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传感器应用技术 郑 睿 研究方向：惯性导航 机器人控制 电气信息学院 电工学教研室 zrwx0609@ahut.edu.cn 传感器的概念  传感器组成 传感器的分类 传感器的分类 传感器的分类 传感器的应用领域 传感器的应用领域 传感器的应用领域 传感器的应用领域 传感器的主要参数 针对智能车竞赛介绍几种传感器 光电传感器：检测赛道信息 电磁传感器：检测赛道信息 测速传感器：检测智能车转速 超声波传感器：检测障碍物 光电传感器 光电式传感器的结构简单，响应速度快，可靠性较高，能实现参数的非接触测量，因此广泛地应用于各种工业自动化仪表中。光电式传感器可用来测量光学量或测量已先行转换为光学量的其他被测量，然后输出一定形式的电信号。在测量光学量时，光电器件是作为敏感元件使用；而测量其他物理量时，它是作为转换元件使用。 内光电效应 光敏电阻 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件，其常用的材料有硫化光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 光敏电阻结构 光敏二极管 装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。因此光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射处于导通状态。 光敏晶体管 光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有两个PN结，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。 大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压， 当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子—空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。 发光二极管 可以把电能转化成光能。常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。 光电耦合器 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电光电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。 红 外 技 术 红外辐射 红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光， 由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.76～1000 μm， 工程上又把红外线所占据的波段分为四部分， 即近红外、中红外、 远红外和极远红外。 红外原理 红外辐射的物理本质是热辐射，一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。红外光的本质与可见光或电磁波性质一样，具有反射、 折射、散射、干涉、吸收等特性， 它在真空中也以光速传播，并具有明显的波粒二相性。 红外发光二极管 常用的红外发光二极管，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。 　　 红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离（遥控器的原理）；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。 基于光电管赛道参数检测方法 光电传感器检测路面信息的原理是由发射管发射一定波长的红外线，经地面反射到接收管。如下图，由于在黑色和白色上反射系数不同，在黑色上大部分光线被吸收，而白色上可以反射回大部分光线，所以接收到的反射光强是不一样，进而导致接收管的特性曲线发生变化程度不同，而从外部观测可以近似认为接收管两端输出电阻不同，进而经分压后的电压就不一样，就可以将黑白路面区分开来。 红外管的选择 模拟红外传感器 输出的信号是模拟的，需要A/D转换模块，转换成数字信号，送到单片机的输入口。 优点：能得到更加多的路面信息，有利于更准确的判断赛道形状，智能小车能更安全、稳定的行驶。 数字红外传感器(一般是集成好的)