任務(wù)五 光電接近開(kāi)關(guān)

教學(xué)內(nèi)容任務(wù)五光電接近開(kāi)關(guān)課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理；2.理解光電器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；3.了解光電開(kāi)關(guān)的類型。能力目標(biāo)1.學(xué)會(huì)光電開(kāi)關(guān)的外部接線方法；2.學(xué)會(huì)識(shí)別各類光電開(kāi)關(guān)。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)多角度分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力2.鼓勵(lì)學(xué)生積極通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)、生活中的實(shí)例達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)技能的目的教學(xué)重點(diǎn)1.掌握光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理；2.理解光電器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；3.了解光電開(kāi)關(guān)的類型。教學(xué)難點(diǎn)1.掌握光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理；2.理解光電器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動(dòng)畫(huà)觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動(dòng)畫(huà)，視頻教學(xué)過(guò)程教學(xué)要點(diǎn)及教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)引入在生活中我們經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到，超市時(shí)門(mén)口的自動(dòng)店鋪，當(dāng)有人進(jìn)入店面時(shí)，迎賓器會(huì)發(fā)出聲音禮貌提醒店家，如圖就是一套歡迎光臨套件，按照電路圖焊接電路，調(diào)試成功后，當(dāng)有物體劃過(guò)迎賓器時(shí)，你就能聽(tīng)到“歡迎光臨”。那么迎賓器是如何工作的呢？今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)一種接近開(kāi)關(guān)——光電近開(kāi)關(guān)。學(xué)生思考，了解廣電接近開(kāi)關(guān)在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)過(guò)程教學(xué)要點(diǎn)及教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)一、認(rèn)識(shí)光電器件1.光電效應(yīng)根據(jù)能量守恒原理，當(dāng)用光照射某一物體時(shí)，可以看作是一連串具有能量的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)，我們把這種物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。2．光電器件光電器件是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件，它是光電傳感器的主要部件，光電器件工作的基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。（1）光電管與光電倍增管光電管是基于外光電效應(yīng)的基本光電轉(zhuǎn)換器件。光電管分為真空光電管和充氣光電管兩種。光電管的典型結(jié)構(gòu)是將球形玻璃殼抽成真空，在內(nèi)半球面上涂一層光電材料作為陰極，球心放置小球形或小環(huán)形金屬作為陽(yáng)極。若球內(nèi)充低壓惰性氣體就成為充氣光電管。光電子在飛向陽(yáng)極的過(guò)程中與氣體分子碰撞而使氣體電離，可增加光電管的靈敏度。光電倍增管是將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的真空電子器件，光電倍增管用在光學(xué)測(cè)量?jī)x器和光譜分析儀器中。它能在低能級(jí)光度學(xué)和光譜學(xué)方面測(cè)量波長(zhǎng)200~1200納米的極微弱輻射功率。生活中電視電影的發(fā)射和圖象傳送就離不開(kāi)光電倍增管。光電倍增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機(jī)械、化工、地質(zhì)、醫(yī)療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。（2）光敏電阻光敏電阻又稱光導(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，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)。電容式接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開(kāi)的”電容器電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)，從而起到了檢測(cè)有無(wú)物體存在的目的。該傳感器能檢測(cè)金屬物體，也能檢測(cè)非金屬物體，對(duì)金屬物體可以獲得最大的動(dòng)作距離,對(duì)非金屬物體動(dòng)作距離決定于材料的介電常數(shù)，材料的介電常數(shù)越大，可獲得的動(dòng)作距離越大。2．電容式接近開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)電容式接近開(kāi)關(guān)的形狀及結(jié)構(gòu)隨用途的不同而各異。應(yīng)用較多的圓柱形電容式接近開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，它主要由檢測(cè)電極、檢測(cè)電路、引線及外殼等組成。檢測(cè)電極設(shè)置在傳感器的最強(qiáng)端，檢測(cè)電路裝在外殼內(nèi)并由樹(shù)脂灌封。在傳感器的內(nèi)部還裝由靈敏度調(diào)節(jié)器。使用者可依據(jù)不同環(huán)境和需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）光敏二極管光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。（4）光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。（5）光電耦合器光電耦合器（簡(jiǎn)稱光耦）如圖5-5-8所示，主要由發(fā)光源、信號(hào)放大和受光器三部分構(gòu)成。其中，發(fā)光源一般為發(fā)光二極管，信號(hào)放大部分一般為半導(dǎo)體光電子器件，受光器一般為光敏器件(光敏二極管、光敏三極管、光敏晶體管等)。它是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，二、光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理及分類1．光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。2．光電開(kāi)關(guān)的分類根據(jù)光電開(kāi)關(guān)工作原理的不同，大致可以將光電開(kāi)關(guān)分成以下幾種對(duì)射型光電開(kāi)關(guān)：由發(fā)射器和接收器組成，結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開(kāi)關(guān)可以相互分開(kāi)達(dá)50米。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因?yàn)楣馐缭礁袘?yīng)距離的時(shí)間僅一次；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置的消耗高，兩個(gè)單元都必須敷設(shè)電纜。漫反射型光電開(kāi)關(guān)：是當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)射光束時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，作用距離的典型值一直到3米。特征：有效作用距離是由目標(biāo)的反射能力決定，由目標(biāo)表面性質(zhì)和和顏色決定；較小的裝配開(kāi)支，當(dāng)開(kāi)關(guān)由單個(gè)元件組成時(shí)，通常是可以達(dá)到粗定位；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測(cè)量距離；對(duì)目標(biāo)上的灰塵敏感和對(duì)目標(biāo)變化了的反射性能敏感。鏡面反射型光電開(kāi)關(guān)：由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種標(biāo)準(zhǔn)配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對(duì)面的反射鏡被反射，即返回接收器，當(dāng)光束被中斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的變化。光的通過(guò)時(shí)間是兩倍的信號(hào)持續(xù)時(shí)間，有效作用距離從0.1米至20米。特征：辨別不透明的物體；借助反射鏡部件，形成高的有效距離范圍；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。槽式光電開(kāi)關(guān)：槽式光電開(kāi)關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)比較安全可靠的適合檢測(cè)高速變化，分辨透明與半透明物體。三、光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電物理量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等;也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了新的一頁(yè)。學(xué)生看ppt，認(rèn)識(shí)了解光電器件。閱讀，聽(tīng)老師講解，理解光電器件結(jié)構(gòu)分類。學(xué)生看ppt及課本認(rèn)識(shí)電容式接近開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。教學(xué)反饋及檢測(cè)【案例分析】光電開(kāi)關(guān)的實(shí)際應(yīng)用條形碼掃描槍，如圖5-5-14所示。當(dāng)掃描槍頭在條形碼上移動(dòng)時(shí)，若遇到黑色線條，發(fā)光二極管的光線將被黑線吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗，處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)遇到白色間隔時(shí)，發(fā)光