利用光敏电阻实现火焰报警.doc
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2008级
测试技术课程设计
题目：
利用光敏电阻实现火焰报警
姓名
学号
2
院、系、部
电气工程系
专业
自动化
目录
1、课程设计任务书 1
2、概述 2
2.1系统组成框图 2
2.2光敏电阻的原理及特性 2
3、电路图 5
4、总结与展望 6
5、参考文献 7
1、课程设计任务书
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
一、主要内容
利用硫化铅光敏电阻实现火焰探测报警
二、基本要求
1．实现基本功能：
感应、存储、放大、报警
2．完成3000字设计报告。
三、主要技术指标（或研究方法）
1.采用恒压偏置电路
2．性能可靠，操作简便。
四、应收集的资料及参考文献
1．硫化铅光敏电阻
2.恒压偏置电路
2、概述
2.1系统组成框图
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
本课题采用的是利用硫化铅光敏电阻实现火焰探测报警。
系统硬件原理框图如图：
系统框图
2.2光敏电阻的原理及特性
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。
为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。
构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。
半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。
光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。
当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。
入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。
光敏电阻的特性：
（1）光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
（2）暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
（3）灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）下图表示CdS光敏电阻的光照特性。
在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。
不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。
因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。
一般在自动控制系统中用作光电开关。
（5）光敏电阻的光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。
从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。
因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。
（6）光敏电阻的伏安特性
在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。
图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。
由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。
在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。
但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。
超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。
（7）光敏电阻的频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。
由于不同材料的光敏，电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，如图。
硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。
（8）光敏电阻的温度特性
其性能（灵敏度、暗电阻）受温度的影响较大。
随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。
硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。
有时为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，将元件降温使用。
例如，可利用制冷器使光敏电阻的温度降低
3﹑电路图
下图是采用硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰探测器电路图。
硫化铅光敏电阻的暗电阻为1MΩ，亮电阻为0.2MΩ（光照度0.01W/m2下测试的），峰值响应波长为2.2μm。
硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为6V，电流约为6μΑ。
V2管集电极电阻两端并联68μF的电容，可以抑制100Hz以上的高频，使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。
V2、V3构成二级负反馈互补放大器，火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。
采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度，保证火焰报警器能长期稳定地工作。
4﹑设计总结
回顾起此次传感器课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在接近一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师那里我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
5、参考文献
1、传感器原理与应用技术刘爱华满宝元，人民邮电出版社，2010年11月
2、传感器与传感器技术河道清，张禾，谌海云，科学出版社，2008年6月
3、传感器及其应用实例何希才，机械工业出版社，2003年8月
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