光传感器.docx

光传感器.docx

《光传感器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光传感器.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

光传感器

实验一光敏电阻的特性实验

一、实验目的：

了解光敏电阻的光照特性和伏安特性等基本特性。

二、基本原理：

在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过度到自由状态。

引起电导率的变化，这种现象成为光电导效应。

光电导效应是半导体材料的一种体效应。

光照愈强，器件本身电阻愈小。

基于这种效应的光电器件称为光敏电阻。

光敏电阻的符号如图1所示。

用来制作光敏电阻的典型材料有硫化镉（CdS）及硒化镉（CdSe）两种。

光敏电阻的CdS或CdSe沉积膜面积越大，其受光照后的阻值变化也越大，故通常将沉积膜做成“弓”字形，以增大其面积。

光敏电阻工作时的响应速度较慢，如CdSe光敏电阻的响应时间约为10ms，CdS的响应时间约为100ms。

因此，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。

光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。

图1－1

三、需用元件与设备：

1．传感器实验主板

2．光电实验台架；

3．CdS光敏电阻；

4．电阻：

2kΩ×1；

5．光源。

四、实验步骤：

1．如图1－2所示，在传感器实验电路板上搭建好电路，CdS光敏电阻无极性；

图1－2

2．安装好光源和光敏电阻。

把照度计探头扣在光源安装盒上面，调节光源亮度，使照度计显示100Lx；

3．拿开照度计探头，把光敏电阻的安装盒贴近光源安装盒，遮住外界光线。

读取电路输出的电压值；

4．调节光源的光照度（测量方法同以上实验），测得数据填入下表1－1，并作曲线图；

5．DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。

表1－1

强度（Lx）

100

300

500

700

900

1300

1500

电压V

电压（V）

光照度（Lx）

图1-3光敏电阻光照特性曲线

实验二光敏电阻的光测量实验

一、实验目的：

了解光敏电阻在照度测量方面的应用，掌握基本的照度测量电路。

一、基本原理；

光敏电阻的光电流随光照强度变化而变化，它们之间的关系是非线性的，基本呈对数特性。

若采用简单元件对光电流进行对数压缩，就可以构成等间隔刻度的照度计。

对数压缩元件采用对数二极管。

1Lux以上的照度范围，采用一般的整流二极管就可以获得期望的特性。

二、需用元件和设备：

1．传感器实验电路板；

2．光电实验台架；

3．CDS光敏电阻；

4．电阻：

100Ω×1，2KΩ×2，；

5．二极管IN4148；

6．运算放大器OP07

7．10kΩ可调电阻；

8．跳线若干；

9．光源。

三、实验步骤：

1．按图2-2，在传感器实验电路板上搭建好电路，仔细检查连线，确保无误，参考接线图2-3；

2．安装好光源和光敏电阻。

把照度计探头扣在光源安装盒上面，调节光源亮度，使照度计显示100Lx；

3．拿开照度计探头，把光敏电阻的安装盒贴近光源安装盒，遮住外界光线。

读取电路输出的电压值；

4．调节光源的光照度（测量方法同以上实验），测得数据填入下表2－1，并作曲线图；

5．DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。

表2－1

强度（Lx）

100

300

500

700

900

1300

1500

电压V

电压（V）

光照度（Lx）

图2－1光敏电阻光照特性曲线

图2－2对光电流进行对数压缩的照度计原理图

图2－3

6．照度与电压的关系，用y=kx+b表示。

算出k值和b值。

则知道输出的电压即可知道环境的照度。

对比光敏电阻测得的值和照度计测得的值，考虑产生误差的原因。

实验三光敏二极管的光测量实验

一、实验目的：

了解光敏二极管的工作原理和特性。

二、基本原理：

根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。

此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。

当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。

光敏二极管是根据硅PN结受光照后产生的光电效应原理制成的。

光敏二极管具有光生伏特效应，当入射光的强度发生变化，通过光敏二极管的电流随之变化，于是在光敏二极管的两端电压也发生变化。

光照时导通，光不照时，处于截止状态，光电流和照度成线性关系。

光敏二极管工作于反向偏压下，其光谱响应特性主要由半导体材料中所掺的杂质所决定。

光敏二极管的最大工作频率为几十MHz。

三、需要的元件和设备：

1.传感器实验电路板；

2.光电实验台架；

3.光敏二极管（有小缺口的一端为正极）；

4.10KΩ电阻；

5.0.1uF电容；

6.运算放大器OP07；

7.跳线若干；

8.光源。

四、实验步骤

1.按图3-2，在传感器实验电路板上搭建好电路，仔细检查连线，确保无误，参考接线图3-3；

2.安装好光源和光敏二极管。

把照度计探头扣在光源安装盒上面，调节光源亮度，使照度计显示100Lx；

3.拿开照度计探头，把光敏二极管的安装盒贴近光源安装盒，遮住外界光线。

读取电路输出的电压值；

4.调节光源的光照度（测量方法同以上实验），测得数据填入下表2－1，并作曲线图；

5.DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。

表2－1

强度（Lx）

100

300

500

700

900

1300

1500

电压V

电压（V）

光照度（Lx）

图3－1光敏二极管光照特性曲线

图3－2图3－3

实验四光敏三极管的光测量实验

一．实验目的：

了解光敏三极管的工作原理和特性。

二．基本原理：

光敏三极管也是利用硅PN结的光电效应制成的。

光敏三极管和普通三极管的结构相类似。

不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管。

光敏三极管使用时，其基极通常开路，基极－集电极产生的光感生电流直接馈入基极，并被三极管放大，因此光敏三极管的灵敏度比光敏二极管大得多，通常要大100多倍。

光敏三极管的最大工作频率只有几百kHz。

一般光敏三极管只引出E、C两个电极，其光电特性时非线性的，广泛应用于光电自动控制领域。

图4-1光敏三极管等效电路

三．需要的元件和设备：

1.传感器实验电路板；

2.红外发光管；

3.光敏三极管；

4.2KΩ电阻；

5.跳线若干。

四．实验步骤：

1．4-3在传感器实验电路板上搭建好电路，仔细检查连线，确保无误，可参考接线图5-2；

2．观察输出的电压值是否为低，然后用纸片遮挡在红外发光管和光敏三极管之间，观察输出的电压值是否为高；

3．安装直流电机套件，使小飞轮遮挡在红外发光管和光敏三极管之间。

用手轻轻旋转飞轮，观察输出的电压，当飞轮上面的小孔通过光电开关时，输出低电压，小孔转过去后输出高电压，如果电压不是这样变化的，调节红外发光管和光敏三极管的相对位置；

图4-2三极管仰视图（从底部往上看）图4-2

4．已知发讯齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出直流电机的转速。

如小孔孔数为N，转速为n，脉冲频率为f，则有：

n=f/N。

通常，转速的单位是转/分钟，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据，即n=60×f/N。

5．打开脚本“开放式传感器-光敏三极管速度测量”进行转速测量，所行到的输出波形如图4－3。

图4-3

实验五光电开关的光测量实验

一、实验目的：

了解透射式光电开关的原理和应用。

二、基本原理：

光电开关可以由一个光发射管和一个接收管组成。

当发射管和接收管之间无物体遮挡时，接收管由光电流产生，输出低电平电压。

当发射管和接收管之间有物体遮挡时，接收管截止，输出高电平电压。

可以利用光电开关的这种特性来进行零件计数等。

三、需要的元件和设备：

1.传感器实验电路板；

2.直流电机组件；

3.光电开关；

4.电阻：

470×1、10KΩ×1；

5.跳线若干。

四、实验步骤：

1.按图5-1，在传感器实验电路板上搭建好电路，仔细检查连线，确保无误，可参考接线图5-2；

图5－1

图5－2

2.观察输出的电压值是否为低，然后用一纸片遮挡在发射管和接收管之间，观察输出的电压值是否为高；

3.加上直流电机套件，使小飞轮遮挡在发射管和接收管之间。

用手轻轻旋转飞轮，观察输出的电压，当飞轮上面的小孔通过光电开关时，输出低电压，小孔转过去后输出高电压，如果电压不是这样变化的，调节光电开关同飞轮的相对位置；对照图5－3；

图5－3

4.在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出直流电机的转速。

如小孔孔数为N，转速为n，脉冲频率为f，则有：

n=f/N。

通常，转速的单位是转/分钟，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据，即n=60×f/N。

5.打开脚本“开放式传感器-光电对管速度测量”进行转速测量，所行到的输出波形如图5－4。

图5－4