傳感器原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)(共17頁(yè))

1、傳感器原理(yunl)與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)(jsh)與儀器 設(shè)計(jì)(shj)題目： 光控手電筒 班級(jí)：1242 學(xué)生姓名：楊儻月 學(xué)號(hào)： 06 指導(dǎo)教師： 張立新 馮璐 分院院長(zhǎng)： 許建平 教研室主任： 馮璐 電氣工程學(xué)院目錄(ml)TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc23899 第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容(nirng)及要求1 HYPERLINK l _Toc2972 1.1課程設(shè)計(jì)題目(tm)1 HYPERLINK l _Toc16115 1.2 設(shè)計(jì)目的1 HYPERLINK l _Toc28803 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容1 HYPERLINK l _Toc3719

2、 第二章 設(shè)計(jì)計(jì)劃與方案論證2 HYPERLINK l _Toc18654 2.1 設(shè)計(jì)思路來(lái)源2 HYPERLINK l _Toc27758 2.2 設(shè)計(jì)電路思路2 HYPERLINK l _Toc2820 2.3 方案論證（電路原理）4 HYPERLINK l _Toc21531 第三章 設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)5 HYPERLINK l _Toc19099 3.1 元件清單5 HYPERLINK l _Toc27581 3.2 相關(guān)元器件的說(shuō)明和介紹 5 HYPERLINK l _Toc575 3.3課設(shè)步驟 第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容(nirng)及要求1.1課程設(shè)計(jì)題目(tm)光敏開(kāi)關(guān)(kigun)傳

3、感器檢測(cè)電路1.2 設(shè)計(jì)目的（1）培養(yǎng)學(xué)生測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。（2）系統(tǒng)訓(xùn)練典型傳感器的應(yīng)用能力。（3）提高傳感器及其應(yīng)用電路的調(diào)試能力。（4）重點(diǎn)掌握典型傳感器的應(yīng)用方法、測(cè)量范圍、應(yīng)用電路以及檢測(cè)精度與誤 差等解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案和操作方法。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）提出總體設(shè)計(jì)方案；（2）應(yīng)用傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備與自制電路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；（3）系統(tǒng)硬件電路調(diào)試；（4）撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文；（5）完成課程設(shè)計(jì)答辯。（6）以下題目由學(xué)生任選其一完成。設(shè)計(jì)題目A類1）直流電壓傳感器檢測(cè)電路；2）交流電壓傳感器檢測(cè)電路；3）直流電流傳感器檢測(cè)電路；4）交流電流傳感器檢測(cè)電路；5）電阻傳感器檢測(cè)電路；6）電容傳

4、感器檢測(cè)電路；7）電感傳感器檢測(cè)電路。 主要參數(shù)：供電電源、測(cè)量范圍、測(cè)量精度、線性度、輸出類型(lixng)（電壓/電流(dinli)）等。設(shè)計(jì)(shj)題目B類1）光電開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)電路；2）接近開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)電路；3）光敏開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)電路；4）濕敏開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)電路；5）氣敏開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)電路； 主要參數(shù)：供電電源、測(cè)量范圍、測(cè)量精度、輸出類型（電平/觸點(diǎn)）等。設(shè)計(jì)題目C類1）溫度變送器；2）壓力變送器；3）位移變送器；4）液位變送器；5）稱重變送器。 主要參數(shù)：供電電源、測(cè)量范圍、測(cè)量精度、輸出類型（DC0-2V,0-20mA）等。設(shè)計(jì)(shj)計(jì)劃與方案論證2.1 設(shè)計(jì)(shj)思

5、路來(lái)源隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多高端技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)(shxin)了自動(dòng)檢測(cè)與控制。同時(shí)傳感器的應(yīng)用也逐漸增多，遍及人們生活的各個(gè)方面，給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)極大的方便。 本設(shè)計(jì)選用光敏傳感器，對(duì)特殊場(chǎng)合的光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)與報(bào)警。主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚、城市照明等對(duì)光照強(qiáng)度有要求的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管作為警示燈，當(dāng)光照強(qiáng)度不滿足要求時(shí)就會(huì)發(fā)光起到警示的作用。2.2 設(shè)計(jì)電路思路要設(shè)計(jì)光控?zé)?，首先要掌握光敏電阻的特性，光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器,常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照

6、射下（光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化），其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。經(jīng)測(cè)量隨著外部環(huán)境的改變，本次所用光敏電阻阻值的變化范圍為2K-3M,即在有光照射時(shí)電阻阻值下降，無(wú)光照時(shí)阻值上升，根據(jù)這一特性可以控制三極管工作狀態(tài)進(jìn)而控制燈的亮滅的電路。 三極管工作狀態(tài)分為放大、截止和飽和。當(dāng)工作在放大區(qū)時(shí)，

7、發(fā)射極正偏，集電極反偏；當(dāng)工作在截止區(qū)時(shí)，發(fā)射極和集電極均反偏；當(dāng)工作在飽和狀態(tài)時(shí)，發(fā)射極和集電極均正偏。同時(shí)三級(jí)管有兩種材料做成，一種為硅管，其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.7V；一種為鍺管，其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.3V。三極管種類(zhngli)有NPN和PNP兩種，本次課設(shè)用到的三極管為NPN型硅管9014和PNP型硅管9012。2.3 方案論證（電路(dinl)原理） 由2.2設(shè)計(jì)電路(dinl)思路設(shè)計(jì)出如圖2.3的電路圖。圖 2.3 如圖2.3所示，光敏電阻R1和可調(diào)電阻RP組成串聯(lián)電路，當(dāng)光線變暗時(shí)，光敏電阻阻值升高，RP兩端電壓下降，使VT1晶體管C、E之間阻值變大，導(dǎo)致VT2、U

8、b升高C、E之間電阻迅速減小，發(fā)光二極管導(dǎo)通。反之不亮。電子光控開(kāi)關(guān)，將發(fā)光管改接繼電器，可控制各種電器設(shè)備，可作為機(jī)器人光控探頭。通電后，調(diào)節(jié)RP可以改變控制要求。設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)(shxin)3.1 元件(yunjin)清單VT1 9014 1個(gè)VT2 9014 1個(gè)光敏電阻R1 1支滑動(dòng)變阻器RP 10K 1支電阻R2 4.7K 1支發(fā)光二極管VD 一個(gè)3.2 相關(guān)(xinggun)元器件的說(shuō)明和介紹 3.2.1光敏電阻 圖3.2.1介紹(jisho)及應(yīng)用 光敏電阻又稱光阿導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅

9、速 6 減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。 光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，太陽(yáng)能庭院燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂(lè)(ynyu)杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開(kāi)關(guān)，路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸?，燈具等光自?dòng)開(kāi)關(guān)控制領(lǐng)域。 光敏電阻(un mn din z)的分類圖根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器： （1）紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較

10、靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。 （2）紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 （3）可見(jiàn)光光敏電阻(un mn din z)器：包括 HYPERLINK /view/38906.htm t _blank 硒、 HYPERLINK /view/797739.htm t _blank 硫化鎘、 HYPERLINK /view/488636.htm t _blank 硒化鎘、 HYPERLINK /view/3099350.htm t _blan

11、k 碲化鎘、 HYPERLINK /view/34646.htm t _blank 砷化鎵、 HYPERLINK /view/4748.htm t _blank 硅、 HYPERLINK /view/34272.htm t _blank 鍺、 HYPERLINK /view/39160.htm t _blank 硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶，航標(biāo)燈、路燈(ldng)和其他 HYPERLINK /view/3842448.htm t _blank 照明(zhomng)系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢

12、測(cè)器，照相機(jī) HYPERLINK /view/3842539.htm t _blank 自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。（本設(shè)計(jì)采用的就是） 主要參數(shù)特性 （1）光電流、亮電阻。 光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，流過(guò)的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。（2）暗電流、暗電阻。 光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。 （3）靈敏度。 靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。（4）光照特性。

13、 光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開(kāi)始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。（5）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來(lái)描述(mio sh)光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對(duì)于(duy)光敏器件來(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓(diny)的增大而增大。溫度系數(shù)光敏電阻的光電效應(yīng)受 HYPERLINK /view/8193.htm t _blank 溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。 額定功率額定功率是指光敏電阻用于某

14、種線路中所允許消耗的 HYPERLINK /view/44147.htm t _blank 功率，當(dāng)溫度升高時(shí)，其消耗的功率就降低。 工作原理 光敏電阻原理圖 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其 HYPERLINK /view/495141.htm t _blank 靈敏度。在黑暗環(huán)境里

15、，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要 HYPERLINK /view/9448.htm t _blank 光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的 HYPERLINK /view/3476.htm t _blank 電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶 HYPERLINK /view/532075.htm t _blank 正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的 HYPERLINK /v

16、iew/1528693.htm t _blank 金屬電極加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加 HYPERLINK /view/2070482.htm t _blank 直流電壓，也加 HYPERLINK /view/3822215.htm t _blank 交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。3.2.2 發(fā)光(f un)二極管 圖3.3 發(fā)光(f un)二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一

17、定電流通過(guò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)(bchng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用(zuyng)，所以L

18、ED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的 HYPERLINK /view/1201023.htm t _blank 晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù) HYPERLINK /view/394083.htm t _blank 載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加 HYPERLINK /view/2979173.htm t _blank 反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用 HYPERLINK /view/2243347.htm t _b

19、lank 注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向 HYPERLINK /view/670206.htm t _blank 工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED HYPERLINK /view/767315.htm t _blank 陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體 HYPERLINK /view/51869.htm t _blank 晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。3.2.3 三極管 三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管,晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號(hào)放大成輻值較大的電信號(hào)， 也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。

20、三極管在我們的日常生活中非常常用，90三極管在電子制作中也是一個(gè)不可缺少的重要部分。9014則為NPN型、45V 100mA、功率(gngl)為450mW、頻率(pnl)為150MHz 、放大(fngd)倍數(shù)為20-90。3.3課設(shè)步驟 1.確定課題設(shè)計(jì)電路并計(jì)算出所需元件的大小 2.采購(gòu)元器件 3.焊接電路 除電池外，全部元器件都可焊裝在印刷電路板上。安裝順序?yàn)镽2、R1，再裝RP可調(diào)電阻、兩支三極管和發(fā)光管。通電后，調(diào)節(jié)RP可以改變控制要求。 4.檢查實(shí)際所焊電路并調(diào)試 (1)觀察電路是否有虛焊點(diǎn)或是短路的地方，并檢查實(shí)際所焊電路是否與電路圖一致并調(diào)試錯(cuò)誤。 (2) 檢查發(fā)光二極管是否損壞：將萬(wàn)用表至于測(cè)二極管的檔位，將紅黑表筆分別接在發(fā)光二極管的兩端，查看發(fā)光二極管是否發(fā)光，若有一次測(cè)量發(fā)光則說(shuō)明二極管正常。 （3）檢查光敏電阻是否正常。將萬(wàn)用表至于測(cè)電阻的檔位，分別測(cè)量在有光照和無(wú)光照時(shí)光敏電阻的電阻。若電阻為0或是無(wú)窮大，則說(shuō)明此光敏電阻損壞。第四章 課程設(shè)計(jì)心得(xnd) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)傳感器書(shū)上的知識(shí)又復(fù)習(xí)了一遍，而且更重要的是電