汽车电工电子基础(第二版)--6.1-汽车光电阳光传感器.pptx

广州合赢教学设备有限公司6.1 汽车光电阳光传感器项目六:汽车传感器与信号处理广州合赢教学设备有限公司传感器的定义与组成光电二极管的介绍和原理光敏二极管的主要技术参数光敏二极管的类型及其特性与用途光敏电阻与阳光传感器的检测12345阳光传感器在汽车上的应用光电转速传感器的工作原理与特点实施项目678广州合赢教学设备有限公司1.传感器的定义与组成 传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。1 1）敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被）敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。量。2 2）转换元件则将上述非电量转换成电参量。）转换元件则将上述非电量转换成电参量。3 3）测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成）测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。分。广州合赢教学设备有限公司2.光电二极管的介绍和原理 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PNPN结组成的半导体器件，结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。转换成电信号的光电传感器件。原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PNPN结的面积相对较大，结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。广州合赢教学设备有限公司3.光敏二极管的主要技术参数1 1）最高反向工作电压）最高反向工作电压 此电压为光电二极管反向工作时不足以使其击穿的最高此电压为光电二极管反向工作时不足以使其击穿的最高电压。电压。2 2）暗电流）暗电流 也称无照电流，是指没有光照时，光电二极管产生的反也称无照电流，是指没有光照时，光电二极管产生的反向电流，反向电流很小（一般小于向电流，反向电流很小（一般小于0.10.1微安）。微安）。广州合赢教学设备有限公司4.光敏二极管的类型及其特性与用途1 1）PNPN型型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度 计、照相机曝光计。计、照相机曝光计。2 2）PINPIN型型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传 真。真。3 3）发射键型）发射键型特性：使用特性：使用AuAu薄膜与薄膜与N N型半导体结代替型半导体结代替P P型半导体。型半导体。用途：主要用于紫外线等短波光的检测。用途：主要用于紫外线等短波光的检测。4 4）雪崩型）雪崩型特性：相应速度非常快，因具有倍速作用，故可检测微弱光。特性：相应速度非常快，因具有倍速作用，故可检测微弱光。用途：高速光通信、高速光检测。用途：高速光通信、高速光检测。广州合赢教学设备有限公司5.光敏电阻与阳光传感器的检测 光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的。在受光时，半导体受光照光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的。在受光时，半导体受光照产生载流子，由一电极到达另一电极，有效地参与导电，从而使光敏半导体产生载流子，由一电极到达另一电极，有效地参与导电，从而使光敏半导体的电阻率发生变化。光照强度越强，电阻越小；光照强度越弱，电阻越大。的电阻率发生变化。光照强度越强，电阻越小；光照强度越弱，电阻越大。例如例如:自动空调上的阳光传感器。自动空调上的阳光传感器。（1）光敏电阻在强光下测量，电阻为在强光下测量，电阻为4k 4k 左右，用布遮住阳光左右，用布遮住阳光传感器，电阻为传感器，电阻为，如图，如图6-26-2所示。所示。（2）阳光传感器的检测图6-2 阳光传感器检测广州合赢教学设备有限公司6.阳光传感器在汽车上的应用 阳光传感器安装在仪阳光传感器安装在仪表板中央上部，除霜出风表板中央上部，除霜出风口旁。阳光传感器反映日口旁。阳光传感器反映日光照射强度，这个输入用光照射强度，这个输入用来测量作用在车辆乘客身来测量作用在车辆乘客身上的阳光热效应，并以电上的阳光热效应，并以电压的大小传送信号给控制压的大小传送信号给控制模块模块ECUECU来控制鼓风机的来控制鼓风机的转速以及冷气出风的温度，转速以及冷气出风的温度，如图如图6-36-3所示。所示。图6-3 凌志LS400车上的阳光传感器工作原理图广州合赢教学设备有限公司7.光电转速传感器的工作原理与特点 汽车光电式转速传感器由带槽的遮光板、发光二极管、光耦合器、光汽车光电式转速传感器由带槽的遮光板、发光二极管、光耦合器、光敏晶体管等组成，如图敏晶体管等组成，如图6-46-4所示。光源所示。光源(发光二极管发光二极管)经随车轮传动的光栅盘经随车轮传动的光栅盘变为断续光，致使光断续器中的光敏三极管通断运行，经电路的放大整形后，变为断续光，致使光断续器中的光敏三极管通断运行，经电路的放大整形后，输出与转速成比例的方波脉冲列。输出与转速成比例的方波脉冲列。图6-4 光电式转速传感器的工作原理广州合赢教学设备有限公司8.项目实施1 1）光敏电阻的测量。）光敏电阻的测量。2 2）光敏传感器特性实训。）光敏传感器特性实训。3 3）光敏二极管的检测。）光敏二极管的检测。4 4）阳光传感器特性实训。）阳光传感器特性实训。（1）任务布置广州合赢教学设备有限公司积木连线实训板万用表可调锂电池模块敏感电阻积木板光敏元件积木板光强传感器实训板阳光传感器实训板连接导线（2）任务准备 需要准备以下器材。需要准备以下器材。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页1阅读知识链接，读识光敏电阻的结构示意图。阅读知识链接，读识光敏电阻的结构示意图。知识链接：什么是光敏电阻？其工作原理是怎样的？知识链接：什么是光敏电阻？其工作原理是怎样的？光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻的工作原理变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。流电压。1）光敏电阻的测量。（3）任务步骤广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页2用用万万用用表表欧欧姆姆档档连连接接光光敏敏电电阻阻接接线线端端子子，选选择择合合适适的的量量程程，在在没没有有遮遮光光时时光光敏敏电电阻阻的的阻阻值值为为_。（环环境境不不同同测测量量结结果果会会有有较较大大偏差）。偏差）。3用用手手的的一一部部分分遮遮住住光光敏敏电电阻阻，可可以以看看到到阻阻值值发发生生明明显显变变化化，此此时时光光敏敏电电阻阻的的阻阻值值为为_。4用用手手完完全全遮遮住住光光敏敏电电阻阻，此此时时光光敏敏电电阻阻的的阻阻值值为为_，从从实实训训中中我我们们可可以以得得出出光光敏敏电电阻阻的的特特性性是是随随光光照照强强度度的的增增加加阻阻值值_。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页1读读识识原原理理图图，电电位位器器W1W1控控制制LED1LED1的的电电流流，从从而而控控制制LED1LED1的的_，光光敏敏电电阻阻接接收收LED1LED1的的光光，从从而而改改变变阻阻值值，控控制制LED2LED2的的电电流流，从从而而控控制制它它的的亮亮度度，输输出出端端OUTOUT测测量量的的是是_的的电电压。压。2用用连连接接导导线线按按照照积积木木连连接接示示意意图图连连接接成成完完整整电路，注意连接前先关闭电源开关。电路，注意连接前先关闭电源开关。2）光敏传感器特性实训。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页3检查无误后接通电源，万用表调至直流电压20V挡，从左至右旋转电位器，观察各个LED和万用表读数的变化。当光照较弱时，光敏电阻 两 端 的 电 阻 较 _，输 出 电 压_，LED2的亮度_。4当光照较强时，光敏电阻两端的电阻较_，输出电压_，LED2的亮度_。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页1按照示意图连接实际电路，参考知识链接。按照示意图连接实际电路，参考知识链接。知识链接：如何检测光电二极管的好坏？知识链接：如何检测光电二极管的好坏？（1 1）电阻测量法：用万用表欧姆挡，光电二极管正向电阻约）电阻测量法：用万用表欧姆挡，光电二极管正向电阻约10k10k左右。在无光左右。在无光照情况下，反向电阻为照情况下，反向电阻为时，这管子是好的（反向电阻不是时，这管子是好的（反向电阻不是时说明漏电流大）；时说明漏电流大）；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几k k或或1k1k以下，则管以下，则管子是好的；若反向电阻都是子是好的；若反向电阻都是或为零，则管子是坏的。或为零，则管子是坏的。（2 2）电压测量法：用万用表）电压测量法：用万用表2V2V档，用红表笔接光电二极管档，用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接极，黑表笔接“”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0 02 20 04V4V。2无无遮遮光光环环境境下下用用万万用用表表二二极极管管档档测测量量光光电电二极管两端，其正向电阻值为二极管两端，其正向电阻值为_。3）光敏二极管的检测。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页3无无遮遮光光环环境境下下用用万万用用表表欧欧姆姆档档测测量量光光电电二二极极管管两两端端，其其反反向向电电阻阻值值为为_（测测量量数数值值随随环境亮度变化较大）。环境亮度变化较大）。4用用万万用用表表直直流流电电压压2V2V档档测测量量，无无光光照照或或微微光光照时其两端电压照时其两端电压_；极性；极性_。5用用万万用用表表直直流流电电压压2V2V档档测测量量，有有光光照照时时其其两两端电压端电压_；极性；极性_。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页1读读识识电电路路原原理理图图，电电路路分分两两部部分分，一一部部分分是是LEDLED亮亮度度控控制制电电路路，另另一一部部分分是是光光电电二极管接收电路。二极管接收电路。2用用连连接接导导线线按按照照积积木木连连接接示示意意图图连连接接成成完整电路，注意连接前先关闭电源开关。完整电路，注意连接前先关闭电源开关。4）阳光传感器特性实训。广州合赢教学设备有限公司步骤图 示工作页3检检查查无无误误后后接接通通电电源源，万万用用表表调调到到直直流流电电压压20V20V档档，从从左左至至右右调调节节发发光光二二极极管管D2D2亮亮度度电电位位器器，观观察察D1D1亮亮度度变变化化，并并记记录录相相关数据。关数据。4我我们们可可以以看看到到随随发发光光二二极极管管D2D2亮亮度度的的增增强强光光电电二二极极管管两两端端的的电电压压的的变变化化范范围围_，同同时时发发光光二二极极管管D1D1亮亮度变化的情况是度变化的情况是_。广州合赢教学设备有限公司检查项目检查项目结果或数据结果或数据检查项目检查项目结果或数据结果或数据检查项目检查项目结果或数据结果或数据连线是否规连线是否规范范是否认真观是否认真观察实训现象察实训现象是否单独完是否单独完成工作页成工作页是否出现异是否出现异常现象常现象测量数据是测量数据是否准确否准确是否严格执是否严格执行行6S6S管理管理（4）检查控制广州合赢教学设备有限公司