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第十三章 传感器应用实例 一、光电传感器应用实例 1.路灯光电控制器 该控制器由于采用光电倍增管作为光传感器，电路的灵敏度高，能有效地防止电路状态转换时的不稳定过程。电路中还设置有延时电路，具有对雷电和各种短时强光的抗干扰能力。 路灯光电控制器的电路，如图13-1所示。电路主要由光电转换级、运放滞后比较级、驱动级等组成。 白天，当光电管VT1的光电阴极受到较强的光照时，光电管产生的光电流使得场效应管VT2栅极上的正电压增高，漏源电流增大，这时在运算放大器IC的反相输入端的电压约为+3.1V，所以运算放大器输出为负电压，VD7为截止状态，VT3也处于截止状态，继电器K不工作，其触点K1为常开状态，因此路灯不亮。到了傍晚时分，由于环境光线渐弱，光电管VT1的电流也减小，使得场效应管VT2栅极电压和漏源电流随之减小。这时在运算放大器IC反相输入端上的电压为负电压，在其输出端输出有+13V的电压，因此VD7导通，VT3随之导通饱和，继电器K工作，其常开触点K1闭合，路灯被点亮。到第二天清晨，由于光照的加强，电路则自动转换为关闭状态。 为防止雷雨天的闪电或突然短时间的强光照射，使电路造成误动作，在电路中，由C1、R1反光电管的内阻构成一个延时电路，延时为3～5s，这样即使有短时的强光作用（例如电闪、手电筒的慢晃），也不会使电路翻转，仍能保持电路的正常工作。 为防止自然光从亮到暗变化时不稳定现象的发生，在电路中还接有正反馈电阻R11。R11的一端接在运算放大器IC的输出端，另一端经R6 、R7分压后接在IC的同相输入端。由于有了正反馈，只要电路一转换，就会使电路处于稳定状态。 2.光控闪光标志灯 光控闪光标志灯电路如图13-2所示。电路主要由M5332L通用集成电路IC、光敏三极管VT1及外围元件等组成。 白天，光敏三极管VT1受到光照内阻很小，使IC的输入电压高于基准电压，于是IC的6脚输出为高电平，标志灯E不亮。夜晚，无光照射光敏三极管VT1，其内阻增大，使IC的输入电压低于基准电压，于是IC内部振荡器开始振荡，其频率为1.8Hz，与此同时，IC内部的驱动器也开始工作，使IC的6脚输出低电平，在振荡器的控制下，标志灯E以1.8Hz频率闪烁发光，以警示有路障存在。 图13-2光控闪光标志灯电路原理图 3.光控闪烁安全警示灯 道路施工时，需在施工现场挂上红色安全警示灯，以保护行人和行车的安全。高层建筑物的顶端按有关的规定必需设置红色警示灯，以确保飞机的安全航行。光控闪烁安全警示灯比现在用的红色警示灯增加了光控和闪烁功能，白天可自动熄灭，傍晚可自动点亮并发出十分引人注目的闪烁光。 光控闪烁安全警示灯电路图见图13-3所示。它由极少数元件组成，其中光敏元件采用Ｃds光敏电阻，VS为双向晶闸管，它的触发电压经双向触发二极管VD２从电容C两端取得。 图13-3 光控闪烁安全警示灯电路图 当接通电源后，220V交流电经二极管VDl半波整流，通过Ｒ1向C充电，因充电电流很小，警示灯不会点亮。 C上的充电电压取决于Ｒ1和光敏电阻RL的分压值。 白天，光敏电阻RL受自然光源的照射呈现低阻值，电容C两端的电压超不过双向触发二极管VD2的转折电压，双向晶闸管VS因无触发电压而处于截止状态，警示灯E不亮。 夜晚，环境自然光变暗，光敏电阻RL呈现高阻值，电容C两端的电压不断增高，当电压超过双向触发二极管VD2的转折电压时，VD2导通，电容C通过VD2和R2放电，双向晶闸管获得足够的触发电流而导通，警示灯E点亮。 当电容C上的电压放电到一定程度时，双向触发二极管重新截止，双向晶闸管失去触发电流而关断，警示灯熄灭。之后重复上述过程，使警示灯发出闪烁的亮光。 4.测光文具盒 测光文具盒是在文具盒上加装测光电路组成的，它不但有文具盒的功能，又能显示光线的强弱，可指导学生在合适的光线下学习，以保护学生的视力。 图13-4是测光文具盒的测光电路。电路中采用2CR11硅光电池作为测光传感器，它被安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱。采用两个发光二极管作为光照强弱的指示。当光照度小于100lx较暗时，光电池产生的电压较小，半导体管压降较大或处于截止状态，两个发光二极管都不亮；当光照度在100～200lx之间时，发光二极管VD2点亮，表示光照度适中；当光照度大于2001x时，光电池产生的电压较高，半导体管压降较小，此时两个发光二极管均点亮，表示光照太强了。借助测光表调节电位器RP和R＊可使电路满足上述要求。