智能传感与检测技术 教案 第6章 光电式传感器.docx

《智能传感与检测技术》课程教案

授课章节

第六章光电式传感器

6.1光电式传感器

6.1.1光电效应

6.1.2光电元件及传感器

6.1.3光电传感器及其应用

建议课时

2

授课方式

理论知识讲授+讨论课+案例教学+多媒体演示

所属专业

教学目标

1.掌握光电效应的概念

2.掌握光电元件及传感器

3.了解光电传感器及其应用

教学重点

1.光电效应的概念

2.光电元件及传感器

教学难点

1.光电元件及传感器

参考教材

《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6

教

学

内

容

『新课导入』

光电传感器的基本转换原理是将被测量转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件而转换成电信号的输出。光电传感器可测量的参数很多，一般情况下具有非接触式测量的特点，并且光电传感器的结构简单，具有很高的可靠性且动态响应极快。随着激光光源、光栅、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器越来越广泛地应用于检测和控制领域。

『授课内容』

6.1光电式传感器

6.1.1光电效应

光电传感器通常是指能敏感检测到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。

【多媒体演示】

多媒体课件见教材配套教学PPT

6.1.2光电元件及传感器

光电管

光电管和光电倍增管同属于用外光电效应制成的光电转换器件。光电管的外形如图6-1所示。

光电倍增管

光电倍增管有放大光电流的作用，灵敏度非常高，信噪比大，线性好，多用于微光测量。如图4-3是光电倍增管结构及工作原理示意图。

3.光敏电阻

光敏电阻是一种电阻元件,具有灵敏度高，体积小，重量轻，光谱响应范围宽，机械强度高，耐冲击和振动，寿命长等优点。

4.光敏二极管

光敏二极管结构与一般二极管不同之处在于：将光敏二极管的PN结设置在透明管壳顶部的正下方，可以直接受到光的照射，图6-5a所示是其结构示意图，它在电路中处于反向偏置状态，如图6-5b所示。

5.光敏晶体管

光敏晶体管有两个PN结。与普通晶体管相似，也有电流增益。如图6-6所示为NPN型光敏晶体管的结构。多数光敏晶体管的基极没有引出线，只有正负(c、e)两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。

6.光电池

光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。

【课堂讨论】

在我们日常生活中有哪些产品用到了光电传感器？

6.1.3光电传感器及其应用

由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多。

1.烟尘浊度监测仪

2.光电数字式转速表

光电式产品计数器

『课堂小结』

光电传感器的应用非常多，是现代工业自动化生产中不可缺少的传感器。同学们可以网上有哪些信誉好的足球投注网站光电传感器的应用实例。

『作业布置』

P51页中一、填空题1、2和二、综合题1。

『教学后记』

授课章节

6.2红外传感器

6.3光纤传感器

6.4激光传感器

建议课时

2

授课方式

理论知识讲授+讨论课+多媒体演示

所属专业

教学目标

1.了解红外线与红外传感器

2.掌握热释电红外传感器结构原理

3.了解光纤传感器及其应用

4.了解激光传感器及其应用

教学重点

红外线与红外传感器

热释电红外传感器结构原理

教学难点

热释电红外传感器结构原理

参考教材

《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6

教

学

内

容

『新课导入』

自然界的物体，例如：人体、火焰甚至于冰都会放射出红外线，只是其发射的红外线的波长不同而已。用红外线作为检测媒介，来测量某些非电量，比可见光作为媒介的检测方法要好。其优越性很多。

『授课内容』

6.2红外传感器

6.2.1红外传感器概述

人体的温度为36～37℃，所放射的红外线波长为9～10（属于远红外线区），加热到400～700℃的物体，其放射出的红外线波长为3～5。（属于中红外线区）。红外线传感器可以检测到这些物体发射出的红外线，用于测量、成像或控制。图6-14为电磁波谱中的红外线。

6.2.2热释电红外传感器

热释电效应

热释电红外传感器的结构

探测元件

（2）场效应管匹配器

（3）干涉滤光片

菲涅尔透镜

6.3光纤传感器

光纤自60年代问世以来，就在传递图像和检测技术等方面得到了应用。利用光导纤维作为传感器的研究始于70年代中期。由于光纤传