工作任务2-5光电池传感器 电子课件 中职 传感器技术及应用 （）.ppt

工作任务2-5光电池传感器 电子课件 中职 传感器技术及应用（高教版）之五 光电池传感器 光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光生伏特效应。外光电效应是指物体在光照射下，物体中的电子从物体表面逸出的现象，也成为光电发射效应。如光电管、光电倍增管等。光电导效应是指物体在光照射下，物体的电阻率等发生改变的现象，也成为光电导效应。如光敏电阻和光导管。光生伏特效应是指物体在光照射下产生一定方向电动势的现象，如光电池、光电晶体管等。任务描述 光电传感器电路是由光电器件、转换电路和控制电路组成的，如下图所示。任务条件 由于光电传感器已经把光能转换为电能信息，所以除了光电传感器，驱动电路是必需的电路。光电传感器输出的信号一般比较弱小，为了驱动执行机构，必须要有把信号进行必要的放大，才能使执行机构运行。执行机构是终端，它可以采用不同的执行方式模式，一般是光、电、声、机械模式。由于光电传感器种类很多，在应用时要视电路的功能选择光电传感器，这样才能适当地应用光电传感器。光电池传感器简称光电池，又称太阳能电池，它是利用光线直接感应出电动势的光电器件。它能接收不同强度的光照射，产生不同的电流。常用光电池有硒光电池和硅光电池，由于硅光电池的光电转换效率高，因此一般都采用这种光电池作为传感器。光电池传感器应用越来越广泛，因为光电池可以利用太阳能进行发电，用光电池传感器发电既干净环保，而且能源用之不歇。为了获取太阳能，光电池已经广泛应用在航空航天、工业生产和家居生活当中。电路图如下图。1.光电池传感器在汽车前照灯自动开关电路中的应用 硅光电池传感器构成的汽车前照灯自动开关电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，在装配调试过程中，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查硅光电池传感器E的质量，这是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；热释电红外线传感器不在线路板上安装，为了能更好地监控防盗，热释电红外线传感器要放在适当位置后，再与线路板用导线连接。（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用 电路主要由IC1IC4、VT1、继电器JK等组成。其中，IC1（LM324）为四运算放大器，IC2（A741）为单运放电路，IC3（NE555）为时基振荡电路，IC4（AN7809）是稳压值为9V的三端固定稳压集成块。该电路安装在汽车上，晚上会车时，对方汽车灯光照射下，本车的远光灯、近光灯根据对方汽车光照的情况进行转换。电路工作过程 会车时，当对方汽车灯泡发出的光照到本车光电池传感器E上时，在光电池传感器E上产生一个微小电动势，该信号经IC1的A、B、C三个运算放大器放大后，从IC1的“8”脚输出，加到IC1-D的“13”脚。RP1用于调整放大器的放大倍数。IC1-D的“12”脚为基准电压端，该电压由可调电阻RP2调整，并与“13”上的电压进行比较，如“13”脚电压大于“12”脚电压，IC1的“14”脚输出低电平，IC3振荡器由于“4”脚为低电平，所以使IC3停止振荡。IC3的“3”脚输出低电平，使三极管VT1截止，继电器JK释放。由于继电器JK常开触点控制着远光灯，使远光灯熄灭，汽车工作在近光状态。如果对方车灯的灯光或环境光不强，经放大后加到IC1“13”脚的电压小于“12”脚的电压，“14”输出高电平，即IC3的“4”脚为高电平，符合IC3振荡的条件，故使IC3启动振荡，使车灯按照1.9s远光，1.9s近光交替状态进行工作。由光电池传感器构成的电子测光表电路，可对光强度进行检测。它是以发光二极管点亮个数的多少来指示光的强度，可用于需要对光的强度进行检测的场合。电路图如下图。2.光电池传感器构成的电子测光表电路光电池传感器电子测光表电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，在装配与调试过程中，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查硅光电池传感器E的质量，它是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用 电路由两部分组成，由光电池E与三极管VT1组成了光检测电路，另一部分是VT2VT6、发光二极管LED1LED5、二极管VD1VD4和可调电位器RP1组成了光强度显示电路。该电路可以测量光照强度的等级情况。电路工作过程 当有一定强度的光线照射到光电池E上时，光电池E产生的电压使三极管VT1导通，光照的强度超强，光电池E产生的电压越高，VT1的基极电流越大，集电极负载电阻RP1的压降越大。三极管VT1输出的电压越高，电平指示器得到的输入电平也越高，并使三极管VT2VT6导通越多，进而使发光二极管LED1LED5点亮的个数越多。安装时，可先不焊上VT1与光电池E。把光强度显示电路部分焊好后，在可调电位器RP1两端接入3V电源，调整可调电位器RP1，使发光二极管一个接一个亮起来。光电池传感器是利用光线直接感应出电动势的光电器件。它能接收不同强度的光照射，产生不同的电压。常用的有硒光电池和硅光电池两种。由于硅光电池的光电转换效率高，因此一般都采用这种光电池做传感器。光电池传感器电路符号与标称 光电池传感器的符号。电路文字符号为E。常见的光电池传感器实物如图所示。光电池的符号与原理示意图 硅光电池实物图 光电池传感器结构、原理和使用 硅光电池的结构类似一只半导体二极管，也是由PN结组成的，只是其工作面积较大，以增大受光量。下图是硅光电池的结构及外形。硅光电池的几何形状有方形、矩形、圆形、环形，也有在一块硅单晶片上制作几个光电池的。（a）硅光电池结构（b）硅光电池外形 硅光电池的结构及外形 当光线照射到硅光电池半导体表面时，就会产生光激发，从而出现很多的电子空穴对。它们在PN结内电场的作用下，带负电的电子向N区运动，带正电的空穴向P区运动，经过逐渐的积累，就会在P区和N区两端产生电动势，如果在上电极和下电极之间接上负载，负载中就会有电流流过。为了减小光线的反射，提高光电的转换效率，通常还在硅光电池的表面涂上一层蓝色的一氧化硅抗反射膜。在结构中，与上电极引线相连的栅线是为了减小硅光电池的表面电阻，用于提高输出功率硅光电池性能稳定，寿命长，其损坏主要由机械损伤引起，如电池片破碎。负极引线断开，一氧化硅蓝色膜脱落（受潮或被油污后）等。使用时不要用手直接触摸电池片，并要尽量防止受潮。硅光电池常见的使用方式有两种：一种为直接应用方式，另一种为二次电池方式。直接应用方式：将光电池作为传感器使用（如案例），由光电池将光能转换为电能，然后直接用该信号对抓抓后级电路进行自动控制。直接应用方式由于没有多余元件，故几乎能100%使用光电池的电能。该方式一般采用极限使用。在晴朗的天气条件下使用。通常接入负载时，选择具有23倍负载功率的光电池。入射光过强时，为避免输出电压过高而损坏负载，就另加稳压电路进行保护。二次电池方式：在强光时光电池为二次电池充电；在弱光或夜晚时，由二次电池给负载提供电能。二次电池可以选用Ni-Ca电池或铅蓄电池。使用2CR系列时，由于是用N型单晶硅制成，光照面为正极，背光面为负极。使用2DR系列时，由于是用P型单晶硅制成，光照面为负极，背光面为正极。硒光电池由三层的薄片构成，如图所示。其最底层为铁片或铝片，中间有一层光电效应的半导体材料硒片，表层是导电性能良好的可透光的金属薄膜，如金、银、铂、镉等。薄膜边缘加金属环作为负极。硒光电池对不同波长的光的灵敏度与人眼睛差不多，即在可见光区（420760nm的波长范围）较灵敏，对红外光和紫外光不灵敏。硒光电池的结构 另外，硒光电池长期受光照射，乐电流会很快升到较高的数值，然后逐渐降落，产生“疲劳”现象，所以在使用时不能连续照射。如光电池产生不“疲劳”现象，应将其放置在暗处使其恢复灵敏性后再使用。光电池传感器基本参数 开路电压UOC：光电池在标准光照下，输出端开路时所测得的电压值。短路电流ISC：光电池在标准光照条件下，将输出端短路时抽测得的电流。它随入射光的强度在一定范围内成比例增加。另外，随环境温度升高，短路电流会有所增加。效率：光电池在标准光照条件下，最佳输出功率与入射光功率之比。常见的单晶硅光电池的效率在8%12%，最高可达30%。最佳输出功率：在光电池的输出端接入一只可调电阻，当改变该电阻值时，测量电压和电流，所得的电压和电流乘积在最大时的工作点为最佳工作点。两者的乘积为最佳输出功率。硅光电池传感器检测 首先对硅光电池外观进行观察，应保证没有破损和表面薄膜的完整。在正常的光照条件下，用万用表测量其开路电压应该与标称值相一致，否则硅光电池已经受潮或衰老，使用时效果明显变差。1.硅光电池传感器有什么特点和作用？2.如何判别硅光电池传感器的质量？3.你已经做过硅光电池传感器相关电路的产品吗？功能效果如何？试简述一下电路的工作过程和硅光电池传感器性能和在电路中的作用。