光电传感器的新功能拓展

1、光电传感器的新功能拓展传感器应用广泛，也是中学物理教学中的重要内容。 光电传感器有计数功能，它所记录的物体通过光电门的次 数，能否用于反映某种物理量，比如长度？实际工程应用中的滚轮式测距仪，通过记录滚轮转过 的圈数来换算走过的距离，正满足这样的转换，这是教师讲 解传感器应用的一个极好的例子。但测距仪造价昂贵，设计 复杂，不够简明直观。如果在实验室常规传感器上装一个简单小巧的滚轮配 件，就能很好地演示这个原理， 有利于提高学习效果。 同时， 也为传感器实验器材拓展了新功能，有创新价值。一、计数仪器的选取 实验室带计数功能的仪器通常有两种，即数字计时器 和分组用的光电传感器。1. 数字计时器 数字

2、计时器一般与气垫导轨配套使用，但常不被采用， 原因有二：一是使用 220V 交流电源，严重制约了它的使用 范围 ;二是计时器光电门使用红外线， 其发光二极管和光电二 极管外观几乎完全一样，难以分辨。2. 光电传感器我校有杭州九二无线电厂出品的 “J2482 型传感器应用 实验器”，其中包括光电传感器。它的光电门用发光二极管 发光，光敏电阻接收。采用 6V 直流电源，体积较小。由于 它的使用范围较大，所以我选定使用这种。光电传感器的计数方式是：物体通过光电门一次，计 数就加“ 1”，并不断累积。但滚轮应如何设计，才能让传感 器在它转动时计数，且该计数能反映它通过的距离？二、制作滚轮配件 滚轮转动

3、要实现计数和测距的功能，其设计最关键。 我在设计时提出了三个方案，如图 1 所示。1.方案一用一个边缘带缺口的圆轮作为滚轮，缺口与光电门的 发光二极管及光敏电阻正相对时就能实现计数。如果滚轮始终保持一个方向转动，传感器的计数每增 加“ 1”，就意味滚轮前进了一个周长的距离。但实际测距仪 需适应包括野外等各种环境，如果滚轮边缘上的缺口被淤泥 等堵塞，就无法正常工作。这个设计虽然能基本达到目的， 但并不符合实际。2.方案二将边缘的小缺口向圆心靠近，让其变成滚轮上的小洞， 就减少了被堵塞的可能。滚轮转动时，小洞的角速度与滚轮 边缘某一点的角速度一致，所以实现的功能并没有改变。 但因为滚轮上只有一个小

4、洞，意味着滚轮要转足一圈， 计数器计数才增加“ 1”。把精确度定为1dm，周长就只能是 1dm,这样的滚轮太小了。3. 方案三 在方案二的基础上加以改进，我决定在滚轮上多开几 个小洞。如果在滚轮上开4个小洞，让滚轮周长为 4dm，半径 约为6.4cm，滚轮面积较于在上面钻孔。滚轮转一圈是4dm，经过一个小孔是1dm，也就是计数每增加“ 1”，滚轮就前进 1dm 的距离。最终，我确定的滚轮方案是半径为 6.4cm 的塑料圆盘 （可订制），在上面钻 5个孔，中心一个，周围 4个呈十字 分布，各距离中心 2.5cm，每个孔的直径都为 5mm（ 5mm是 发光二极管等元件的大致直径） 。找一个废旧的木

5、圆规，将圆规的一脚拆下后，正好适 合装滚轮。如图 2 所示，在滚轮左侧的圆规上安装一个发光 二极管，并串联一个R=200 Q的电阻；右测则安装一个光敏电 阻Rg。发光二极管、光敏电阻、光电传感器与电源按照图3相连。滚轮上 4 个小洞距圆心的距离相同。滚轮转动时，小 洞如果到达二极管和光敏电阻的连线处，二极管的光就直射光敏电阻，使光敏电阻阻值变小，通过的电流变大。继续转 动，小洞离开该位置时， 光被挡住， 光敏电阻阻值恢复正常， 通过的电流变小，此时，传感计数器便在个位上增加“1”。当下一个小洞通过该位置时，滚轮就已经前进1dm，所以，增加“ 1 ”表示前进 1dm。测距时，滚轮应保持一个方向转动，并确定滚轮的初 始位置，以避免出现偏差。我在滚轮上加了一道黄线，使用 前，将滚轮转到黄线与手柄前侧平行处，按传感器上的清零 键。测量时按箭头方向前进，保证测量的准确性。三、创新点 滚轮式光电测距原理演示仪有以下优点。1.效果明显，简易直观在粤教版物理教材中， 必修一的光电门、 选修 3-2 的传 感器都可使用本测距仪做演示，效果明显，原