项目4无线传感隧道栏杆电路.

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1 项目4无线传感隧道栏杆电路

2 认识传感器 1. 理解传感器定义，认识传感器的组成、分类与基本特性。 2. 掌握传感器测量电路的类型、特点与组成。
3. 掌握红外线传感器基本特性与应用。

3 认识传感器——概述 1、国家标准(CB/T7665-2005)定义
能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

4 认识传感器——概述 2、传感器的组成 一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。

5 认识传感器——概述 3、传感器的分类 分类方法 传感器名称 按被测物理量分类
位移传感器、力传感器、速度传感器．温度传感器、流量传感器、气体传感器等 按工作原理分类 电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、光栅式传感器、热电偶传感器、超声波传感器等 按输出信号的性质分类 开关犁传感器、模拟式传感器、数字式传感器等

6 认识传感器——概述 4、传感器的基本特性 （2）传感器的动态特性 （1）传感器的静态特性 ①阶跃响应 ①线性度(Ef) ②频率响应
②灵敏度(s) ③分辨力 ④重复性 ⑤迟滞 （2）传感器的动态特性 ①阶跃响应 ②频率响应

7 认识传感器——概述 5、传感器系统的基本组成 通常由激励装置，测量装置，数据处理装置相显示、记录装置四大部分组成.

8 认识传感器——测量电路 1、传感器的输出信号的特点 ①传感器输出的电信号的类型有电压、电流、电阻、电容、电感、频率等，通常是动态的。
②输出的电信号一般都比较弱，如电压信号通常为uV至mV级，电流信号为 uA至mA级 ③传感器内部存在噪声，输出信号会与噪声信号混合在起。当噪声比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没在噪声之中。 ④传感器的大部分输出输入关系曲线可呈线性关系或接近线性关系，但仍有少部分传感器的输出-输入关系曲线是非线性的。 ⑤传感器的输出信号易受外界环境（如温度、电场或磁场）的干扰。

9 认识传感器——测量电路 2、传感器测量电路的作用
传感器的输出信号比较弱，一般不能直接驱动显示仪器、记录仪器、控制器或输入计算机进行数据处理等，而需要通过专门的电子电路对其输出信号进行必要的加工、处理后才能满足要求。比如，需要将电参数的变化转换成电量的变化，将弱信号放大，滤除信号中无用的杂波和干扰噪声，校正传感器的非线性，消除环境温度对传感器的影响，将传感器输出的模拟信号转换成可以输入计算机的数字信号，或是将传感器的输出信号转换成数字编码信号等。传感器的输出信号经过加工后可以提高其信噪比并易于传输和与后续电路环节相匹配。

10 认识传感器——测量电路 2、传感器测量电路的作用
常用的单元电路有电桥电路、谐振电路、脉冲调宽电路、凋频电路、取样-保持电路、模数( A/D)和数模(D/A)转换电路、调制解调电路、温度补偿电路、具有非线性特性的线性化电路、细分电路、辨向电路、当量变换和编码变换电路等。 传感器测量电路在由传感器所组成的测量系统中只是一个中间环节。

11 认识传感器——测量电路 3、传感器测量电路的要求 ①在测量电路与传感器的连接上，要考虑阻抗匹配及长电缆可能带来的电阻、电容和噪声的影响。
②放大器的放大倍数要满足显示器、A/D转换器或I/O接口对输入电压的要求。 ③测量电路的选用要满足仪器、仪表或自动控制系统的精度、动态特性及可靠性要求。 ④测量电路中采用的晶体管、集成电路和其他元器件应满足仪器、仪表或自动控制装置使用环境的要求（如温度、湿度等）或某种特殊要求（如防磁、防爆等）。 ⑤测量电路应考虑外部和内部的温度影响及电磁场的干扰，并采取相应的措施予以解决。如附加温度补偿电路、加屏蔽或加光电隔离等。 ⑥测量电路的结构和尺寸、电源电压和功耗要与仪器、仪表或自动控制系统整体相协调。

12 认识传感器——测量电路 4、传感器测量电路的类型、特点及组成 （1）模拟电路
模拟电路是传感器测量电路中最常用、最基本的电路。当传感器的输出信号为动态的电阻、电容、电感等电参数时，或以电压、电荷、电流等电量变化时，通常由模拟电路将信号按模拟电路的制式传输到测量系统的终端。

13 认识传感器——测量电路 4、传感器测量电路的类型、特点及组成 （2）开关型测量电路
传感器的输出信号为开关信号（如光线的通断信号或电触点通断信号等）时的测量电路称之为开关型测量电路。

14 认识传感器——测量电路 4、传感器测量电路的类型、特点及组成 （3）绝对码型测量电路
绝对式编码传感器输出的数字编码与被测量的绝对位置值一一对应，每一码道的状态由相应的光电器件读出，经光电转换和放大整形后，得到与被测量相对应的编码信号。图中的“纠错电路”是用来纠正由于各个码道的刻划误差而可能造成的读出误差。对于采用循环码的传感器，由于其输出的编码是循环码，所以先要转换成二进制后再经译码器译码后输出；而对于输出为二进制码的传感器就无需进行码制的变换了。

15 认识传感器——测量电路 4、传感器测量电路的类型、特点及组成 （3）增量码数字式测量电路
光栅、磁栅、感应同步器等数字式传感器，输出的是增量码信号。

16 认识传感器——红外传感器 红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件，通常称为红外探测器。常见的红外探测器有两类：热探测器和光子探测器。 根据红外线传感器原理的不同，分为主动型和被动型红外线传感器。主动型红外线传感器包括红外线发射传感器和红外线接收传感器，它们配套使用可组成一个完整的红外线发送与接收遥测系统。主动型传感器也叫光探测型传感器，常用的有红外发光二极管、红外接收二极管、光敏二极管和光敏三极管等。

17 认识传感器——红外传感器 1、红外发光二极管
包括砷化嫁(GaA)红外发光二极管、砷铝化锌(GaAlAs)红外发光二极管和激光二极管(LD)等。 符号与外形图 伏安特性曲线

18 认识传感器——红外传感器 1、红外发光二极管——判别方法
①若管子为透明的树脂封装，则可透过封装从管芯上进行判别。红外发光二极管的管芯下有一个浅盘，而光敏二极管和光敏三极管的管芯下则没有。 ②若管子尺寸过小或用黑色树脂封装，则可用万用表的1kΩ挡测量其电阻。用手握住管子使其不受光照，正向电阻值为20—40kΩ、反向电阻值大于200kΩ的是红外发光二极管；正、反向电阻值均接近无穷大的是光敏三极管；正向电阻值为10kΩ左右、反向电阻值为无穷大的则是光敏二极管。

19 认识传感器——红外传感器 1、红外发光二极管——判别方法
③红外发光二极管正负极的判断。一般情况下，引脚长的一端为正极，引脚短的一端为负极。全塑封的Φ3mm、Φ5mm圆形管的侧向有一小平面，靠近小平面的一端为负极。用万用表测量正、反向电阻，若正向电阻值为20～40kΩ，则黑表笔所接的引脚为正极（指针式万用表）。 ④红外发光二极管好坏的判断。用万用表的1kΩ挡测量，其正向电阻值在30kΩ左右、反向电阻值在200kΩ以上者为合格，反向电阻越大、漏电流越小越好。若反向电阻只有几十千欧，这种管子质量差；若正、反向电阻均为无穷大或零，则说明管子是坏的。

20 认识传感器——红外传感器 2、光敏二极管 光敏二极管是利用半导体材料的光电效应制成的器件。受到光的照射后，会产生光电流，这就是半导体的光电效应。 光敏二极管是一种光电变换器件，当PN结受到光照后，能吸收光并将光能转换成电能。它有以下三种状态： ①光敏二极管一般都是处于反向工作状态。 ②光敏二极管上不加偏压，利用PN结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态一般作光电检测器。 ③光敏二极管没有光照时，处于反向截止状态，反向电阻很大，反向电流很小。此时的反向电流又叫暗电流。

21 认识传感器——红外传感器 2、光敏二极管 光敏二极管有四种类型：PN结型（也称PD型）、PIN结型、雪崩型和肖特基型。其中，应用最多的是用硅材料制作的PN结型光敏二极管，它的价格也最低。常用的光敏二极管有2DU型和2CU型，最常用的是2CU型光敏二极管。 光敏二极管的结构、电路图形符号和基本接线方法

22 认识传感器——红外传感器 2、光敏二极管——检测方法 ①电阻测量法
用万用表1kΩ挡检测。光敏二极管的正向电阻值为10kΩ左右。在无光照的情况下，反向电阻值为无穷大时，说明管子是好的（反向电阻值不是无穷大时，说明漏电流很大）；有光照时，反向电阻值随光照强度增加而减小，阻值可达到几千欧以下，则管子是好的；若管子的正、反向电阻值均是无穷大或0时，则说明管子是坏的。有光照时，反向电阻值越小越好，一般应在2kΩ以下。

23 认识传感器——红外传感器 2、光敏二极管——检测方法 ②电压测量法
用万用表1V挡检测。用红表笔接光敏二极管的正极，黑表笔接光敏二极管的负极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0.2～0.4V。 ③短路电流测量法 用万用表50μA挡或500μA挡。用红表笔接光敏二极管的正极，黑表笔接负极，在白炽灯下（不能用荧光灯），随着光照增强，若其电流增加则管子是好的，短路电流可达数十～数百微安。

24 认识传感器——红外传感器 3、光敏三极管 光敏三极管是靠光的照射量来控制输出电流的器件，它可以看作是一个光敏二极管并联到一个晶体三极管的bc结上的结合体。光敏三极管有NPN型和PNP型之分，由于受光的PN结做得很大，可以扩大光的照射面，基极一般不接引线。光敏三极管具有电流放大作用。 光敏三极管的结构、电路图形符号和基本接线方法

25 认识传感器——红外传感器 3、光敏三极管——检测方法 ①电阻测量法。
用万用表的1kΩ挡进行测量，黑表笔接c极，红表笔接e极，在无光照时，其阻值接近无穷大。在白炽灯照射下，随着光照的增强，电阻逐渐减小，可从无穷大减至1kΩ以下。用黑表笔接e极，红表笔接c极，无光照时电阻值为无穷大，有光照时万用表指针微动或指向无穷大为正常。

26 认识传感器——红外传感器 3、光敏三极管——检测方法 ②电流测量法。
用万用表的50μA挡或0.5mA挡，将光敏晶体管接上10V的工作电压（c极接电源正极，e极接电源负极，并将万用表串入电源正极与c极之间）。无光照时，电流小于0.3μA，随着光照的增强，电流逐渐增大，从零点几毫安增加到几毫安。

27 认识传感器——红外传感器 4、光敏管的选用及使用方法 ①光敏管的选用。
光敏二极管的光电流较小，但输出线性较好，响应时间短。光敏三极管的光电流大，但输出线性较差，响应时间长。在工作频率不高、要求灵敏度高的电路（例如一般的红外线遥控电路）中可选用光敏三极管。在工作频率较高。要求光电流与入射光线强度成线性关系时，则应选用光敏二极管。

28 认识传感器——红外传感器 4、光敏管的选用及使用方法 ②给光敏三极管加适当的光偏置。
在晶体三极管放大电路中，一般都需给晶体三极管的基极预加直流偏置电流，以提高其放大电路的灵敏度和线性。同理，在光敏晶体管的使用中也应预加偏置电流。但与晶体三极管不同的是，这里加的是光偏置。通过预加光偏置，在光敏晶体管中流过一定的偏置电流，以提高其灵敏度和线性。

29 认识传感器——红外传感器 4、光敏管的选用及使用方法 ③使用聚光透镜
安装时尽量使管子受光面垂直于入射光路，提高光的转换灵敏度，同时避免管子受外界杂散光的干扰。为了提高光敏管的接收效率，增大接收距离，可使用光学聚光透镜。在使用聚光透镜时应将光敏管置于透镜的光焦点上，透镜的直径应足够大。

30 认识传感器——红外传感器 4、光敏管的选用及使用方法
④入射光的光谱特性必须和所选的接收管的光谱特性（波长范围）一致。入射光的强度必须适当，入射光过弱信号易被噪声淹没，过强则会使管芯温度上升，影响设备工作稳定性。 ⑤暗电流一般都随温度上升而上升，硅管的暗电流要远比锗管的暗电流小（约为锗管的1%~0.1%）,所以应尽可能选用硅管。若用锗管，需要采用温度补偿的方式补偿。

31 谢 谢 ！