和解决问题的能力2.鼓励学生积极通过实际生产、生活中的实例达到学习知识技能的目的教学重点1.掌握光电接近开关的工作原理；2.理解光电器件的结构和特点；3.了解光电开关的类型。教学难点1.掌握光电接近开关的工作原理；2.理解光电器件的结构和特点；教学策略教法学法讲解，分析讨论，动画观看，ppt展示教学手段教具准备课件，多媒体，ppt，图片，动画，视频教学过程教学要点及教师活动学生活动教学引入在生活中我们经常会见到，超市时门口的自动店铺，当有人进入店面时，迎宾器会发出声音礼貌提醒店家，如图就是一套欢迎光临套件，按照电路图焊接电路，调试成功后，当有物体划过迎宾器时，你就能听到“欢迎光临”。那么迎宾器是如何工作的呢？今天我们就来学习一种接近开关——光电近开关。学生思考，了解广电接近开关在日常生产生活中的应用。教学过程教学要点及教师活动学生活动一、认识光电器件1.光电效应根据能量守恒原理，当用光照射某一物体时，可以看作是一连串具有能量的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，我们把这种物理现象称为光电效应。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。2．光电器件光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，它是光电传感器的主要部件，光电器件工作的基础是光电效应。（1）光电管与光电倍增管光电管是基于外光电效应的基本光电转换器件。光电管分为真空光电管和充气光电管两种。光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件，光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。生活中电视电影的发射和图象传送就离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。（2）光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。振荡两种信号转换成开关信号。电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离,对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。2．电容式接近开关的结构电容式接近开关的形状及结构随用途的不同而各异。应用较多的圆柱形电容式接近开关的结构图，它主要由检测电极、检测电路、引线及外壳等组成。检测电极设置在传感器的最强端，检测电路装在外壳内并由树脂灌封。在传感器的内部还装由灵敏度调节器。使用者可依据不同环境和需要进行调节。（3）光敏二极管光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。（4）光敏三极管光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。（5）光电耦合器光电耦合器（简称光耦）如图5-5-8所示，主要由发光源、信号放大和受光器三部分构成。其中，发光源一般为发光二极管，信号放大部分一般为半导体光电子器件，受光器一般为光敏器件(光敏二极管、光敏三极管、光敏晶体管等)。它是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，二、光电接近开关的工作原理及分类1．光电接近开关的工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。2．光电开关的分类根据光电开关工作原理的不同，大致可以将光电开关分成以下几种对射型光电开关：由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。漫反射型光电开关：是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。镜面反射型光电开关：由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从0.1米至20米。特征：辨别不透明的物体；借助反射镜部件，形成高的有效距离范围；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。槽式光电开关：槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。三、光电开关的应用光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。学生看ppt，认识了解光电器件。阅读，听老师讲解，理解光电器件结构分类。学生看ppt及课本认识电容式接近开关的结构。教学反馈及检测【案例分析】光电开关的实际应用条形码扫描枪，如图5-5-14所示。当扫描枪头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光