《传感器与自动检测技术》电子教案（模块5）

《模块五光电传感器》教案PAGE1第1页共5页《单元1光电效应及其光电元件》教案课题单元1光电效应及其光电元件教学目的了解光电效应和光电元件；理解光电元件的主要特性和特点。教学重点光电元件的主要特性和特点教学难点光电元件的主要特性教学资源多媒体教学课件，光电元件实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入模块五光电传感器光电式传感器是将被测参数的变化转换成光通量的变化，再通过光电元件转换成电信号的一种传感器。【动画】罐装生产流水线计数动画提纲挈领法应用案例法概念分析单元1光电效应及其光电元件一、光电效应光电效应是光照作用下，物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象。可分为三类：1．外光电效应在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象称为外光电效应，也称光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有光电管。【动画】外光电效应的光电元件原理动画【图示】各种光电管外形图2．内光电效应在光线作用下，物体电阻率改变的现象，又称为光电导效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管和光电池。【动画】内光电效应的光电元件原理动画【图示】光敏电阻、光敏二极管、光敏二极管、光电池外形图二、光电元件光电管（1）原理：基于外光电效应（2）符号与结构【图示】光电管的外形图（光电管符号）（3）特点：灵敏度高、光电特性线性较好【图示】光电管的光电特性2．光敏电阻（1）原理：基于内光电效应（2）符号与外形（光敏电阻符号）（3）主要特性：暗电阻、亮电阻、伏安特性、光电特性、光谱特性、响应时间（10-1～10-3s）、温度特性。【图示】光敏电阻的伏安特性；光敏电阻的光谱特性（4）特点：价格便宜、光电特性非线性、响应时间长、受温度影响大。（5）适用场合：常用于对测量要求不高的场合3．光敏晶体管（1）原理：基于光生伏特效应（2）种类、符号与外形：种类：光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管（光敏晶体管符号）【图示】各种光敏晶体管外形图（3）主要特性：光谱特性、伏安特性、光电特性、温度特性、响应时间（二极管10-4～10-6、三极管10-3～10-5）。【图示】光敏三极管的伏安特性（4）特点：光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短（硅光敏二极管10-4）（5）适用场合：适用于模拟量测量及要求快速响应的场合。4．光电池（1）原理：基于内光电效应（2）符号与外形【图示】光电池外形图（光电池符号）（3）主要特性：光谱特性、光电特性、频率特性、温度特性。【图示】光电池的光电特性（4）特点：测量短路电流光电特性线性好、受温度影响小，硅光电池频率响应较好。（5）适用场合：可用于模拟量测量响应较快的场合。循序渐进法动画讲演法图示展演法动画讲演法图示展演法图示展演法图示讲演法总结归纳法图示讲演法总结归纳法图示展演法总结归纳法作业教材认知训练5－1，5－4练习巩固法本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

《单元2光电式传感器的应用》教案课题单元2光电式传感器的应用教学目的1、熟悉光电式传感器的应用类型2、掌握光电式传感器的常见应用实例教学重点光电式传感器的应用举例教学难点光电比色温度计教学资源多媒体教学课件，光电转速测量装置教学手段多媒体课堂教学，检测场景模拟教学教学过程及教学内容教学方法引入单元2光电式传感器的应用光电式传感器的组成：光源、光学元件和光电元件组成光路系统，再经转换电路而构成。【提问】光电效应有哪些？这些光电效应对应哪些光电元件？这些光电元件有哪些特点？分别适用哪些场合？（光电管除外）提纲挈领法复习提问法应用介绍一、光电式传感器的应用类型按输出量性质可分为模拟输出型和数字输出型。按被测物与光电元件和光源之间的关系可分为以下四种：1．【图示】光源本身就是被测物；如：光电比色温度计。2．【图示】恒定光源发出的光通量透过被测物到达光电元件上；如：测液体透明度。3．【图示】恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部分后照射到光电元件上；如：测元件尺寸、运动状态等。4．【图示】恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达光电元件上；如：测纸张白度、零件表面粗糙度，光电转速表。【注意】①光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，即光源发出的光应该在光电元件接受灵敏度最高的频率范围内。②对于模拟量检测，一般要有参比信号和温度补偿措施，用来消除或削弱背景光及温度等因素的影响。图示讲演法概念推演法案例分析二、光电式传感器的应用案例1．光电传感器的模拟量检测（1）光电比色温度计（光源本身是被测物）问题的提出：高温测量时物体辐射出的光波与温度有关。【图示】扫描式光电比色温度计原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的辐射程度Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系。【图示】光电比色温度计光路原理图和电路原理框图由光路图及电路原理框图介绍其原理，注意参比信号。分析可得：（2）光电式烟尘浓度计（透射式）问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量和节能的要求，对烟尘的监测是必须的。原理：光透过被测物到达光电元件上注意参比信号，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。【动画】光电式烟尘浓度检测动画【图示】光电式烟尘浓度计原理图（2种电路图）（3）光电式边缘位置检测器（遮挡式）问题的提出：光电式边缘位置检测器是用来检测带型材料在生产过程中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。原理：光经被测物反射后到达光电元件上【图示】光电式边缘位置检测器光路图；光电式边缘位置检测器测量电路图；光电式传感器在带材纠偏中的应用【注意】①光路一半遮挡一半透过；②桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻；③光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里限用于控制。2．光电传感器的数字量检测（1）光电式接近开关【图示】光电开关的工作原理；各种光电开关的工作原理【动画】反射式光电液位开关原理动画（2）光电断续器【图示】光电断续器示意图；光电断续器的各种应用实例演示图；光电断续器转速测量原理示意图；光电断续器加工定位示意图【动画】光电断续器计数动画（3）光电式转速表（反射式）问题的提出：由于机械式转速表和接触式电子转速表精度不高，且影响被测物的运转状态，而光电式转速计可用于测量高转速而又不影响被测物。原理：光经被测物反射后到达光电元件上【动画】光电式转速测量动画【图示】光电式转速表原理图【注意】①选用光电二极管（响应时间短）用于高频调制信号测量；②数字量测量，不用参比信号。总结以上各例使学生建立光路系统与电路结合的概念，并