传感器与检测技术 7 楼道声光控灯的设计与制作

传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——项目导入项目导入楼道声光控延时节能灯知识目标能力目标素质目标知识技能素质光电检测系统光电传感器的结构形式典型光电传感器和应用项目实施光电开关性能实验与应用实验光纤位移传感器性能实验与应用实验楼道声光控灯的设计与制作门禁自动控制系统的制作与调试项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——项目导入7.1项目导入7.1项目导入一、案例介绍楼道声光触控延时节能灯7.1项目导入一、案例介绍7.1项目导入一、案例介绍Q：如何检测PM2.5？如何检测光照强度？Q：如何检测温度？如何检测湿度？DHT11：NTC热敏电阻湿敏电阻GP2Y1050AU0F粉尘传感器BH1750FVI：光照强度传感器7.1项目导入一、案例介绍Q：什么是光电传感器？A：采用光电元件作为检测元件的传感器被称为光电传感器。光电传感器由光源、光学通路和光电元件组成。Q：如何实现上述生产流水线计数？7.1项目导入二、教学目标1）熟悉光电效应及光电元件，掌握光电元件的测量电路。2）熟悉光电开关在产品检验中的应用，掌握遮断型光电开关与漫反射型光电开关性能差异。3）了解人体热释电传感器，掌握楼道声光控灯工作原理。知识目标1）会根据使用场合、传感器特性等选择不同光电式传感器及型号。2）会根据传感器手册使用不同类型的光电传感器，包括安装、接线、性能调节与维护。3）会使用常用电工工具对光电检测系统进行测量和调试。能力目标1）具备专注负责、爱岗敬业的劳动精神。2）具备合作交流、团队协作的品质和意识。3）具备遵从标准、推崇规范的优良素质。素质目标传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——相关知识与技能：光电检测系统7.2相关知识与技能7.2.1光电检测系统一、光电检测系统的组成7.2.1光电检测系统一、光电检测系统的组成1.光敏电阻光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件。其工作原理是基于内光电效应（光电导）。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。7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻（1）光敏电阻工作原理演示Q：什么现象？Q：为什么？

A:当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻暗电阻越大，亮电阻越小则性能越好。暗电流越小，光电流越大的光敏电阻的灵敏度越高。实用光敏电阻暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，亮电阻在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比为102～106_____灵敏度高。（2）光敏电阻的主要参数和基本特性

1）暗电阻、亮电阻、光电流暗电阻：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流，称为暗电流。亮电阻：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。光电流：亮电流与暗电流之差。7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻2）伏安特性曲线光照度小光照度大在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。Q：线性？非线性？Q：电阻随光强如何变化？Q：虚线代表什么？7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻3）光电特性光电特性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。光电特性曲线均非线性。因此不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。012345I/mA

E/lx10002000CdS（硫化镉）光敏电阻光照度光电流Q：线性？非线性？7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻光谱特性与光敏电阻的材料有关。

硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。注意啦：在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。204060801004080120160200240λ/μm312相对灵敏度1——硫化镉2——硒化镉3——硫化铅4）光谱特性不同波长的光注意啦去频率特性7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻自然界的一切物体在环境温度高于0K以上时都会产生光波辐射，光是波长约在100—0.01μm之间的电磁辐射，其光谱见图。紫蓝绿黄橙红380nm780nm7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻

光谱光波：波长为10—106nm的电磁波可见光：波长380—780nm紫外线：波长10—380nm，波长300—380nm称为近紫外线波长200—300nm称为远紫外线波长10—200nm称为极远紫外线，红外线：波长780—106nm

波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3μm的红外线称为远红外线。7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻远紫外近紫外可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波长/μm波数/cm-1频率/Hz光子能量/eV1061051041035×1055×1045×10310155×101410145×10131001015050.55×101510163×1018ν=3×1010/λ(cm/s)返回7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零——光敏电阻的时延特性。不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以频率特性也不同。硫化铅的使用频率比硫化镉高，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，不能用在要求快速响应的场合。20406080100I/%f/Hz010102103104硫化铅硫化镉5）频率特性7.2.1光电检测系统二、光电元件1.光敏电阻６）温度特性温度升高，暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。有时为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，将元件降温使用。例如，可利用制冷器使光敏电阻的温度降低。I/μA100150200-50-10305010-30T/ºC2040608010001.02.03.04.0λ/μmI/mA+20ºC-20ºC7.2.1光电检测系统二、光电元件2.光敏二极管光敏二极管阵列包含1024个InGaAs元件的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。红外发射管红外接收管7.2.1光电检测系统二、光电元件2.光敏二极管NP电路符号结构示意基本电路7.2.1光电检测系统二、光电元件3.光敏三极管类型PPNNNPeb

bcecRLE工作原理无光照无输出有光照有输出+-7.2.1光电检测系统二、光电元件4.光电池光敏面光线照射7.2.1光电检测系统二、光电元件4.光电池太阳能电池板7.2.1光电检测系统二、光电元件5.光电管和光电倍增管光输入

阳极阴极电子逸出

电输出光电管测量电路：光电管阴极阳极

电压输出光输入7.2.1光电检测系统二、光电元件5.光电管和光电倍增管

光电倍增管具有放大光电子电流的能力。

光电倍增管具10---15级倍增电极。设单级的信号倍增率为，则多级的倍增率为。

光输入

阳极阴极-++++---+-++

-+--7.2.1光电检测系统二、光电元件6．电荷耦合摄影器件CCD传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——相关知识与技能：光电传感器的结构形式7.2相关知识与技能7.2.2光电传感器的结构形式光电传感器的四种形式7.2.2光电传感器的结构形式一、投射式投射式：被测量是光源光电比色高温计和照度计。数字光强度检测模块BH1750FVI光敏二极管模数转换获取16位数字数据外部接线：5个端子7.2.2光电传感器的结构形式二、透射式（吸收式）透射式（吸收式）被测量吸收光通亮测量透明度、混浊度7.2.2光电传感器的结构形式二、透射式（吸收式）

光电式浊度计和含沙量测量将装有浊水的试管插入仪器中Q：如何测量水体含沙量？7.2.2光电传感器的结构形式二、透射式（吸收式）

标准样品

受检样品光源凸透镜凸透镜滤色滤色光电池光电池差值差动放大器显示仪表优点：测量精度高、稳定性好7.2.2光电传感器的结构形式三、反射式反射式光源被投射-反射测量工件表面粗糙度、纸张的白度等7.2.2光电传感器的结构形式三、反射式

光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速。Q：齿轮转速与输出信号频率满足什么关系？（转/分）生产线应用——光电式转速表7.2.2光电传感器的结构形式三、反射式Q：如何检测大学城PM2.5？如何检测烟雾浓度？7.2.2光电传感器的结构形式三、反射式7.2.2光电传感器的结构形式四、遮光式遮光式光源被运动物体阻挡测量工件尺寸、振动测量7.2.2光电传感器的结构形式四、遮光式

光电式带材测厚跑偏检测仪不反射带材光源凸透镜凸透镜反射镜半透膜反射镜

光敏三极管电桥Q：请分析工作原理正确位置电桥平衡U0=0左或右偏UO都会改变。传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——相关知识与技能：典型光电传感器和应用7.2相关知识与技能7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关光电开关（检测距离几米到几十米）光电断续器（检测距离几毫米到几十毫米）遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。反射型光电开关的检测距离一般不超过1m，对暗色物体无法检测。分反射镜反射型及被测物漫反射型遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的U字型结构。反射型光电断续器，

V字型结构7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关地线信号线被测物体光电传感器接收器发射器PLC7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关光幕接收器光线被遮断（报警）产品高度测量7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关反射镜摆放错误检测7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关光电断续器外形红色光柱7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关光电断续器的应用透明簿膜透明物上的标记物检出Q：检测什么？7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关

nQ：如何测量转盘角位移？转盘转速？7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关

当工件经过光电断续器时，接收器即产生一个计数脉冲。Q：可以测量什么？7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关Q：简述纠偏传感器工作原理？7.2.3典型光电传感器和应用一、光电开关反射式光电断续器7.2.3典型光电传感器和应用二、光纤传感器1.组成：光导纤维、光源、光探测器半导体发光二极管半导体激光二极管半导体光敏元件利用光的完全内反射原理传输光波的媒质7.2.3典型光电传感器和应用二、光纤传感器2、光纤结构光纤结构十分简单，它是一种多层介质结构的圆柱体。圆柱体由纤芯、包层和护层组成。7.2.3典型光电传感器和应用二、光纤传感器3.光纤传感器的分类：4.光纤传感器的优点1）光纤绝缘性能好，耐腐蚀，不受电磁干扰影响，环境适应性强。2）光纤传感器检测灵敏度高，精度好，便于远距离传输。3）光纤细，可挠曲，使用更方便、灵活。光纤传感器传光型：作为光学通路传输光信号。功能型：被测信号光纤及传输特性变化。7.2.3典型光电传感器和应用二、光纤传感器包层2.光导纤维低折射率高折射率1.光源3.光探测器5.光纤传感器工作原理（利用光的完全内反射原理）7.2.3典型光电传感器和应用二、光纤传感器6.光纤位移传感器传光型光纤传感器光源接受光缆发射光缆输出特性感光元件距离决定反射光强度7.2.3典型光电传感器和应用二、光纤传感器激光光探测器光源固定板活动板

压力光纤光纤6.光纤压力传感器测量原理：利用光纤的微弯损耗效应即光纤在微弯时会引起传输光强度的衰减7.2.3典型光电传感器和应用三、热释电传感器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。两块反向串联的热释电晶片场效应管7.2.3典型光电传感器和应用三、热释电传感器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7.2.3典型光电传感器和应用四、激光传感器7.2.3典型光电传感器和应用五、色标电传感器7.2.3典型光电传感器和应用六、红外传感器传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——项目实施：光电开关性能实验与应用实验7.3项目实施7.3.1光电开关性能实验与应用实验一、光电开关性能实验1．实训器件光电开关、直流电源＋5V、转动源及2－24V直流源、数显单元2．实训步骤1）安装光电开关2）接线3）上电4）调节光电开关检测距离为80mm黑蓝棕传感器接线工艺要求：遵循电工国家职业标准7.3.1光电开关性能实验与应用实验一、光电开关性能实验1．实训器件光电开关、直流电源＋5V、转动源及2－24V直流源、数显单元2．实训步骤1）安装光电开关2）接线3）上电4）调节光电开关检测距离为80mm调节方法：常→调→量→调常：设置动作切换为常闭调：距离调节按钮调至min量：量好检测距离78.6mm调：缓慢调节距离调节按钮

至动作指示灯亮7.3.1光电开关性能实验与应用实验二、用光电断续器检测转速实验1．实训器件光电开关、直流电源＋5V、转动源及2－24V直流源、数显单元2．实训步骤1）安装光电转速传感器7.3.1光电开关性能实验与应用实验二、用光电断续器检测转速实验1．实训器件光电开关、直流电源＋5V、转动源及2－24V直流源、数显单元2．实训步骤1）安装光电转速传感器2）接线3）上电4）测量转速并记录传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——项目实施：光纤位移传感器性能实验与应用实验7.3项目实施7.3.2光纤位移传感器性能实验与应用实验一、光纤位移传感器性能实验1．实训器件实训台主机箱中的±15V直流稳压电源、电压表；Ｙ型光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面(抛光铁圆片)2．实训步骤1）观察光纤结构2）安装光纤传感器2）接线3）上电4）测量转速并记录传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——项目实施：楼道声光控灯的设计与制作7.3项目实施7.3.3楼道声光控灯的设计与制作一、楼道声光控灯的电路设计A白天0晚上1B有声音1无声音0C有触摸1无触摸0D时间到1时间未到0Y亮1灭07.3.3楼道声光控灯的设计与制作一、楼道声光控灯的电路设计拾音电路音频放大电路光控电路触控电路延时开启电路晶闸管主回路恒压源电路CD401112V11C=100Y=100Y=17.3.3楼道声光控灯的设计与制作二、元件识别与检测序号标称规格型号标称值实测值元件质量12345678910常见元件检测记录7.3.3楼道声光控灯的设计与制作二、元件识别与检测传感元件识别与检测（1）驻极体话筒极性的判别关于驻极体电容式话筒的检测方法是：首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒极性。将指针万用表置于R×1kΩ挡，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。源漏电阻漏源电阻吹气电阻7.3.3楼道声光控灯的设计与制作二、元件识别与检测传感元件识别与检测亮电阻暗电阻光敏电阻检测7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试1、元件布局：与原理图的走向相近，但要考虑特殊元件的位置2、规划走线：整齐、短捷、横平竖直3、元件焊接：原则：先低后高、先轻后重、先耐热后不耐热注意：有极性元件小组讨论并标准化电路图

□请标准化作业7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试12V7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试4、电路测量与调试关键测量点7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试4、电路测量与调试测试点电压情况理论值实测值TP4有光照时无光照时TP5有掌声时无掌声时TP6有掌声时无掌声时TP7有掌声时无掌声时7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试4、电路测量与调试测试点电压情况理论值实测值TP8有触摸无触摸TP9灯亮灯灭TP10灯亮灯灭7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试5、故障诊断与排查序号故障现象故障原因诊断方法排除方法1白天，无触摸，声控起作用光照检测灵敏度太高检测白天时A信号是否为高电平调节电位器RP3光敏电阻损坏检测光敏电阻的暗电阻和亮电阻更换光敏电阻CD4011损坏检测CD4011各引脚电平逻辑是否正确更换CD4011触摸电路开路或短路检测C信号电位是否为高电平检查电路连接是否正确2白天，有触摸，灯不亮灯泡损坏将灯泡直接接220V看是否点亮更换灯泡电源电路损坏用万用表检测各关键点的交流电压和直流电压更换电源电路相关元件，如稳压管、二极管等，确保电源供电正常整流电桥断路检测电路有无短路或断路，二极管有无接反修复电路或更换二极管整流二极管损坏用万用表检测二极管性能更换二极管晶闸管损坏用万用表检测晶闸管性能更换晶闸管触摸电路短路或开路检测C信号电位是否为高电平检查电路连接是否正确CD4011损坏检测CD4011各引脚电平逻辑是否正确更换CD4011线与电路电容损坏检测电容有无漏电或接反更换电容7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试5、故障诊断与排查序号故障现象故障原因诊断方法排除方法3白天，声控起作用光照检测灵敏度太高检测白天时A信号是否为高电平调节电位器RP3光敏电阻损坏检测光敏电阻的暗电阻和亮电阻更换光敏电阻4无论什么情况，灯都不亮电源电路损坏用万用表检测各关键点的交流电压和直流电压更换电源电路相关元件，如稳压管、二极管等，确保电源供电正常整流电桥断路检测电路有无短路或断路，二极管有无接反修复电路或更换二极管整流二极管损坏用万用表检测二极管性能更换二极管晶闸管损坏用万用表检测晶闸管性能更换晶闸管CD4011损坏检测CD4011各引脚电平逻辑是否正确更换CD4011线与电路电容损坏检测电容有无漏电或接反更换电容5晚上，有声音，灯不亮电源电路损坏用万用表检测各关键点的交流电压和直流电压更换电源电路相关元件，如稳压管、二极管等，确保电源供电正常整流电桥断路检测电路有无短路或断路，二极管有无接反修复电路或更换二极管整流二极管损坏用万用表检测二极管性能更换二极管晶闸管损坏用万用表检测晶闸管性能更换晶闸管CD4011损坏检测CD4011各引脚电平逻辑是否正确更换CD4011光照检测灵敏度太低检测白天时A信号是否为高电平调节电位器RP3光敏电阻损坏检测光敏电阻的暗电阻和亮电阻更换光敏电阻声音检测电路灵敏度太低有声音时测拾音器两端电压调节电位器RP1拾音器损坏用万用表检测拾音器更换拾音器晶体管Q1接错或损坏有声音时测声音信号B更换晶体管7.3.3楼道声光控灯的设计与制作三、电路组装与调试5、故障诊断与排查序号故障现象故障原因诊断方法排除方法6晚上，无声音，灯亮声音检测电路灵敏度太高有声音时测拾音器两端和晶体管CE两端电压调节电位器RP1、RP2触摸电路短路或开路检测C信号电位是否为高电平检查电路连接是否正确线与电路接错或损坏重点检测电容有无接反或漏电、二极管有无接反或损坏更换相关元件晶闸管击穿用万用表检测晶闸管更换晶闸管7声光触控有效，灯亮无延时线与电路接错或损坏重点检测电容有无接反或漏电、二极管有无接反或损坏更换相关元件8灯常亮整流二极管任一只击穿用万用检测整流二极管更换整流二极管晶闸管击穿用万用表检测晶闸管更换晶闸管延时电路电容接反或漏电用万用检测电容更换电容线与电路二极管接反或短路用万用检测二极管性能更换二极管CD4011损坏检测CD4011各引脚电平逻辑是否正确更换CD4011传感器与检测技术楼道声光控灯的设计与制作——项目实施：门禁自动控制系统的制作与调试7.3项目实施7.3.4门禁自动控制系统的制作与调试一、门禁自动控制系统的电路设计信号检测电路信号放大电路输出延时电路触发封