《传感器课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器课程设计.doc（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流传感器课程设计.精品文档.东北石油大学课 程 设 计课 程 传感器课程设计 题 目 紫外线传感器应用电路设计 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年6 月 25任务书课程 传感器课程设计题目 紫外线传感器应用电路设计专业 姓名 学号 主要内容：我要设计紫外线火焰监测系统。紫外线是一种不可见光，波长范围0.01-0.40微米，光子能量大。当火焰燃烧到预定程度时会释放出一定量的紫外线，光敏二极管导通，从而发出预警信号。采用紫外线探测有反应速度快、避免可见光及炉壁红外辐射的干扰等优点。基本要求：1、按照技术要求，提出自己的设计方
2、案（多种）并进行比较；2、利用光电效应设计一种紫外线自动控制电路。3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。主要参考资料：1、 黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用M.电子科技大学出版社,2004.2、 陈章其.用于火焰探测的紫外光敏光敏管J.传感器学报.1996.01期3、 崔景俊.紫外火灾探测系统的设计与实现D.电子科技大学出版社.2007.4、 李青文.紫外脉冲法在特高压放电检测中的应用J.高电压技术.2006.12期完成期限 2012.6.252012.6.29 指导教师 专业负责人 2012年 6 月 25 日摘 要在我国城
3、市燃烧气体化的过程中，灵敏的监测系统得到了广泛的应用。煤气、天然气、酒精这类物质，其火焰能见度低，点燃快，有爆炸危险，在燃烧时必须有熄火保护。本课题针对日益巨大的监测系统市场，设计出一种简单可行的紫外线自动控制电路。采用紫外线控制电路，当燃烧时，利用紫外线接受器直接接受火焰信号，经过电路处理，发出预警信号。采用紫外线探测有反应速度快、避免可见光及炉壁红外辐射的干扰等优点。关键词：传感器；紫外线；熄火保护目 录一 、设计要求1二、设计方案及其特点11、方案一12 、方案二23 、方案三2三、传感器工作原理3四、电路的工作原理4五、单元电路设计、参数计算和器件选择41、单元电路设计42、参数计算6
4、3、元器件清单6六、总结6紫外线传感器应用电路设计一 、设计要求电路设有预定的火焰预警范围，当火焰超过给定的紫外线辐射最低量量时，电路会在毫秒级的数量级上报警，并切断燃料供应；火焰的紫外线辐射量低于给定个范围，对电路没有影响。可见光、红外线的辐射不会对电路造成影响。二、设计方案及其特点紫外线是一种不可见光，光子能量大。利用光电效应有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管三种方案。方案如下：1、方案一0.050.100.150.200.250 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0光通量/lm光电流/mA图1 光电流与光照强度之间的关系采用光敏电阻。光敏电阻又称光导管，为纯电阻原件，其工作原理是基于光
5、电导效应，其阻值随光照增强而减小。其设计简单，造价低廉。但舍弃这个方案的主要原因是光敏电阻多数是非线性的，不宜做定量监测，如图1。其次光敏电阻具有延时性的特点，而且时间常数都很大。再次光敏电阻具有温度特性，随着温度升高，其暗电流和灵敏度下降。2 、方案二光敏三极管的光照特性近似线性关系，故可以做定量测量。而且，温度变化对光电流的影响很小，对暗电流的影响很大，但电子线路中应对电流进行温度补偿。舍弃方案二的主要原因是无论是硅管还是锗管都对紫外线不敏感，从图2的光谱特性可以看出。20406080100硒硒硅入射光波长/nm0 400 600 800 1000 1200相对灵敏度/% 图2 光敏三级管
6、的光谱特性3 、方案三综合以上考虑，采用光电管作为敏感元件。采用锑铯阴极和镁镉阴极作为光电阴极，对紫外线敏感，光强影响其光电流的大小。而且温度变化对其 图3光电管工作原理图影响很小。三、传感器工作原理天然气、煤气、石油液化气、汽油、柴油、酒精等类物质，其火焰能见度低，点燃快，有爆炸危险，在燃烧时必须有熄火保护。在火情预报时没有引燃阶段，采用紫外探测比其他形式的探测有明显的优势能在毫秒级时间内快速反应，可以避免可见光及炉壁红外辐射的干扰。在本文中我们利用紫外线能量强的原理，当有一定量的紫外线照射在阴极上时，光电流迅速增大。在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,亦称光电子发射效
7、应。 (m-电子质量；-电子逸出速度)根据爱因斯坦方程我们得出以下三点：1、入光成分不变，产生的光电流与光强成正比；2、光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功；光电表面具有初始动能子逸出物体表。 当光照射在阴极上时，中央阳极可以收集从阴极上溢出的电子，在外电场作用下形成电流I。四、电路的工作原理 图4 紫外线火焰报警系统电路火焰燃烧会辐射各种各样的光，经过滤光、放大处理后，若火焰紫外线辐射超过最低阈值，光电管会很快导通，VT1、VT2导通，K1报警装置发出警报。火焰强度得到控制时，光电管截止。当火焰紫外线辐射达不到最低阈值时，滤光片会滤除可见光、红外辐射对光电管得影响
8、，从而延长其寿命。调节RP1可以控制紫外线辐射的最低强度，从而提高电路的灵敏度和实用性。五、单元电路设计、参数计算和器件选择1、单元电路设计（1）声光报警器 图5 声光报警系统在警戒状态下，Vl的基极电压经警戒线W对地短路，Vl和VT均处于截止状态，VL不发光，BL不发声。 若遇盗情，W被断开，则Vl立即饱和导通，其发射极的输出电压经R2加至VT的门极，使VT受触发而导通，IC和V2、V3获得工作电源而工作，IC输出的音效电信号经V2、V3放大后，驱动BL发出报警声，同时VL点亮（2）光电管 图6 光电管原理图光电管原理是光电效应。它一种是半导体材料类型的光电管，它的工作原理：光电二极管又叫光
9、敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。当光照强度增加时，pn结两侧的p区和n区因本征激发产生的少数载流子浓度增多，如果二极管反偏，则反向电流增大，因此，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。光电二极管是一种特殊的二极管，它工作在反向偏置状态下。2、参数计算触发控制电路由警戒线W、晶体管Vl、电阻器Rl、R2、电容器C和晶闸管VT组成。 声光报警电路由电阻器R3、R4、晶体管V2、V3、发光二极管VL、音效集成电路IC和扬声器BL组成。Rl-R4选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。 C选用独石电容器或涤纶电容器。3、元器件清单表1 元器件清单序号元器件类型元器件规格数量备注R1电
10、阻51K2RP1微调电阻10K1VT1P型三极管3AX312K1声光报警器1T光电管GD-71六、总结本文设计的紫外线火焰预警传感器利用光电效应，经过滤、放大处理，当火焰紫外线辐射量超过最低阈值时，系统发出火警预报。光电管光电流与光通量符合线性关系，可以对系统设定预定值。其次，紫外线光谱在其灵敏度范围内，可以对紫外线辐射量迅速作出反应。再者，温度变化对光电管的灵敏度影响很小，增强其实用性。紫外线火焰预警系统不仅是对光电效应的深刻了解，更是对电路设计的灵活应用。该设计有反应速度快、无延迟、功耗小等优点，随着城市气化工程的进一步拓展，火焰预警系统有着很好的市场前景。参考文献1黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用M.电子科技大学出版社,2004.2陈章其.用于火焰探测的紫外光敏光敏管J.传感器学报；1996.01期3崔景俊.紫外火灾探测系统的设计与实现D.电子科技大学出版社.2007.4李青文.紫外脉冲法在特高压放电检测中的应用J.高电压技术；2006.12期