《传感器与检测技术》全套教案.doc

教学目标 知识目标： 掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性及使用方法，掌握应用接近开关进行工业技术检测的方法 能力目标： 对不同接近开关进行敏感性检测，使用霍尔接近开关完成转动次数的测量。 素质目标： 教学重点 接近开关的应用 教学难点 接近开关的基本工作原理 教学手段 理实一体 实物讲解 小组讨论、协作 教学学时 10 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 项目一 开关量检测 〖理论学习〗 任务一 认识接近开关 一、霍尔效应型接近开关 1.霍尔效应 霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场作用下受到洛仑兹力作用的结果。如图1-2所示，把N型半导体薄片放在磁场中，通以固定方向的电流i图1-2霍尔效应（从a点至b点），那么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流方向相反的方向运动。 图1-2 霍尔效应 2.霍尔元件 霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图1-3所示。 图1-3 霍尔元件 3.霍尔原件的性能参数 1)额定激励电流 2)灵敏度KH 3)输入电阻和输出电阻 4)不等位电动势和不等位电阻 5)寄生直流电动势 6)霍尔电动势温度系数 4.霍尔开关 霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 图1-6霍尔开关 5.霍尔传感器的应用 1)霍尔式位移传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，它不仅用于磁感应强度、有功功率及电能参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。 图1-7 霍尔式位移传感器的工作原理图 2)霍尔式转速传感器 图1-8 所示的是几种不同结构的霍尔式转速传感器。 图1-8 几种霍尔式转速传感器的结构 3)霍尔计数装置 图1-9 所示的是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器时，传感器可输出峰值20 mV 的脉冲电压，该电压经运算放大器(μA741)放大后，驱动半导体三极管VT(2N5812)工作，输出端便可接计数器进行计数，并由显示器显示检测数值。 图1-9 霍尔计数装置 二、光电效应型接近开关 1.光电效应 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，这类光致电变的现象统称为光电效应，如图1-10所示。 图1-10 光电效应 2.光电管 光电管的典型结构如图1-11 所示。 图1-11 光电管的典型结构 3.光电倍增管 电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，顾名思义是把微弱光信号转变成电信号且进行放大的器件，光电倍增管的典型结构和工作原理如图1-14所示。 图1-14 光电倍增管的典型结构和工作原理 4.光敏电阻 光敏电阻是一种基于光电效应制成的光电器件，光敏电阻没有极性，相当于一个电阻器件。光敏电阻的测量原理如图1-16 所示。 图1-16 光敏电阻的测量原理 5.光电二极管和光电三极管 光敏二极管的结构与一般的二极管相似，其 PN 结对光敏感。将其 PN 结装在管的顶部，上面有一个透镜制成的窗口，以便使光线集中在 PN 结上。光敏二极管是基于半导体光生伏特效应的原理制成的光电器件。光敏二极管的结构和工作原理如图1-18所示。 图1-18 光敏二极管的结构和工作原理 6.光电耦合器件 1)光电耦合器 光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内，一般有金属封装和塑料封装两种。光电耦合器常见的组合形式如图1-21所示。 图1-21 光电耦合器常见的组合形式 2）光电开关 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。 三、感应型接近开关 感应式传感器也称为涡流式传感器，由振荡器、开关电路及放大输出电路三部分组成。振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的电磁感应参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通断。 图1-24 感应接近开关原理 任务二 接近开关的应用（一） 开关电源的基础知识 1.主电路 主电路包含的主要功能模块如下。 （1）冲击电流限幅。限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。 （2）输入滤波器。其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。 （3）整流与滤波。将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。 （4）逆变。将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。 （5）输出整流与滤波。根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 2.控制电路 控制电路一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定；另一方面