光敏电阻传感器
【摘要】在现代工业生产中，对于高精密的产品需要借助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。而光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。光敏电阻测光强度系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此时光照强度的强弱。人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。
【关键词】光敏电阻、光照强度、数码管
1. 绪论
传感器是一种能够感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，其输入信号（被测量）往往是非电量，输出信号常常为易于处理的电量，如电压等。
随着科学技术的快速发展，工业技术的广泛拓展，而人类在探知各个未知领域和空间的拓展，电子信息种类也日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。
在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
2. 光敏电阻传感器在行业的关键技术
光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。该系统通过光敏传感器将光照强弱信号转化为电信号通过数码管显示从而成为光照强度自动显示检测系统。光照强度不同光敏传感器的组织不同，当光照强度很强时，光敏传感器的阻值很小；当光照强度弱时，光敏传感器的阻值很大；当光照强度适宜时光敏传感器的阻值介于强光和弱光的阻值之间。因此可以通过光敏传感器将光信号变为电信号，并可以利用光照传感器受光照不同阻值不同产生的电信号不同从而显示不同的信号。
3. 光敏电阻传感器在智能手机上的应用
手机从最初的芯片降耗节能，实现超常待机，到LCD“屏变”，节能、健康、不刺眼，一直发展到今天，利用线性光敏传感器LXD/GB5-A1DPZ 实现诸多功能。
⑴节能（键盘感应）
在正常使用手机的情况下，白天可自动关闭键盘背光灯，晚上则可自动开启，起到节能作用。
⑵智能感光（LCD 屏感应）
感应环境光线强弱自动调节LCD 屏亮度等级、图像色彩。太阳光下看得更清晰， 6 晚上不刺眼，随时随地自动调节亮度。保护视力的同时能节省30%的功耗。
⑶来电铃声转静音
当您正在会议中，手机却响起洪亮的来电铃声，而对方又是自己多年未见的好朋友，接？还是挂？都不行！轻触光感IC 窗口两次，来电铃声轻松转为静音了，既不打扰会议，又不会得罪朋友，一举两得。
⑷拍摄自动补光感应
拍照时什么时候该开补光灯呢？交给光感IC LXD/GB5-A1DPZ 吧，只要您在自动模式下，它就会在需要补光时自动为您开启补光灯，不需时自动为您关闭。
⑸应用电路
以国产器件为例介绍下可见光传感器在手机的设计应用。
LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是专为小型数码产品设计开发的低照度IC型可见光传感器，为缩小体积，为国标LED1206的2脚贴片封装，采用串联电流输出方式，串一个电阻就可以转换成电压信号。LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是线性输出的器件，非常适合带ADC 口的芯片，只需增加一个电阻就可以完成硬件的电路。CPU从ADC口读出的是一个数字，这数字随LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)感应到光的亮度的变化而变化，光越强这数字就越大，光减弱这数字也跟着减小，这样软件设计人员就非常简单方便的利用这个数字。手机在使用中比如在车上，会一时在太阳下一时在树阴下，为了避免屏幕背光跟随环境光突变产生频闪伤害到眼睛，需要在级与级变化中加上延时，具体的延时时间看各手机公司的方案了，一般是在2秒内完成级变。很多的手机厂家更有自己的创意，有一个光控铃声音量的功能，即通过外界光线的强弱，来控制铃声的大小，如手机装在衣服口袋或是皮包里时，就大声振铃，而取出时，环境光改变了，振铃就随着减小。这个功能很有
意思，一方面可以避免铃声过小误接电话，一方面又可以适应环境的需要，避免影响他人，同时还能节省电量
图3-1应用电路
4. 光敏传感器在智能LCD的发展趋势
2013和2014年顶尖 LCD制造技术的发展目標主要是提高解析度、降低耗电量、提高画面(例如色彩饱和度和对比色)、符合人体工学和降低成本。而在 2013/ 2014年的十大LCD制造技術中，低温多晶矽(LTPS)、金属氧化物薄膜晶体管(oxide TFT)、染料型彩色濾光片(dye type CF)和 RGBW這些先進技術可以提高像素开口率，增加传输速度和亮度，同時或可以通过減少背光照明达到降低耗电量。任何能降低成本又能提高性能的生產技術，对于面板廠商而言是提高了加倍的竞争势力，更是面板厂商在研发上忧先考虑的重點。如今平面显示产品随处可见。随着NPD DisplaySearch報告中讨论的各种低成本、而质量、实用和使用舒适度更高的技术使用，將來我们的生活中势必会出现越來越多的平面显示器。
图4-1 LCD的应用区域
5. 结论
随着科学技术的发展人们对测量精度有了更高的要求，这就促使光电传感器不得不随着时代步伐而更新，改善光电传感器性能的主要手段就是应用新材料、新技术制造性能更优越的光电元件。例如今天光电传感器的雏形，是一种小的金属圆柱形设备,发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上在金属圆筒内有一个小的白炽灯作为光源的一种坚固的白炽灯传感器。由于这种传感器存在各种缺陷，逐渐在测量领域销声匿迹。到了光纤出现，因为它的各种优越的性能，于是出现了光纤与传感器配套使用的无源元件,另外光纤不受任何电磁信号的干扰,并且能使传感器的电子元件与其他电的干扰相隔离。
时代在发展，科学技术在更新，光电传感器种类也日益增多，应用领域也越来越广泛，例如近来一种红外光电传感器已在智能车方面得了到应用，其中一种基于红外传感器的智能车的核心就是反射式红外传感器，它运用反射式红外传感器设计路径检测模块和速度监测模块；另外一种基于红外传感器的自寻迹小车则利用红外传感器来采集数据。光电传感器具有其他传感器所不能取代优越性，因此它发展前景非常好，应用也会越来越广泛。
参考文献
[1] 沈聿农.传感器及应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.
[2] 梁森、黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业出版社[M]2010
[3] 周绍敏.电工基础.高等教育出版社[M].2009
[4] 郭勇.PROTEL DXP 2004 SP2印制电路板设计教程.机械工业出版社[M].2009
[5] 张开逊现代传感技术在信息科学中的地位[J].工业计量。2006(1)
[6] 梁景凯机电一体化技术与系统,北京机械工业出版社 2009
[7] 郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
光电传感与测试技术 包装112 郭剑 3110614042 1.概述 电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化，早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚集射向接收器，接收器出电缆将这套装置接受到一个真空管放大器上，在金属圆管内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。 发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。不像白炽灯那样，LED抗震动冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的光只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。经过调制的LED 传感器能够以非常快的速度开关，开关速度可以达到KHz。将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信号进行发大。它忽略了周围的光，只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。调制LED改进了光电传感器的设计，增大了检测距离，扩大了光束角度，并且具有相当快的响应速度。 光电传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。它把光型号转换成为电信号，直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其它物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应。当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应宝库奥电子发射、电导率和电位电流等。然后通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声处理就得到了所需要的输出信号。这里的输出电信号和原始的光信号接近线性的关系。光电效应分为：外光电效应和内光电效应。光电效应中多数金属中的光电子只能从靠近金属表面内的浅层(小于μm)逸出，不能从金属内深层逸出的结论。光波能量进
常用传感器的工作原理及应用
3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用 （1）应变式力传感器 被测物理量：荷重或力 一
二 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等 （2）应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 （3）应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 （4）应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时， 电容量C 也随之变化。 d S C ε=
第9课《使用光敏传感器》教案 教学目标 1．知识目标：理解亮度传感器的功能，学会用亮度传感器获取亮度信息。学习使用变量百宝箱为传感器获取的信息设置存储变量 2．能力目标：学会亮度传感器的检测，学会使用条件循环控制模块、永远循环控制模块。学会使用条件判断模块。学会在仿真环境下设置光源。 3.情感目标：培养学生的逻辑判断能力，培养学生的耐心。 教学重点和难点 1．教学重点：理解传感器的功能，百宝箱设置变量的一般方法。 2．教学难点：理解传感器的功能，百宝箱设置变量的一般方法。 教学设计 本课是传感器学习的第一课，由于需要对传感器获取的信息进行判断，所以需要循环和条件判断知识的支持，由于本课包括存储传感器获得的信息需要通过百宝箱设置变量的操作，所以本课新的知识点比较多，教学难点也比较多。 本课通过传感器的检测引入“亮度检测”模块（传感器），通过亮度检测值的存储引入变量百宝箱，通过反复检测的需求引入“永远循环”控制模块。 通过“机器人追光”的活动要求，引入“条件循环”模块，即循环条件要满足“没有达到光源亮度”时循环的判断，若该条件不成立就退出循环。通过对左右亮度的比较判断，引入“条件判断”模块，即“左侧亮度小于或等于右侧亮度”时条件成立，机器人左转；否则机器人右转。 重点内容分析 （1）理解传感器的功能。传感器是机器人获取外界信息的装置，亮度传感器是学习的第一个传感器。 （2）理解循环控制中的永远循环是条件循环中循环条件永远成立时的特例。 （3）在对亮度变量设置时，要注意百宝箱设置变量的一般方法。 （4）传感器检测结果是通过“显示”模块显示的，其显示内容是传感器的检测值，所以要熟悉不同传感器的检测值的表达和意义。 教学补充 本课创作天地的参考程序与第10课中机器人绕月中的“入轨绕月”子程序类似。本课
光电传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值 (相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样, 所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值(相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样,所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用 E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。 如
光敏传感器中最简单的电子器件是光敏电阻，它能感应光线的明暗变化，输出微弱的电信号，通过简单电子线路放大处理，可以控制LED 灯具的自动开关。因此在自动控制、家用电器中得到广泛的应用，对于远程的照明灯具，例如：在电视机中作亮度自动调节，照相机种作自动曝光；另外，在路灯、航标等自动控制电路、卷带自停装置及防盗报警装置中等。 光敏传感器主要应用于太阳能草坪灯、光控小夜灯、照相机、监控器、光控玩具、声光控开关、摄像头、防盗钱包、光控音乐盒、生日音乐蜡烛、音乐杯、人体感应灯、人体感应开关等电子产品光自动控制领域。 光敏传感器 实验简介 8.1
1、通过该实验项目，学生能够了解光敏传感器的硬件电路和工作原理； 2、通过该实验项目，学生能够学会编写光敏传感器的程序。 1、编写一个读取光敏传感器输出电平信号的程序； 2、将光检测状态做简单的处理显示，正常无光状态为0，检测到光的状态为1； 3、用按键KEY1控制ZIGBEEN是否发送数据。 8.4.1硬件部分 1、ZIGBEE调试底板一个； 图8-1 ZIGBEE调试底板 2、20PIN转接线一条和带USB的J-Link仿真器一个； 图8-2 J-Link仿真器 实验内容 8.3 实验目的 8.2 实验设备 8.4 电 源 开 关 电 源 传感器C端口 指示灯 2 J-LINK接口 ZigBee_DEBUG 复位键 节点按键 拨码开关 ZigBe按键 红 外 发 射 指 示 灯 1 ZigBee复位键 可 调 电 阻传 感 器 A 端 口 传感器B端口方口USB线，另一端连接电上电指示灯 20PIN转接线，另一端接转接板
2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计为什么 答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρ εμd R dR x + +=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量 应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。试确定构件的最大应变频率限。 答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而 为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢 构件中传播的速度； 又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 336211108.710/102--????= = ρ ν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.91024228?=???=； 可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||63 4max =???= = -π 。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片又如何接桥为什么 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少 答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、 R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变E h b Fl x 206= ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为： 计算如下： 由公式： o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =； 1牛顿=千克力；所以，F=。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*s 2.力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是。 ; 2-7、何谓压阻效应扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点，有什么缺点如何克服 答：“压阻效应”是指半导体材料（锗和硅）的电阻率随作用应力的变化而变化的现象。 优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数极大，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪器连接，使得测量系统简化。 缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大，一般在(3-5)%之间，因而使得测量结果有(±3-5)%的误差。 压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度，又部分地消除阻值随温度而变化的影响。 2-8 、一应变片的电阻R=120Ω，k=，用作应变片为800μm/m 的传感元件。
光电传感器工作原理 电子电路 2008-05-31 22:27 阅读6004 评论3 字号：大中小 本文来源网络 光电传感器工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成 它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装
置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。分类和工作方式⑴槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。⑵对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。⑶反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找
4-7 已知一差动整流电桥电路如题4－7图所示。电路由差动电感传感器Z 1、Z 2及平衡电阻R 1、R 2（R 1=R 2）组成。桥路的一个对角接有交流电源i U ，另一个对角线为输出端0 U ，试分析该电路的工作原理。 mV 1 Z 2 Z 1 VD 2 VD 3VD 4 VD 1R 2 R 1 C 3 R 4 R 2 C o U i U 解：忽略R 3 、R 4的影响，可知U 0 ＝ U CD = U D －U C 。 若电源电压i U 为正半周时，V D1 、V D4 导通，等效电路如图（a ）所示。 当差动电感传感器Z 1 ＝Z ＋?Z ，Z 2 ＝Z －?Z 时，U C > U D ，U 0 为负。 当差动电感传感器Z 1 ＝Z －?Z ，Z 2 ＝Z ＋?Z 时，U C < U D ，U 0 为正。 i U + -1Z 2 Z 1 R 2 R o U C D i U + - 1Z 2 Z 1 R 2 R o U C D () a () b 若电源电压i U 负半周时，V D2 、V D3 导通，等效电路如图（b ）所示。 当差动电感传感器Z 1 ＝Z ＋?Z ，Z 2 ＝Z －?Z 时，U C > U D ，U 0 为负。 当差动电感传感器Z 1 ＝Z －?Z ，Z 2 ＝Z ＋?Z 时，U C < U D ，U 0 为正。 因此，无论电源电压i U 的正负如何，输出电压U 0 的大小反映?Z 的大小，U 0 的正负极性反映?Z 的正负情况（例如衔铁的移动方向）。 4-8 已知变隙式电感传感器的铁芯截面积A ＝1.5cm 2，磁路长度L ＝20cm ，相对磁导率50001=μ，气隙cm 5.00=δ，mm .10±=δ?，真空磁导率m /H 70104-?=πμ，线圈匝数 3000=W ，求单端式传感器的灵敏度δ??/L 。若将其做成差动结构形式，灵敏度将如何变 化？
《传感器原理及应用》讨论课报告书 电感式传感器的基本原理及典型应用 学院：机械工程学院 班级：13-1机械电子工程（卓越） 组员：李响夏中岩张轩赫 贡献率：李响资料查询，整理40% 夏中岩资料整理，编辑30% 张轩赫PPT设计编写30% 指导教师：边辉 完成日期：2016.05
目录 摘要............................................................................................................................... - 2 - 1 物料分拣系统简述................................................................................................... - 3 - 2 物料分拣系统中的传感器....................................................................................... - 3 - 2.1 电机起停控制传感器.................................................................................... - 3 - 2.1.1 漫反射光电接近开关......................................................................... - 3 - 2.1.2 电容式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.3 霍尔接近开关..................................................................................... - 4 - 2.1.4 电感式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.5传感器应用比较.................................................................................. - 4 - 2.2 物料计数用传感器........................................................................................ - 5 - 2.2.1 对射型红外光电开关......................................................................... - 5 - 2.2.2 电涡流式传感器................................................................................. - 5 - 2.2.3 霍尔传感器......................................................................................... - 6 - 2.3 测速及定位传感器........................................................................................ - 6 - 2.3.1 光电耦合器，码盘............................................................................. - 7 - 2.3.2 增量编码器......................................................................................... - 7 - 2.3.3 传感器功能对比................................................................................. - 7 - 2.4 物料分类传感器............................................................................................ - 7 - 2.4.1色标传感器.......................................................................................... - 8 - 2.5 固态继电器.................................................................................................... - 8 - 3 传感器前景展望....................................................................................................... - 9 - 3.1 传感器在科技发展中的重要性.................................................................... - 9 - 3.2 先进传感器的发展趋势................................................................................ - 9 - 4 反思与收获............................................................................................................... - 9 -参考文献..................................................................................................................... - 10 -
实验5.10 光敏传感器的基本特性与应用研究 凡是能将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光强度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应（包括光电导效应、光生伏特效应）。也即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。几乎大多数光电控制应用的传感器都是基于内光电效应的器件，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。 本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管等光敏传感器的伏安特性和光照特性，及两个具体应用电路。 1.光敏传感器的基本特性 光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性、光谱特性、温度特性、频率特性、暗电阻、亮电阻、响应时间等。掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。 伏安特性：光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一簇伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。 光照特性：光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，光照特性是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。 2.光敏传感器的应用 运用掌握了其基本特性的光敏传感器设计两个应用电路，如测光强电路、光传输电路等，并用面包板装调该电路，检验所设计电路的功能。 3.这是一组综合性设计性实验，可由下列分项实验组成。 （1）光敏电阻的基本特性测量与研究。 （2）硅光电池的基本特性测量与研究。 （3）在接线板上组装光敏电阻与光电池的应用电路，并给予解释。 参考文献： 1、康华光电子技术基础模拟部分（第五版）[M] 北京. 高教出版社2006、1 2、孙运旺传感器技术与应用[M] 杭州浙江大学出版社2006、9 3、孙健民传感器技术[M] 北京清华大学出版社北京交通大学出版社2005、10 4、陈振官陈宏威等光电子电路及制作实例[M] 北京国防工业出版社2006、1
DH-SJ3光电传感器物理设计性实验装置 （实验指导书） 实 验 讲 义 请勿带走 杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司
DH-SJ3光电传感器物理设计性实验装置 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。 一、实验目的 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 4、了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 5、了解光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。 二、光敏传感器的基本特性及实验原理 1、伏安特性 光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是
光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 分类和工作方式 ⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。 ⑵对射型光电传感器 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 ⑶反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为
转矩传感器 转矩传感器主要由扭力轴、磁检测器，转筒及壳体等四部分组成。磁检测器包括配对的两组内、外齿轮，永久磁钢和感应线圈。外齿轮安装载扭力轴测量段的两端；内齿轮转筒内,和外齿轮相对，永久磁钢紧接内齿轮安装在转筒内。永久磁钢，内外齿轮构成环状闭合磁路,感应线圈固定在壳体的两端盖内。在驱动电机带动下，内齿轮随同转筒旋转。 内外齿轮是变位齿轮，并不齿合，齿顶六由工作气隙，内外齿轮的齿顶相对时气隙最窄，齿顶和齿槽相对时，气隙最宽。内外齿轮在相对旋转运动时，齿顶与齿槽交替相对，相对转动一个齿位时,工作气隙发生一个周期的变化,磁路的磁阻和磁通随之相应作周期变化,因此线 圈中感应出近似正弦波的电压讯号,讯号电压瞬时值的变化和内外齿轮的相对位置的变化是一致的。 如果两组检测器的齿轮的投影互相重合时、两组电压讯号的相位差为零。安装时，两只内齿轮的投影是重合的。而扭力轴上的两只外齿轮是按错动半个齿安装的。因此，两个电压讯号具有半个周期的相位差，即初始相位差为α0=180°。若齿轮为120齿，分度角为3°，相位差为180°时，相应外齿轮错动1.5°。 当扭力轴受到扭矩作用时，产生扭角β，两只外齿轮的错位角变为1.5°±β两个电压讯号的相差角相应变为：&ALPHA;=120 ×（1.5°±β）=180°±120β。扭角和扭矩是成正比例的,因此扭角的变化和扭矩成正比,即相位差角的变化△α=α-α0=±120β=120K1M=KM 式中K1为相位差角和扭矩的比例系数，K=±120K1，“±”另表示转动方向。 设扭力轴测量段的直径为d，长度为L，扭力轴材料的剪切弹性模为G，则K1=32L/πdG。将传感器的两个电压讯号输入TR-1转矩转速功率测量仪，经过仪表将电压讯号进行放大、整形、检相、变换成计数脉冲，然后计数和显示，便可直接读出扭矩和转速的测量结果。和转速的测量结果 由于采用磁电转换、相位差原理和数字显示的转矩转速测量方法,因此能进稳定、可靠、快速行稳定、可靠、快速、灵敏的高精度测量。它具有如下特点： 1.可以测量静扭矩当把扭矩臂固定于扭力轴的一端，锁定另一端时，这时只要打开传感器的驱动电机，就可得到输出信号，并能很方便地对传感器进行静态校准。当然，已经过静校的传感器就能对静扭矩和低速下的扭矩进行精密测量了。 2.不用滑环扭矩测量是由非接触式磁电检测器的输出信号来实现的,所以本仪器可以测量 其它仪器不可能测量到的高速转矩。 3.精度高，稳定性好由于扭力轴是由具有优良的弹性，滞后效应极小的高级合金材料制成，所以灵敏度高，残余变形小，读数稳定、可靠。 4.操作简单、方便该仪器和TR相配合，可自动测量并直接读出扭矩、转速功率，设置数据存储后每次开机即可直接测量。 三、主要技术参数： 1、传感器适用于环境温度0-55℃，以及相对温度不超过90%的条件下工作。
光敏传感器的光电特性 内容摘要 光敏传感器有很多种类，主要有：光敏电阻、光敏二极管，光敏三极管、 光电管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感等。光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性，即伏安特性、光照特性等。 关键词：光敏电阻 硅光电池 光敏二极管 光敏三极管 【实验目的】 了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 【实验仪器】 全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池）、实验连接线 【实验原理】 1、光电效应 光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。光电导效应、光生伏特效应是两种常见的内光电效应。 2、光敏传感器的基本特性 本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光敏传感器的基本特性则包括：伏安特性、光照特性等。其中光敏传感器在一定的入射照度下，光敏元件的电流I 与所加电压U 之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性。 （1）光敏电阻 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。 当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： p n p e n e σμμ?=???+??? （1） 在（1）式中，p ?为空穴浓度的改变量，n ?为电子浓度的改变量，μ表示迁移率。 当两端加上电压U 后，光电流为：
光敏传感器的原理及其应用的探讨(大学物理拓展与应用结课论文) 专业： 班级： 姓名： 学号： 出题教师: 学院: ^^^^^^^^^^^^ 撰写日期:
摘要： 众所周知,如今在人类的生产、生活中，传感器已得到了广泛的应用，尤其对于高精密的产品要借助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到一个好的治疗方案。在科研究中，传感器更具有突出的地位，许多领域人的感官还有简易的传感器根本无法得到精确的数据，必须借助高精密的传感器来实现分析测量，而光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，因其具有非接触、响应快、性能可靠等特点，故而在自动控制和非电量电子技术中占有非常重要的地位。 关键词：光敏传感器；工作原理；应用. 一、传感器的组成 （1）敏感元件：它能直接感受被测非电量，并按一定规律将其转换成与被测非电量有确定对应关系的其他物理量。 （2）转换器件（又称变换器、传感器件）：将敏感元件输出的非电物理量（如光强等）转换成电路参量。 （3）信号调节（转换）电路：将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。 （4）辅助电源：它的作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，如压电传感器。
二、光敏传感器的工作原理 光敏传感器装有一个高精度的光电管,光电管有一块由”针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光了对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来.简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。 光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于光电效应。 光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 ⑴光敏电阻 原理：它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。光敏电阻的工作原理：光