光电计数器的设计与制作.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,能力目标：能够选用光电传感器来设计,并实现光电自动控制电路,实践任务：,1,）光电传感器的选型,2,）设计光电自动控制功能的电路,3,）制作光电自动控制功能的电路,广东机电职业技术学院,-,传感器及应用,项目七：光电计数器的设计与制作,罐装生产流水线动画演示,、光电效应,1.,外光电效应,光电效应及其光电元件,在光线作用下，物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象,。,在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象,外光电效应动画演示,各种光电管外形图,2,、内光电效应,光电导效应,光敏晶体管效应,光生伏特效应,内光电效应动画演示,在光线作用下，物体电导性能发生变化或产生一定方向电动势的现象,光敏电阻外形图,光敏二极管外形图,光敏三极管外形图,各种光电池外形图,二、光电元件,1.,光电管,（,1,）原理：基于外光电效应,真空管、光电阴极,K,和光电阳极,A,（,2,）符号与结构：,光电管外形图,（,3,）特点：灵敏度高、光电特性线性较好,I,0,/,A,/,lm,光电管的光电特性,2,、光敏电阻,（,1,）原理：内光电效应的光电导效应,（,2,）符号与外形,（,3,）特性参数,暗电阻,:,置于室温、全暗条件,伏安特性,亮电阻,:,置于室温、一定光照条件,光电特性：非线性,光谱特性,响应时间：,温度特性,:,10,-1,s,10,-3,s,温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降,光敏电阻的光谱特性,（,5,）适用场合：常用于对测量要求不高的场合,（,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,3.,光敏晶体管,（,1,）原理：内光电效应的光电晶体管效应,光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管,（,2,）种类、符号与外形,外形图,（,3,）主要特性：,光谱特性：,硅管峰值波长为,0.9,m,锗管峰值波长为,1.5,m,光电特性：,输出电流,I,e,和光照度,E,e,呈线性关系,伏安特性：,温度特性：,温度对输出电流影响小，由光照度决定,响应时间：二极管,10,-4,s,10,-6,s,、三极管,10,-3,s,10,-5,s,（,5,）适用场合：,适用于模拟量测量及,要求快速响应的场合,（,4,）特点：,光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短,4.,光电池,（,1,）原理：内光电效应的光生伏特效应,（,2,）符号与外形：,（,3,）主要特性,光谱特性：,硅光电池,0.45,m,1.1,m,硒光池,0.34,m,0.57,m,光电特性：,频率特性：,硅光电池频率响应高，硒光电池频率响应差,温度特性：,温度,t,上升，开路电压,U,快速下降，,短路电流,I,缓慢上升。,（,4,）特点：,（,5,）适用场合：,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。,可用于模拟量测量响应较快的场合,光电池在动力方面的应用,太阳能赛车,太阳能电动机模型,太阳能 硅光电池板,光电池在动力方面的应用（续）,光电池在人造卫星上的应用,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。,光电式传感器应用,常用光源有：,白炽灯、发光二极管等,常用光学元件有：,反射镜、透镜、半透半反镜等,提问：,1.,光电效应有哪些？这些光电效应对,应哪些光电元件？,2.,这些光电元件有哪些特点？分别适,用哪些场合？,一、光电式传感器的应用类型,按其输出量性质可分：,模拟输出型光电传感器和数字输出型光电传感器,按被测物与光电元件和光源之间的关系，光电式传感器的应用有以下四种：,1,、光源本身就是被测物。,如：光电比色温度计、光照度计等,被测物,光电元件,2,、恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物,吸收一部分后到达光电元件上。,如：测液体透明度、烟尘浓度等,被测物,光电元件,恒光源,3,、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,被测物,光电元件,恒光源,4,、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,表等,被测物,光电元件,恒光源,特别指出：,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。,对于模拟量检测，一般要有参比信号，用来消,除或削弱背景光及温度等因素的影响。,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，物体辐射出的光波与,温度有关。,二、光电式传感器的应用举例,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,1,、,2,上的辐射强度,I,1,、,I,2,之比与该物体,的温度成指数关系。,光电比色温度计光路原理图,被测对象,物镜,半透半反镜,光阑,反射镜,目镜,观察者的眼睛,硅光电池,1,光导棒,分光镜,滤光片,硅光电池,2,光线,1,光线,2,光电比色温度计电路原理框图,硅光电池,1,R,f,R,f,运算电路,显示器,I,1,I,2,U,1,U,2,硅光电池,2,而,I,1,正比于,I,1,所以,U,1,正比于,I,1,2,、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或,及时发现楼宇火灾，对烟尘的监,测是必须的。,原理：恒定光源发出的光通量透过被测物，,由被测物吸收一部分后到达光电元件,上。,光电式烟尘浓度检测动画演示,光电式烟尘浓度计原理图,光源,聚光透镜,半透半反镜,反射镜,被测烟尘,光电池,1,光电池,2,R,f,R,f,运算电路,显示器,I,1,I,2,U,1,U,2,光电式烟尘浓度计原理图,光电三极管,2,光电三极管,1,+U,CC,U,1,U,2,+U,CC,运算器,显示器,光源,聚光透镜,半透半反镜,反射镜,被测烟尘,3,、光电式边缘位置检测器（遮挡式）,问题的提出：带型材料在生产过程中偏离正,确的位置如何进行纠偏控制。,原理：恒定光源发出的光通量经过被测物遮,挡一部分后，另一部分照射到光电元,件上。,光电式边缘位置检测器光路图,光源,透镜,光敏电阻,被测带材,暗,亮,光电式边缘位置检测器测量电路图,R,2,R,1,R,3,RP,R,R,R,f,R,f,U,o,U,cc,测量用光敏电阻,补偿用光敏电阻,遮光罩,注意问题：,2.,桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻；,1.,起始时，光路一半遮挡一半透过；,3.,光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里对测量,要求不高（用于控制）。,4,、光电式转速表（反射式）,问题的提出：传统测量转速的弊端，光电式转,速的优点。,原理：,恒定光源发出的光通量经被测物反射,后到达光电元件上。采用数字输出型,测量转速。,光电式转速测量动画演示,光电式转速表原理图,被测旋转物,遮光罩,放大整形电路,频率计电路,显示器,时基电路,n,由透镜、光源、光敏二极管和遮光罩组成光电开关,反光纸,透镜,光源,光敏二极管,透镜,注意问题：,1.,选用硅光电二极管（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。,红外传感器及其应用,1.,红外线辐射温度计：,红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从,-30,3000,，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。,红外测温仪的测温原理是将,物体,（如钢水）发射的红外线具有的,辐射能,转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。,红外线辐射温度计外形,激光仅 用于瞄准,红外线辐射温度计外形,红外线辐射温度计,用于食品温度测量,红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用,耳温仪,红外线辐射温度计用于人体额温测量,红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用,集成,IC,温度测量,红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）,利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）,红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）,利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）,温度 采集系统,2.,热释电传感器在人体检测、报警中的应用,热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。,热释电元件外形,热释电传感器简介,热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在,1938,年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等,您可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。,热释电传感器的内部电路,两块反向串联的热释电晶片,场效应管,热释电传感器工作原理,热释电晶片表面必须罩上一块菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。,从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。,菲涅尔透镜,(Fresnel lens),多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，其厚度随用途而变，多在,1mm,左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。,菲涅尔透镜,菲涅尔透镜外形,传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离小于,2m,，而加上该透镜后，其检测距离可增加,3,倍以上。,热释电套件,热释电报警器,菲涅尔透镜,设定按钮,高分贝喇叭,热释电报警器（续）,菲涅尔透镜,5mm,接插件,热释电报警器（续）,吸顶式 热释电报警器,热释电传感器应用,热释电传感器用于自动亮灯，当然也可以用于防盗,热释电传感器的感应范围,热释电感应灯,热释电传感器,自动感应灯,（参考施特朗公司资料）,热释电传感器在智能空调中的应用,智能空调能检测出屋内是否有人，微处理器据此自动调节空调的出风量，以达到节能的目的。,空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。,上下范围,左右范围,一、目的要求,1,、通过实训掌握红外线传感器的选用；,2,、掌握单稳态的工作原理；,3,、学会红外线的发射与接收电路制作；,4,、学会,BCD,码显示驱动电路设计；,实训项目：红外光电计数器的制作,红外发射、接收对管外形,红外发射管,红外接收管,方案一：红外光电计数器的设计,方案二：红外光电计数器的设计,（,1,）红外检测电路。由红外发射二极管,VDl,和红外接收二极管,VD2,等组成。,（,2,）,555,单稳态触发电路。,（,3,）,cd4518,cd4511,共阴数码管显示电路,二：单元电路设计：,三、元器件说明,1,、红外线发射和接收对管,常用的红外发光二极管（如,SE303,（,TLN104,白色与,PH303,（,TLP104,），其外形和发光二极管,LED,相似，发出红外光（近红外线约,0.93m,）。,管压降约,1.4V,，工作电流一般小于,20mA,。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。,2,、,NE555,管脚排列如下图，底座用,14,脚代替。,3,、,4518,芯片,管脚图及内部结构图,CD4518,是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二,/,十进制计数器，其功能引脚分别为,1,7,和,9,15.,该,CD4518,计数器是单路系列脉冲输入（,1,脚或,2,脚；,9,脚或,10,脚），,4,路,BCD,码信号输出（,3,脚,6,脚；,11,脚,14,脚）。,CD4518,控制功能：,CD4518,有两个时钟输入端,CP,和,EN,若用时钟上升沿触发,信号由,CP,输入,此时,EN,端为高电平（,1,）,若用时钟下降沿触发,信号由,EN,输入,此时,CP,端为低电平（,0,）,同时复位端,Cr,也保持低电平（,0,）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态,.,否则没办法工作。,将数片,CD4518,串行级联时，尽管每片,CD4518,属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，,CD4518,未设置进位端，可利用,Q4,做输出端。正确接法应是将低位的,Q4,端接高位的,EN,端，高位计数器的,CP,端接,USS,。,4,、,4511,芯片,管脚图及内部结构图,CD4511,是一片,CMOS BCD,锁存,/7,段译码,/,驱动器。其中,a b c d,为,BCD,码输入，,a,为最低位。,LT,为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“,8”,，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。,BI,为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，,B1,端应加高电平。,LE,是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。,a,g,是,7,段输出，可驱动共阴,LED,数码管。,四、元件的安装,注意布置要合理，锡焊要焊实，焊点要小，要均匀。线外线发射与接收对管要隔开。,五、思考题,1.,红外线温度传感器有何特点？,2.,为何要在控制电路中高置遮光板？,