檢測技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告

系別 自動化工程系

班級

姓名

學(xué)號

指導(dǎo)教師

201*年1月

光電傳感器測量系統(tǒng)的設(shè)計

一、設(shè)計目的

1、了解光電式傳感技術(shù)的基本原理，掌握光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻、光電池傳感器等的結(jié)構(gòu)、原理、特性及使用注意事項。掌握光電效應(yīng)的概念。

2、了解各種光電元件的性能參數(shù)指標(biāo)及一些其他特性。

3、掌握數(shù)字光照度計的使用方法。

4、了解典型傳感器的技術(shù)指標(biāo)，重點(diǎn)掌握傳感器的設(shè)計要求。

5、掌握正確調(diào)試電路的方法。

6、掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，利用開放式傳感器實(shí)驗(yàn)箱更具體的了解光電傳感器的工作原理和應(yīng)用，學(xué)會簡單傳感器控制電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測試方法，提高動手能力。

7、掌握基本的傳感器設(shè)計方法，進(jìn)一步了解常規(guī)敏感元器件的工作原理和特性，

二、設(shè)計任務(wù)及要求

1. 測量光照強(qiáng)度與電壓的關(guān)系并作出正確的曲線及圖表。

2. 根據(jù)所提供的設(shè)備，正確選擇傳感器、相關(guān)元件。

計算機(jī)、LabVIEwww.weilaioem.comz.netv。

圖 1-45實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況

5、通過長時間光照，改變電壓值及光照值，再次觀察實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況，如圖1-46所示，此時時間為16：51：45電壓值為12mv，光照強(qiáng)度為0.285

圖 1-46 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況

6、再次觀察運(yùn)行情況，如圖 1-47 所示，此時時間值為16：52：20，電壓值為13mv，光照強(qiáng)度為0.321

圖 1-47 運(yùn)行情況

7、根據(jù)長時間光照，電壓值和光強(qiáng)度變化，測的數(shù)據(jù)填入表中如圖2-1所示，并作曲線圖如圖2-2所示

光強(qiáng)（lux）

0.285

0.321

15

17

54

85

124

電壓（mv）

12

13

540

630

900

1450

2030

圖 2-1 表格

圖 2-2 光敏三極管光照特性曲線圖

（四）小結(jié)

通過本次課設(shè)時間使我深刻的體會到檢測技術(shù)與各種儀器的重要性。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防建設(shè)和日常生活中，人們需要測量外部世界的一些非電量，例如，位移、速度、加速度、力、力矩、溫度、壓力、流量和成分等，以便及時、準(zhǔn)確地獲得信息，這就必須合理選擇和善于應(yīng)用各種傳感器和檢測儀表。這次的課程設(shè)計實(shí)驗(yàn)不僅培養(yǎng)了我們動手能力更重要的是培養(yǎng)了我們動腦的能力，自己設(shè)計、自己創(chuàng)新，重在自學(xué)的過程。做過制作檢測程序后使我收獲很多，不僅學(xué)會了很多知識，而且收獲了快樂、感到成功的喜悅，同時認(rèn)識到自己的很多不足，在今后的學(xué)習(xí)過程中可以更好的學(xué)習(xí)。

六、相關(guān)問題

1．什么是傳感器？（傳感器定義）

答：傳感器是一種以一定精確度把被測量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、便于應(yīng)用的某種物理量（主要是電量）的測量裝置。
2．傳感器由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？

答：傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路組成。

①　敏感元件，它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。

②　轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。

③　轉(zhuǎn)換電路：將上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。

3.傳感器按能量的傳遞方式可分為哪幾類

答：傳感器按能量的傳遞方式分類。將非電量轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件均可分為兩類：有源元件和無源元件。

①　有源元件是一種能量轉(zhuǎn)換器，可將非電能量轉(zhuǎn)換成電能量。這類傳感器有些是可逆的。

②　無源元件本身不是一個轉(zhuǎn)換器。被測量直接或間接的作用引起該元件的某一電參數(shù)的變化，要想獲得電壓和電流的變化值，必須匹配測量電路和輔助電源。由于它不進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化，因此一般是不可逆的。

4.傳感器分類

答：傳感器按其工作原理，可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三大類。

5.什么是光電效應(yīng)？有哪幾種分類？

答：光電元件的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光可以被看作是由一連串具有一定能量的粒子（稱為光子）所構(gòu)成，每個光子具有的能量γ正比于光的頻率ν。所以，用光照射某個物體，就可以看做這物體受到一連串能量為γ的光子所轟擊，而光電效應(yīng)就是由于這物體吸收到光子能量為γ的光后產(chǎn)生的電效應(yīng)。

通常把光線照射到物體后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為兩類，即外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。

1) 外光電效應(yīng)：在光線作用下，電子獲得光子的能量從而脫離正電荷的束縛，使電子逸出物體表面的現(xiàn)象。

2) 內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)而使物體電阻率改變的現(xiàn)象。

3) 光生伏特效應(yīng)：在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。

6.傳感器的基本特性

答：根據(jù)被測量的變化狀態(tài)，可以把傳感器的輸入量分為靜態(tài)量和動態(tài)量倆類。

①　靜態(tài)量是指傳感器的輸入量為穩(wěn)定狀態(tài)信號或變化極其緩慢的準(zhǔn)靜態(tài)信號；動態(tài)量指傳感器的輸入量為周期信號、瞬變信號或隨機(jī)信號等隨時間變化的信號。

②　傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出輸入關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件下測定的。

③　傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。很多傳感器要在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時間變化。

7.傳感器的性能指標(biāo)

答：由于使用傳感器的條件和環(huán)境等的差異，對傳感器其他性能指標(biāo)的要求也不同，通常還應(yīng)考慮的性能指標(biāo)有：

①　穩(wěn)定性，表示傳感器維持其性能參數(shù)長時間不變化的能力；

②　零漂，表示在零輸入狀態(tài)下傳感器的輸出漂移，又可分為時間零漂和溫漂；

③　輸入特性，在測量過程中，傳感器成為被測對象的負(fù)載時，將產(chǎn)生“載荷”效應(yīng)。

④　輸出特性，傳感器的輸出端都要與一些后續(xù)的處理電路、傳輸電路或儀表等相連接。

⑤　可靠性，可靠性指規(guī)定的工作條件和工作時間內(nèi)傳感器保持原有性能指標(biāo)的能力。

⑥　對環(huán)境的要求，由于傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)等的不同，受外界因素（溫度、濕度、磁場震動、化學(xué)腐蝕、防爆、防火等）的影響不同。

⑦　安裝要求，選用的傳感器應(yīng)易于安裝、維護(hù)和更換。

8.光電三極管的基本特性

答：包括光譜特性、光照特性、伏安特性、頻率響應(yīng)和溫度特性。

9.光電式傳感器的類型，簡述原理

答：光電式傳感器在檢測技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，按其輸出量性質(zhì)基本上可分為模擬光電傳感器和開關(guān)式光電傳感器倆類。

①　模擬光電傳感器的工作原理是基于光電器件的光電流隨光通量而發(fā)生變化，是光通量的函數(shù)。

②　開關(guān)式光電傳感器的工作原理是光電器件的輸出僅有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即“通”與“斷”的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)光電器件受光照時有電信號輸出，光電器件不受光照時無電信號輸出。

10.新型傳感器的發(fā)展方向

答：微型化；集成化；智能化、數(shù)字化與多功能化；標(biāo)準(zhǔn)化；新型；性能更好

11.光電傳感器的特點(diǎn)是什么？

答：光電傳感器的特點(diǎn)：響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣

12.采用光電傳感器可能測量的物理量有哪些？

答：（1）光敏電阻：特點(diǎn)是價格低廉、輸出電流大、受溫度的影響小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性號器件本身不容易發(fā)生故障。它的缺點(diǎn)是響應(yīng)時間慢。

（2）光電二極管和光電三極管：特點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)時間快、但它受溫度影響比較大、受光面小、而且有非常強(qiáng)的方向性、抗干擾能力弱、它的另一個特點(diǎn)是不同型號的管子對光譜響應(yīng)有很大不同。

（3）光電池：特點(diǎn)是受光面積大、輸出電流小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、光譜比較寬、受溫度影響小、抗干擾能力

采用光電式傳感器可以測量的物理量：位移、速度、加速度、震動、質(zhì)量、變面輪廓、磁、聲、壓力、溫度、陀螺、液面、轉(zhuǎn)矩、光、電流和應(yīng)變等。

13.光電傳感器使用的光源類型

答：光源的選擇與光電傳感器的頻率特性有著密切的關(guān)系，這里介紹幾種常用的光源。

1) 鎢絲燈。其發(fā)光機(jī)理為：鎢絲通電后將電能轉(zhuǎn)換成熱能，熾熱的鎢絲便產(chǎn)生光輻射。

2) 弧光燈。它以電弧放電激發(fā)易電離的惰性氣體產(chǎn)生光。

3) 發(fā)光二極管（LED）。它是半導(dǎo)體PN結(jié)輻射光源，當(dāng)過剩的導(dǎo)帶電子跳回到價帶與空穴復(fù)合時釋放出光子。

4) 激光光源。是根據(jù)受激發(fā)射原理工作的光源，當(dāng)電子受激發(fā)從高能級跳回到低能級時，發(fā)射出光子。

七、參考文獻(xiàn)

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