2207传感器.docx
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2207传感器
实验十五直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理
根据霍尔效应，霍尔电势
，当霍尔元件处在梯度中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。
三、实验器材
主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
四、实验步骤
1、按示意图接线，将主机箱上的电压表量程开关打到2V档。
2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。
3、向某个方向调节测微头2mm，记录电压表读数作为实验起始点；
再反向调节测微头，没增加0.2mm记下一个读数，将数据记录入表格：
X（mm）
15.500
15.300
15.100
14.900
14.700
14.500
14.300
14.100
V（mv）
1009
972
894
802
704
599
495
383
X（mm）
13.900
13.700
13.500
13.300
13.100
12.900
12.700
12.500
V（mv）
271
163
47
-62
-180
-296
-405
-529
X（mm）
12.300
12.100
11.900
11.700
11.500
V（mv）
-640
-763
-874
-989
-1110
做出V-X曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。
用matlab做出V-X图如下：
13.5mm左右处的灵敏度：
所以
。
非线性度：
所以
五、思考题
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
答：
反映的是磁场的变化。
实验十七霍尔转速传感器测量电机转速实验
一、实验目的
了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原理
利用霍尔效应表达式：
，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N此。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整和计数电路计数就可以测量被测物体的转速。
三、实验器材
主机箱、霍尔转速传感器、振动源。
四、实验步骤
1、根据示意图将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢间距离大约为2~3mm。
2、在接线前，先合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2~24V旋钮调到最小，接入电压表，监测大约为1.25V；
关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按照示意图分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表的Fin上。
3、合上主机箱电源开关，在小于12V的范围内调节主机箱的转速调节电源，观察电机转动及转速表的显示情况。
4、从2v开始纪录，每增加1v相应电机转速的数据。
电压（v）
2
3
4
5
6
转速
380
600
830
1060
1280
电压（v）
7
8
9
10
11
转速
1500
1730
1960
2180
2400
用matlab作出画出电机的v~n特性曲线如下：
五、思考题
1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？
答：
有。
当被测体是磁性体时不能用霍尔元件测量。
2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？
答：
可以，但是会降低分辨率。
实验十八磁电式转速传感器测电机转速
一、实验目的
了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理
基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中的感应电势：
发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。
三、实验器材
主机箱、磁电式传感器、转动源。
四、实验步骤
磁电式转速传感器不用接电源，其余和实验十七相同。
数据记录：
电压（v）
2
3
4
5
6
转速
0
600
920
1120
1300
电压（v）
7
8
9
10
11
转速
1560
1740
1950
2190
2410
画出电机v~n特性曲线：
传感器第四次实验
实验二十七发光二极管（光源）的照度标定实验
一、实验目的
了解发光二极管的工作原理；做出工作电流与光照度的对应关系及工作电压与光照度的对应关系曲线，为以后实验做好准备。
二、基本原理
半导体发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物制成，其核心是PN结。
因此它具有一般二极管的正向导通及反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还有发光特性。
当加上正向激励电压或电流时，在外电场的作用下，在PN结附近产生导带电子和介带空穴，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一部分与多数载流子复合而发光。
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捕获，再与空穴复合，每次释放的能量不大，以热能的形式辐射出来。
发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光，所以光仅在靠近PN结面数um以内产生。
发光二级管的发光颜色由制作二极管的半导体化合物决定。
本实验使用纯白高亮发光二极管。
三、实验器材
主机箱（0~20mv可调恒流源、电流表、0~24V可调电压源、照度表），照度计探头，发光二极管，遮光筒。
四、实验步骤
1、按照示意图7-2接线，注意+、—极性。
2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。
3、调节主机箱中恒流源电流大小（电压表量程20mA档），即改变发光二极管的工作电流大小就可以改变光源的光照度值。
拔去发光二极管的其中一根线头，则光照度为0。
按表7-1进行标定实验（调节恒流源），得到照度~电流对应值。
4、关闭主机箱电源，再按图7-3配置接线，注意+、—极性。
5、合上主机箱电源，调节主机箱的0~24v可调电压（电压表量程2v档）就可以改变发光二极管的光照度。
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7-1画出发光二极管的电流~照度、电压~照度特性曲线。
表7-1发光二极管的电流、电压与照度的对应关系
照度（Lx）
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
电流（mA）
0.20
0.37
0.53
0.72
0.89
1.07
1.24
1.42
1.59
1.78
电压（V）
2.7
2.80
2.85
2.90
2.95
2.99
3.03
3.06
3.09
3.12
照度（Lx）
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
电流（mA）
1.95
2.13
2.30
2.49
2.66
2.85
3.03
3.21
3.40
3.59
电压（V）
3.16
3.18
3.21
3.24
3.27
3.29
3.32
3.35
3.37
3.40
照度（Lx）
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
电流（mA）
3.77
3.96
4.14
4.33
4.45
4.71
4.90
5.12
5.31
5.49
电压（V）
3.43
3.45
3.47
3.50
3.52
3.55
3.57
3.60
3.62
3.65
电流~照度特性曲线
电压~照度特性曲线
实验二十八光敏电阻特性实验
一、实验目的
了解光敏电阻的光照特性和伏安特性
二、基本原理
在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键和状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。
光电导效应是半导体材料的一种体效应。
光照愈弱，器件自身的电阻愈小。
基于这种效应的光电器件称为光敏电阻。
光敏电阻无极性，其工作特性与入射光强、波长和外加电压有关。
三、实验器材
主控箱，光电器件实验
（一）模板，光敏电阻，发光二极管。
四、实验步骤
1、亮电阻和暗电阻的测量
（1）按图7-5安装接线（注意插孔颜色对应连接）
打开主机箱电源，将
2V~
10V的可调电源开关打到10V档，再缓慢调节0~24V可调电源，使发光二极管两端电压为光照度100Lx时的电压值（实验二十七的标定值）。
（2）10秒钟左右读取电流表的值为亮电流
（电流表20mA档）。
（3）将0~24V可调电源的调节旋钮逆时针方向缓慢旋转到底后，10秒钟左右读取电流表的值为
（电流表20uA档）。
（4）根据以下公式，计算亮阻和暗阻（照度100Lx）。
光照度为100Lx时的电压值
=3.12V
=1.56mA
=0.04uA
故，
=3.12/0.00156=2012.82
=3.12/（0.04*10^（-6））=78
2、光照特性测量
光敏电阻的二端电压为定值时，光敏电阻的光电流随光照强度的变化而变化，它们之间的关系式非线性的。
调节图7-5中的0~24V电压得到不同光照度（根据实验二十七照度对应的电压值），测得数据记录入表7-2中，并作出光电流与光照度I~Lx曲线图。
表7-2，光照特性实验数据
光照度（Lx）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
光电流（mA）
0.04
0.39
0.62
0.78
0.93
1.06
1.18
1.31
1.39
1.47
1.56
由matlab作出光照特性曲线如下
3、伏安特性测量
光敏电阻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，光照强度为定值时（如100Lx）,光敏电阻输入0V、2V~10V六档电压，测得光敏电阻上的电流值填入表7-3，并在同一坐标中作出三条伏安特性曲线。
表7-3，光敏电阻伏安特性实验数据
光敏电阻
电压（v）
0
2
4
6
8
10
照度
（Lx）
10Lx
电流（mA）
0
0.08
0.16
0.24
0.32
0.41
50Lx
电流（mA）
0
0.21
0.42
0.63
0.84
1.05
100Lx
电流（mA）
0
0.31
0.62
0.93
1.23
1.54
由matlab作出伏安特性曲线如下：
五、思考题
为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10秒钟后读数？
这是光敏电阻的缺点，只能应用于什么状态？
因为当瞬间改变光照强度时，光敏电阻的阻值并不会立即改变，而是需要一定的时间达到相应光照下的稳定电阻值。
故测光敏电阻亮阻和暗阻都要经过10秒钟，以确保测得的阻值是相对准备的亮阻和暗阻。
实验二十九光敏二极管特性实验
一、实验目的
了解光敏二极管工作原理及特性
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、实验器材
主机箱、光敏器件实验
（一）模板、光敏二极管、发光二极管。
四、实验步骤
1、光照特性
将实验28图7-5中的光敏电阻更换成光敏二极管（注意接线孔的颜色对应即+、—极性），
按图7-5安装接线，测试光敏二极管的暗电流和亮电流。
暗电流测试：
将图7-5中主机箱中的±2V和±10V的可调电源开关打到6V档，合上主机箱电源，将0~24V可调稳压电源的调节旋钮逆时针方向缓慢旋转到底，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。
亮电流测试：
顺时针方向缓慢的调节0~24V可调电源，输出相应的照度电压值（根据实验二十七光照度对应的电压值），如表7-4填入测试数据。
根据表7-4数据，画出光敏二极管工作电压为6V时的I~Lx曲线。
表7-4二极管光照特性实验数据
2、伏安特性测试
光敏二极管在一定的光照条件下，光电流随外加电压的变化而变化。
测量时，在给定光照强度时（根据实验二十七光照对应的电压值），光敏二极管输入0V、
2V~10V六档可调电压（调节图7-5中的±2V~±10V的电压），测得光敏二极管上的电流值填入表7-5。
在同一坐标中做出不同照度的伏安特性曲线族。
表7-5光敏电阻伏安特性实验数据
表7-4
光照度（Lx）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
光电流（uA）
0
0.08
0.17
0.25
0.33
0.42
0.49
0.60
0.66
0.74
0.82
表7-5
光敏电阻
电压（V）
0
2
4
6
8
10
照度（Lx）
0
电流（uA）
0
0
0
0
0
0
10
电流（uA）
0
0.08
0.08
0.08
0.08
0.08
20
电流（uA）
0
0.17
0.17
0.17
0.17
0.17
30
电流（uA）
0
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
40
电流（uA）
0
0.33
0.33
0.33
0.33
0.33
50
电流（uA）
0
0.42
0.42
0.42
0.42
0.42
60
电流（uA）
0
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
70
电流（uA）
0
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
80
电流（uA）
0
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
90
电流（uA）
0
0.74
0.74
0.74
0.74
0.74
100
电流（uA）
0
0.82
0.82
0.82
0.82
0.82
明显可以看出，实验器件有所损坏，得到的伏安特性曲线显然不正确。
实验三十光敏三极管特性实验
一、实验目的
了解光敏三极管结构、原理和特性
二、基本原理
在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用晶体三极管的电流放大作用，用Ge或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。
光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极集电极并联。
集电极-基极产生的电流，输入到共发三极管的基极在放大。
不同之处是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的
控制。
集电极起双重作用，把光信号变成电信号起光电二极管作用，使光电流再放大一般三极管的集电结作用。
一般光敏三极管只引出E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。
三、实验器材
主控箱，光电器件实验
（一）模板，发光二极管，光敏三极管。
四、实验步骤
将实验二十八图7-5中的光敏电阻更换成光敏三极管，实验步骤及数据测量同实验二十九。
光敏三极管光照特性实验数据
光照度（Lx）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
光电流（uA）
0
3.12
6.36
9.17
12.37
15.96
19.9
23.5
27.3
30.0
34.5
光敏电阻伏安特性实验数据
光敏电阻
电压（V）
0
2
4
6
8
10
照度（Lx）
0
电流（uA）
0
0
0
0
0
0
10
电流（uA）
0
2.80
2.97
3.12
3.26
3.38
20
电流（uA）
0
5.76
6.07
6.36
6.66
6.93
30
电流（uA）
0
8.25
8.75
9.17
9.55
9.91
40
电流（uA）
0
11.10
11.78
12.37
12.90
13.39
50
电流（uA）
0
14.30
15.23
15.96
16.60
17.24
60
电流（uA）
0
17.9
19.0
19.9
20.7
21.5
70
电流（uA）
0
21.1
22.4
23.5
24.5
25.4
80
电流（uA）
0
24.5
26.0
27.3
28.4
29.5
90
电流（uA）
0
27.0
28.6
30.0
31.3
32.4
100
电流（uA）
0
31.0
32.9
34.5
35.9
37.3
用Matlab作出伏安特性曲线如下，由于数据较少，无法拟合出较好的曲线效果，故作出的伏安特性曲线呈现出折线图的效果，但是我们应该知道实际上的伏安特性曲线有点类似于指数函数形式，且是平滑曲线。
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