光电门传感器实验ppt课件
合集下载
《传感器及其工作原理》人教版高二物理选修3-2PPT课件
o
T
热敏电阻R-T关系示意图
霍尔元件
(1)材料：半导体 如砷化铟
(2)工作原理图
(3)霍尔电压:
UH
k IB d
FI
N
M
E
B UH
霍尔元件工作原理图
一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的 变化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。 霍尔元件能够把_磁__感___应__强__度_这个磁学量转换为___电__这压个 电学量。
第6章 第1节 传感器
传感器及其工作原理
SENSOR AND ITS WORKING PRINCIPLE
主讲老师：XX 人教版 物理（高中）
某某高中
高二年级 选修3-2
某某高中
课堂引入：
自动门为什么可以自动开关? 它的工作原理是怎样的呢？
高二年级 选修3-2探来自一、什么是传感器如图所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关， 但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡就熄灭。 问：请大家推测，盒子里有什么样的装置才能出现这样的现象呢？
电压 电流 电阻 电容
物理信息 化学信息 生物信息
非电学量 的变化
转化 反映
电学量 的变化
传感器的工作原理
电
信
敏感元件
号
转换电路
传感器
各种传感器
探究二、常用敏感元件
1.光敏电阻
将光敏电阻和多用表的欧姆挡相连，随着光照不同，欧姆表示数有何变化？
根据演示实验思考以下问题：
（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？ （2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？ （3）光敏电阻能够将什么量转换为什么量？ （4）如图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？
高中物理 第六章 传感器 6.3 实验传感器的应用课件2高二选修32物理课件
3 实验(shíyàn):传感器的应用
12/9/2021
-1-
第一页，共二十三页。
一、实验目的
1.了解光控开关和温度报警器的工作原理。
2.练习用传感器制作自动控制设备。
二、实验原理
1.光控开关电路分析(fēnxī) (1)电路如图所示
(2)斯密特触发器 实质是一个具有(jùyǒu)特殊功能的非门,当A端电势高于1.6 V时,Y端会输出 0.2152/9V/20的21低电势,当A端电势低于0.8 V时,Y端会输出3.4 V的高电势。
12/9/2021
第八页，共二十三页。
一、实验原理的分析 【例题1】 如图所示,低压(dīyā)控制电路操纵路灯工作的电路,试分析其工 作原理。
12/9/2021
第九页，共二十三页。
答案:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输 出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增 大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳 到低电平,有电流通过(tōngguò)线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自 动开启;天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一 定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,电磁继电器自动 切断工作电路的电源,路灯熄灭。
警声 C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
D.当12/9增/20大21R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
答案:BC
第十五页，共二十三页。
12 34 5
3.(多选)(自动控制电路的分析与设计)如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由 程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电, 使铁芯2运动(yùndòng),从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法中正确的是
12/9/2021
-1-
第一页，共二十三页。
一、实验目的
1.了解光控开关和温度报警器的工作原理。
2.练习用传感器制作自动控制设备。
二、实验原理
1.光控开关电路分析(fēnxī) (1)电路如图所示
(2)斯密特触发器 实质是一个具有(jùyǒu)特殊功能的非门,当A端电势高于1.6 V时,Y端会输出 0.2152/9V/20的21低电势,当A端电势低于0.8 V时,Y端会输出3.4 V的高电势。
12/9/2021
第八页，共二十三页。
一、实验原理的分析 【例题1】 如图所示,低压(dīyā)控制电路操纵路灯工作的电路,试分析其工 作原理。
12/9/2021
第九页，共二十三页。
答案:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输 出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增 大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳 到低电平,有电流通过(tōngguò)线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自 动开启;天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一 定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,电磁继电器自动 切断工作电路的电源,路灯熄灭。
警声 C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
D.当12/9增/20大21R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
答案:BC
第十五页，共二十三页。
12 34 5
3.(多选)(自动控制电路的分析与设计)如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由 程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电, 使铁芯2运动(yùndòng),从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法中正确的是
高中物理实验十一传感器简单使用PPT课件
图如图5所示将多用电表的选择开关置于欧姆挡再将多用电表的两支表笔与阻负温度系数的热敏电阻rt的两端相连这时表针指在某一刻度观察下述操作过程中指针的偏转情况
基础再现·深度思考
实验十一
现·深度思考
实验目的
实验过程
本
究·突破考点 课
栏
练·能C力达re标at目 开 关ed
with
A实sp验os原e.S理lEidveaslufaotrio.NnEoTnl3y注..5意C事lie项nt
5.2.0.0.
③接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的
亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记
录；
④用手掌(或黑纸)遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，
并记录．
第7页/共36页
基础再现·深度思考
实验十一
现·深度思考
(2)数据处理
本 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的
栏
练·能C力达re标at目 开 关ed
多用电表置于“×E1v00a”lu挡a；tion only. wi②th先A测s出po在s室e内.S自li然de光s的fo照r射.N下E光T敏电3.5 Client Profile
阻的C阻op值y，rig并h记t录2数00据4；-2011 Aspose Pty图L4td.
5.2.0.0.
阻作C为op传y感ri器gh，t借2助00电4磁-2开0关1，1 可A以sp实o现se路灯Pt自y动L在td白. 天关
闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图 11 所示.1、2 两接
线柱之间是励磁线圈，3、4 两接线柱分别与弹簧片和触点连
接．当励磁线圈中电流大于 50 mA 时，电磁铁吸合铁片，弹
栏
基础再现·深度思考
实验十一
现·深度思考
实验目的
实验过程
本
究·突破考点 课
栏
练·能C力达re标at目 开 关ed
with
A实sp验os原e.S理lEidveaslufaotrio.NnEoTnl3y注..5意C事lie项nt
5.2.0.0.
③接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的
亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记
录；
④用手掌(或黑纸)遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，
并记录．
第7页/共36页
基础再现·深度思考
实验十一
现·深度思考
(2)数据处理
本 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的
栏
练·能C力达re标at目 开 关ed
多用电表置于“×E1v00a”lu挡a；tion only. wi②th先A测s出po在s室e内.S自li然de光s的fo照r射.N下E光T敏电3.5 Client Profile
阻的C阻op值y，rig并h记t录2数00据4；-2011 Aspose Pty图L4td.
5.2.0.0.
阻作C为op传y感ri器gh，t借2助00电4磁-2开0关1，1 可A以sp实o现se路灯Pt自y动L在td白. 天关
闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图 11 所示.1、2 两接
线柱之间是励磁线圈，3、4 两接线柱分别与弹簧片和触点连
接．当励磁线圈中电流大于 50 mA 时，电磁铁吸合铁片，弹
栏
第10章光电传感器1 共72页
半导体中，由于空穴和电子的扩散，在PN结处形成势垒，从 而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向电压时，势 垒降低，电子由N区注入到P区，空穴则由P区注入到N区，称为少 数载流子注入。所注入到P区里的电子和P区里的空穴复合，注入 到N区里的空穴和N区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子 形式放出能量，因而有发光现象。
入射光的频谱成分 不变时，产生的光电子
与光强成正比。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第一节 光电效应
(1)外光电效应
由能量守恒定律有：
Eh 12mv02 A
爱因斯坦光 电效应方程
A — 电子的逸出功；
1 2
m
v
2 0
一个电子逸出的动能（能量）；
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个 电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超 过部分的能-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（3）光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（3）光敏电阻
光敏电阻光照特性 • 无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；
• 有光照时，电阻值随光强增加而降低； • 光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。
U RI光 强
入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（1）光电管
真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（1）光电管
主要用于：分光光度计、 光电比色计等分析仪器和各种自动装置。
入射光的频谱成分 不变时，产生的光电子
与光强成正比。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第一节 光电效应
(1)外光电效应
由能量守恒定律有：
Eh 12mv02 A
爱因斯坦光 电效应方程
A — 电子的逸出功；
1 2
m
v
2 0
一个电子逸出的动能（能量）；
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个 电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超 过部分的能-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（3）光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（3）光敏电阻
光敏电阻光照特性 • 无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；
• 有光照时，电阻值随光强增加而降低； • 光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。
U RI光 强
入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比。
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（1）光电管
真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
山东交通学院-传感器与检测技术课程
第二节 光电器件
（1）光电管
主要用于：分光光度计、 光电比色计等分析仪器和各种自动装置。
新教科版高中物理必修1第一章第4节运动快慢与方向的描述—速度 光电门传感器的原理及使用(15张ppt)
A (3)下列不必要的一项实验要求是________ 。 (请填写选项
前对应的字母) A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使 A 位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调节水平 D．应使细线与气垫导轨平行
实验原理的创新 利用力传感器测出细线拉力，消除了因 m ≪M 得不到满足带来的实验误差。
N
11
[典例 3]
(2016· 江阴模拟)如图实313 所示是某同学探究加
速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电 门 B。 滑块上固定一遮光条， 滑块用细线绕过气垫导轨左端的定 滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从 A 处由静止释放。
实验器材的创新 (1) 利用光电门测滑块上的遮光条通过光 电门的时间。 (2)利用气垫导轨代替长木板。 (3)利用力传感器测绳中拉力大小。
[题组突破] 5． (2016· 吉林一中一模)“用 DIS 研究加速度与力的关系”的实验装 置如图实315(a)所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小 车的拉力 F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的 加速度 a 和所受拉力 F 的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的 两种情况下分别做了实验，得到了两条 aF 图线。如图(b)所示。
第一章 运动的描述
1.4 运动快慢与方向的描述—速度
光电门传感器的原理及使用
教材P15发展空间
工作原理
在 t 时间内的平均速度即为某
x 在公式 v 中，当t t
0 时，
时刻(或某位置)的瞬时速度.(极限思想)
如图1-3-11所示， A为发光管，B为接收管，被测物体与遮光 板相连，一旦光线被遮光板挡住，遮挡的 时间间隔能被光电门测出来。根据遮光板 的宽度d和测得的遮光时间△t，就可以求 出极短时间内的平均速度，这个平均速度 可以认为就是所测得物体运动到光电门位 置的瞬时速度。
《课光电传感器》PPT课件
硅 锗
波长( X100 nm)
4 8 10 12 14 16 18 20 22
硅和锗光敏二极管(晶体)管的光谱特性曲线
相对灵敏度％
频率特性
100 80 60 40 20 (H) 0 100 500 1000 5000 10000
硅光敏晶体管频率响应曲线
光敏管的频率响应是指用具 有一定频率的调制光照射时， 光敏管输出的光电流(或负载 上的电压）随频率的变化关 系。 光敏管的频率响应与本身的 物理结构、工作状态、负载 以及入射光波长等因素有关。 对于锗管，入射光的调制频 率要求在5kHz以下，硅管的 频率响应要比锗管好.
反向偏置提高速度(减小结电容)
1000
100
pF
10
1 03
50 sq mm
10 sq mm 5 sq mm 1 sq mm
6 9 12 15 18 21 24 27 30
Bias Voltage
bias voltage 偏置电压
sq mm=平方毫米
反偏时的光照特性
-I(uA)
-U(伏特)
50 40 30 20 10 0
暗电流的温度特性
1000
Dark Current vs Temperature
100
Relative Dark Current 10
1
Temperature,Deg C Exponential increases in the thermally excited electron-hole pairs resulting in increasing dark current. This leakage doubles for each 8 to 10 deg C temperature increase.
波长( X100 nm)
4 8 10 12 14 16 18 20 22
硅和锗光敏二极管(晶体)管的光谱特性曲线
相对灵敏度％
频率特性
100 80 60 40 20 (H) 0 100 500 1000 5000 10000
硅光敏晶体管频率响应曲线
光敏管的频率响应是指用具 有一定频率的调制光照射时， 光敏管输出的光电流(或负载 上的电压）随频率的变化关 系。 光敏管的频率响应与本身的 物理结构、工作状态、负载 以及入射光波长等因素有关。 对于锗管，入射光的调制频 率要求在5kHz以下，硅管的 频率响应要比锗管好.
反向偏置提高速度(减小结电容)
1000
100
pF
10
1 03
50 sq mm
10 sq mm 5 sq mm 1 sq mm
6 9 12 15 18 21 24 27 30
Bias Voltage
bias voltage 偏置电压
sq mm=平方毫米
反偏时的光照特性
-I(uA)
-U(伏特)
50 40 30 20 10 0
暗电流的温度特性
1000
Dark Current vs Temperature
100
Relative Dark Current 10
1
Temperature,Deg C Exponential increases in the thermally excited electron-hole pairs resulting in increasing dark current. This leakage doubles for each 8 to 10 deg C temperature increase.
高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用课件选修32高二选修32物理课件
12/10/2021
第十二页，共三十页。
规律方法
12/10/2021
第十三页，共三十页。
规律鸟瞰 题型一：实验电路故障分析 题型二：光控开关的应用
考点热度 ★★ ★★
12/10/2021
第十四页，共三十页。
规律一 实验电路故障分析
(多选)在制作光控电路实验中，某同学
按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置
第二十一页，共三十页。
(1)基本考查点为：自动控制电路． (2)常考点：传感器电路分析，高考还没有明确涉及． (3)常考题型预测：选择与实验，难度中等．
12/10/2021
第二十二页，共三十页。
(2009·宁夏)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池 充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的 开关，实现自动控制．
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可 以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为 0；照射光较弱 (如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助 电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关 的内部结构如图所示.1、2 两接线柱之间是励磁线圈，3、4 两接 线柱12/分10/2别021 与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于 50 mA
12/10/2021
第九页，共三十页。
四、实验步骤 1．光控开关 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使发光二极管或灯泡在普通光 照条件下不亮． (4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状 态． (5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
12/10/2021
第十一页，共三十页。
第十二页，共三十页。
规律方法
12/10/2021
第十三页，共三十页。
规律鸟瞰 题型一：实验电路故障分析 题型二：光控开关的应用
考点热度 ★★ ★★
12/10/2021
第十四页，共三十页。
规律一 实验电路故障分析
(多选)在制作光控电路实验中，某同学
按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置
第二十一页，共三十页。
(1)基本考查点为：自动控制电路． (2)常考点：传感器电路分析，高考还没有明确涉及． (3)常考题型预测：选择与实验，难度中等．
12/10/2021
第二十二页，共三十页。
(2009·宁夏)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池 充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的 开关，实现自动控制．
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可 以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为 0；照射光较弱 (如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助 电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关 的内部结构如图所示.1、2 两接线柱之间是励磁线圈，3、4 两接 线柱12/分10/2别021 与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于 50 mA
12/10/2021
第九页，共三十页。
四、实验步骤 1．光控开关 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使发光二极管或灯泡在普通光 照条件下不亮． (4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状 态． (5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
12/10/2021
第十一页，共三十页。
光电传感器第1节课件
当有光照射在光敏电阻上时，它的电导将变大，这时的电导 称为光电导。
电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为 光敏电阻的光电特性。 光电传感器第1节课件
在1.5.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和 强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（184）与（1-87）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导 与辐射通量的关系。
PCI-L-2 PCI-L-3 PCI-4 PCI-5 PCI-6
PCI2TE-4 PCI2TE-6 PCI2TE-12
0.5~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12
2~12
2~12
峰值响 应
（μm） 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6
0
0
0
0
t=0 t≥0 t=0
光电传感器第1节课件
t≥0
（3-8） （3-9）
• 光敏电阻电导率的变化规律为
0t
a n ht
其光电流的变化规律为
I
I0t
a
n
ht
停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为011来自/II01
1t /
光电传感器第1节课件
（3-10） （3-11）
3.2.5 噪声特性
在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为
Ip gpUUgSE (3-1)
式中Sg为光电导灵敏度，E为光 敏电阻的照度。显然，当照度很 低时，曲线近似为线性，Sg由式 （1-85）描述；随照度的增高， 线性关系变坏，当照度变得很高 时，
曲线近似为抛物线形，Sg由光电式传感（器1第-18节7课）件 描述。
电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为 光敏电阻的光电特性。 光电传感器第1节课件
在1.5.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和 强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（184）与（1-87）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导 与辐射通量的关系。
PCI-L-2 PCI-L-3 PCI-4 PCI-5 PCI-6
PCI2TE-4 PCI2TE-6 PCI2TE-12
0.5~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12
2~12
2~12
峰值响 应
（μm） 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6
0
0
0
0
t=0 t≥0 t=0
光电传感器第1节课件
t≥0
（3-8） （3-9）
• 光敏电阻电导率的变化规律为
0t
a n ht
其光电流的变化规律为
I
I0t
a
n
ht
停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为011来自/II01
1t /
光电传感器第1节课件
（3-10） （3-11）
3.2.5 噪声特性
在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为
Ip gpUUgSE (3-1)
式中Sg为光电导灵敏度，E为光 敏电阻的照度。显然，当照度很 低时，曲线近似为线性，Sg由式 （1-85）描述；随照度的增高， 线性关系变坏，当照度变得很高 时，
曲线近似为抛物线形，Sg由光电式传感（器1第-18节7课）件 描述。