东南大学现代检测技术第四次实验.docx
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东南大学现代检测技术第四次实验
检测技术实验报告
院（系）：
自动化专业：
自动化
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实验一：
发光二极管（光源）的照度标定
一、实验目的：
了解发光二极管的工作原理及工作电流与光照度的对应关系。
二、需用器件与单元：
主机箱（恒流源、电流表、照度表）；照度计探头；发光二极管；遮光筒。
三、实验原理：
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光,假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
原理图如下：
发光二极管的工作原理
四、步骤：
1、按图1－2配置接线，接线注意＋、－极性。
2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。
3、调节主机箱中的恒流源电流大小即发光二管的工作电流大小就可改变光源的光照度值。
拔去发光二极管的其中一根连线头，则光照度为0（因恒流源的起始电流不为0，要得到0照度只能断开光源的一根线）。
按表1进行标定实验（调节恒流源），得到照度—电流对应值。
图1—2工作电流与光照度的关系
表1
照度（Lx）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
电流（mA）
0
0.24
0.33
0.40
0.48
0.56
0.63
0.69
0.76
0.81
0.88
0.94
1.02
1.07
1.15
1.22
电压（V）
0
2.63
2.68
2.72
2.74
2.77
2.80
2.82
2.84
2.86
2.88
2.9
2.91
2.93
2.95
2.96
照度（Lx）
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
电流（mA）
1.30
1.37
1.44
1.52
1.6
1.66
1.73
1.8
1.89
1.96
2.02
2.11
2.19
2.25
2.33
电压（V）
2.98
2.99
3.01
3.02
3.03
3.05
3.06
3.08
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.16
3.17
4、关闭主机箱电源，再按图1-3配置接线，注意+、—极性。
图1—3工作电压与光照度的关系
5合上主机箱电源，调节主机箱中的0~24V可调电压（电压表量程20V档），就可以改变光源（发光二极管）的光照度值。
按表7-1进行标定实验（调节电压源），得到照度~电压对应值。
6、根据表1画出发光二极管的电流~照度、电压~照度特性曲线。
注：
由于发光二极管（光源）离散性较大，每个发光二极管的照度－电流对应值是不同的。
实验者必须保存照度－电流对应值，为以后做光电实验服务。
如以后做实验提到光照度值只要调节恒流源相应电流值，省去烦琐的每次光源照度测量。
实验者只能在相应的实验台完成以后的光电实验。
实验二 光敏二极管的特性实验
一、目的：
了解光敏二极管工作原理及光生伏特效应。
二、基本原理：
当入射光子在本征半导体的p-n结及其附近产生电子—空穴对时，光生载流子受势垒区电场作用，电子漂移到n区，空穴漂移到p区。
电子和空穴分别在n区和p区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。
光敏二极管基于这一原理。
如果在外电路中把p-n短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度基本成线性关系。
三、需用器件与单元：
主机箱、光敏器件实验
（一）模板、光敏二极管、发光二极管、4位数显万用表DC20mA电流档（自备）。
四、步骤：
1、光照特性：
将图2－1中的光敏电阻更换成光敏二极管，按图2—1安装接线（注意接线孔的颜色相对应），测量光敏二极管的暗电流和亮电流。
图2－1光敏电阻特性实验
（1）暗电流测试：
图2—1中的发光二极管（光源）不接入恒流源时，打开主机箱电源，调节主机箱的2－24V的可调电源使电压表显示5V（光敏电阻工作电压），读取主机箱上电流表（20uA档）的值即为光敏二极管的暗电流。
暗电流基本为0uA，一般光敏二极管小于0.1uA，暗电流越小越好。
（2）亮电流测试：
图2—1中的发光二极管（光源）接入恒流源，根据实验准备工作的标定结果，调节恒流源（光照度相对应的电流值）的光照度，如表2填入测量数据。
根据表2数据，画出图2—2光敏二极管工作电压为5V时的I—Lx曲线（可以改变光敏二极管的工作电压重复实验，多作几条I-Lx曲线）。
表2在给定工作电压下光敏二极管的I—Lx数据：
光照度（Lx）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
光电流（uA）
0
0.09
0.20
0.29
0.34
0.47
0.58
0.67
0.74
0.85
0.95
图2—2光敏二极管光照实验
2、伏安特性：
在一定的光照强度下，光电流随外加电压的变化而变化，测量时，在给定光照强度（如100Lx）时，给光敏二极管输入可调工作电压（图2－1光电器件实验
（一）模板中的Vcc＋0－5v接主机箱的2－24V的可调电源），测得光敏二极管上的电流值填入表3，在同一坐标中作出不同照度的伏安特性曲线。
表3在给定照度下光敏二极管的V-I数据：
光敏二极管
工作电压（V）
0
2
4
6
8
10
光源照
度
Lx
10Lx
电流（uA）
0.11
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
20Lx
电流（uA）
0.18
0.18
0.18
0.18
0.18
0.19
30Lx
电流（uA）
0.29
0.29
0.29
0.29
0.29
0.29
40Lx
电流（uA）
0.34
0.35
0.35
0.36
0.36
0.36
50Lx
电流（uA）
0.44
0.45
0.45
0.45
0.46
0.46
60Lx
电流（uA）
0.57
0.58
0.59
0.59
0.59
0.59
70Lx
电流（uA）
0.66
0.64
0.64
0.64
0.64
0.65
80Lx
电流（uA）
0.74
0.75
0.75
0.76
0.76
0.76
90Lx
电流（uA）
0.81
0.82
0.83
0.83
0.83
0.83
100Lx
电流（uA）
0.91
0.93
0.93
0.94
0.94
0.94
实验三光电转速传感器的转速测量实验
一、实验目的
了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、基本原理
光电式转速传感器有反射型和透射型二种。
本实验装置是透射型的（光电断续器），传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发
光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6
个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，将脉冲计数处理即可得到转速值。
三、实验器材
主机箱、转动源、光电转速传感器—光电断续器（已装在转动源上）。
四、实验步骤
1、将主机箱中的转速调节0～24V旋钮旋到最小（逆时针旋到底）并接上电压表；再按图
7-12所示接线。
将主机箱中频率／转速表的切换开关切换到转速处。
图7-12光电传感器测速实验
2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。
在小于12V范围内（电压表监测），调节主机箱的转速调节电源（即调节电机电枢电压），
观察电机转动及转速表的显示情况。
3、从2V开始每增加1V记录相应电机转速的数据（待转速表显示比较稳定后读取数据）。
电压
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
转速
400
640
870
1100
1320
1560
1790
2030
2250
2480
2710
画出电机的V-ｎ特性曲线（电机电枢电压与电机转速的关系）。
实验完毕，关闭电源。
五、思考题
已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。
实验三十五光电传感器控制电机转速实验
一、实验目的
了解智能调节器和光电传感器（光电断续器—光耦）的应用，学会智能调节器的使用。
二、实验原理
利用光电传感器检测到的转速频率信号经F/V转换后作为转速的反馈信号，该反馈信号
与智能人工调节仪的转速设定比较后进行数字PID运算，调节电压驱动器改变直流电机电枢电压，使电机转速趋近设定转速（设定值：
400转／分～2200转／分）。
转速控制原理框图如图7-13所示。
图7-13转速控制原理框图
三、实验器材
主机箱、转动源。
四、实验步骤
1、设置调节器转速控制参数
按图7-15示意接线。
检查接线无误后，合上主机箱上的总电源开关。
将控制对象开关拨到Fi位置后再合上调节器电源开关。
仪表上电后，仪表的上显示窗口（PV）显示随机数或HH或LL；下显示窗口（SV）显示控制给定值（实验值）。
按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态。
如设置中途间隔10秒未操作，仪表将自动保存数据，退出设置状态。
图7-15控制电机转速实验接线示意图
2、设置转速控制参数方法步骤
（1）PV窗显示Sn（输入方式），SV窗显示u。
（2）PV窗显示oP-A（主控输出方式），SV窗显示5。
（3）PV窗显示oP-b（副控输出方式），SV窗显示1。
（4）PV窗显示ALP（报警方式），使SV窗显示1。
（5）PV窗显示CooL（正反控制选择），SV窗显示0。
（6）PV窗显示P-SH（显示上限），SV窗显示9999。
（7）PV窗显示P-SL（显示下限），SV窗显示0。
（8）PV窗显示Addr（通讯地址），SV窗显示1。
（9）PV窗显示bAud（通讯波特率）），SV窗显示9600。
（10）PV窗显示AL-1（上限报警），SV窗显示2500。
（11）PV窗显示Pb（传感器误差修正），SV窗显示0。
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