光电技术998G实验指南.docx
《光电技术998G实验指南.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电技术998G实验指南.docx（29页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
光电技术998G实验指南
CSY-998G光电传感器实验仪
实
验
指
南
浙江大学
浙江高联科技开发
杭州高联信息技术
前言
CSY-998G光电传感器实验仪，是本公司连年生产传感技术教学实验仪的基础上，为适合光电子、信息工程、物理电子技术等专业教学内容的需要，最近推出的光电类教学实验装置，是进行光敏器件和光电传感器特性及应用实验的大体设备，是光电子技术的基础实验。
其特点在于：
1、实验仪目前选用的实验内容大部份是光电基础实验。
重点分析光敏器件及光电传感器的特
性和应用处合。
学生通过实验应了解特性，学会合理地选择传感器，把握检测的原理和方式。
2、实验仪集中了目前经常使用的光敏器件和光电传感器，采纳了一体化设计，可适用不同专业的学生做实验。
实验仪上备有各类经常使用的稳压电源，电压、电流、照度等显示表。
3、可用于学生进行毕业设计和课题制作。
本实验指南例举的一些实验例子，使学校教师、学生熟悉利用实验装置，不必然适合作为理论和实验的指导书。
利用者在熟悉仪器后，可依照不同专业要求通过主机提供的功能和各类光电传感器的特性重编实验指导书开发其它实验项目。
学生在实验进程中，要尊重客观实际，详尽地考察各类条件下取得的现象、数据，结合理论知识，认真分析和说明实验结果（不管结果正确与否），如此，不仅能够丰硕实验内容，加深对理论的明白得，并有利于对一些大体原理的探讨。
实验的成效如何完全取决于学生认真、认真、动手、动脑的程度，因此要求学生有高度的学习自觉性。
本实验指南不免有错误的地方，热切期望教师和同窗们提出宝贵意见，不断完善。
谢谢！
前言………………………………………………………………………….2
目录…………………………………………………………………………3
第一章CSY-998G光电传感器实验仪说明……………………………….4
第二章实验指南………………………………………………………….6
实验一光电基础知识实验………………………………………………….6
实验二光敏电阻实验……………………………………………………….7
实验三光敏二极管的特性实验…………………………………………….11
实验四光敏三极管特性实验……………………………………………….13
实验五光电池实验………………………………………………………….16
实验六光电开关实验（透射式）………………………………………….17
实验七红外反射式光电开关实验（反射光耦）……………………………18
实验八热释电红别传感器实验………………………………………………18
实验九光源及光调制解调实验………………………………………………20
实验十激光定位实验（PSD位置传感器实验）…………………………………21
实验十一光纤位移传感器实验…………………………………………………23
实验十二CCD传感器实验…………………………………………………24
第一章CSY-998G光电传感器实验仪说明
CSY-998G光电传感器实验仪要紧有主机、传感器与器件、光源等部份组成
一、主机：
由大面板、小面板和顶板。
供电电源AC220V，50Hz。
额定功率200W。
一、大面板：
各类实验电路
二、小面板：
1）各类直流稳压电源和恒流源。
0~15V持续可调直流稳压电源。
0~5V持续可调直流稳压电源。
±15V、+5V稳压电源。
AC12V交流电源
0~20mA持续可调恒流源
2）显示表：
电流表：
DC20μA、200μA、20mA、200mA（量程四档切换）
电压表：
DC200mV、2V、20V（量程三档切换）
光照度计：
1-1999Lx
3、顶板
顶板：
由安装架、支架、滑轨等组成。
二、传感器与器件
光敏电阻（cds光敏电阻、额定功率：
100mW、暗阻≥1MΩ、tr20mS、tf 30mS、λp：
580nm）
光敏二极管（Vr：
20v、ID＜μA、IL：
50μA、trtf：
10nsλp：
880nm）
光敏三极管（VCEO：
50v、ID＜μA、IL：
5mA、trtf：
15nsλp：
880nm）
硅光电池（VOC：
300mv、ID＜1×10-8μA、ISC：
5μA、λ：
300-1000nm、λp：
880nm）
反射式光耦（输入：
IFM=20mA、VR=5V、VF=输出：
VCEO=30V、ICEO=μA、VCES=传输特性：
CTR（%）=五、trtf：
5us）
红外热释电探头
光照度计探头
Y型光纤
PSD位置传感器
CCD测径系统（选配）
光栅位移传感器（选配）
一般白炽灯
一般发光二极管
红外发射二极管（VR：
5V、VF：
、IR：
10uA、PO：
2mw）
半导体激光器（波长：
635um、功率1-3mw）
三、数据搜集系统及软件
四、实验仪器尺寸
实验仪器台尺寸为：
520×400×350（mm）。
第二章实验指南
实验一光电基础知识实验
光源和光的波长实验
一、实验目的
通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等大体概念有具体熟悉。
二、大体原理
本实验中备有一般光源和激光光源。
一般光源（白炽灯）光谱为持续光谱（白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的电流）。
利用分光三棱镜后，能够提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。
激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光﹙激光特性:
①单色性②方向性③相干性等﹚。
三、需用器件与单元：
主机、一般光源、分光装置（三棱镜）、半导体激光器。
四、实验步骤
1．依照图1-1进行组装和接线，用实验线将主机中AC12V交流电源输出与一般光源相连接。
合上主机的总电源开关。
2．松开图1－1中光源或三棱镜的起落固定螺钉，调剂高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。
然后调剂涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上显现清楚的光谱。
若是光谱不清楚可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开起落杆固定螺钉转动一个角度（光束方向）使光束对准三棱镜的工作面﹙要点:
光束对准棱镜工作面﹑灯丝方向﹚。
3、关闭主机总电源开关。
将图1-1中的一般光源取下，换上半导体激光源（旋下前端盖小孔），将激光源与主机激光电源相应连接﹙注意颜色－极性﹚。
打开主机总电源开关，依照步骤2调剂观看投射面现象（单色性）。
五、试探题
1．说明实验现象。
2．半导体激光器的特性有哪些？
半导体激光器的发散角一样为5º～10º,你如何利用实验装置和直尺完成最简易的发散角测量实验方式。
图1－1分光实验
实验二光敏电阻实验
一、实验目的：
了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等大体特性。
二、大体原理：
在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引发电导率的转变，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。
光照愈强，器件自身的电阻愈小。
基于这种效应的光电器件称光敏电阻。
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。
三、需用器件与单元：
主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。
四、实验步骤：
1、亮电阻和暗电阻测量
（1）图2-1是光敏电阻实验原理图
（2）按图2-2光照度实验安装接线。
将照度计探头与主机小面板上照度计显示表Vi口相连接。
将图2-2中的光敏元件的探头换成照度计探头。
打开主机电源，然后，顺时针慢慢调剂0～20mA可调电流源旋钮，使照度计显示为100Lx。
（3）撤下照度计探头，换上光敏电阻探头及电路（图2－2）。
顺时针慢慢调剂0～5V可调电源，使电压表显示5V（如调不到5V那么Vcc改接0－15V可调电压源）。
（4）在光敏电阻与光源之间用遮光筒连接，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20mA档）的值别离为亮电压U亮和亮电流I亮。
（5）将0～20mA可调电流源的调剂旋钮逆时针方向慢慢旋到底，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20µA档）的值别离为暗电压U暗和暗电流I暗。
（6）依照以下公式，计算亮阻和暗阻
R亮=U亮/I亮；R暗=U暗/I暗
（7）光敏电阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻；在不同的工作电压下有不同的亮阻和暗阻。
如有爱好可重复以上实验步骤做实验。
二、光照特性测量
当光敏电阻的工作电压（Vcc）为+5V时，光敏电阻的光电流随光照强度转变而转变，它们之间的关系是非线性的。
改变光源电流大小可取得不同的光照度值（实验方式同以上实验，照度计探头和光敏电阻探头交替利用），测得数据填入表2—1，并作出光电流与光照度I-Lx曲线图。
表2—1
光照度（LX）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
电流mA
3、伏安特性测量
在必然的光照强度下，光敏电阻的光电流随外加电压的转变而转变，实验时，在给定光照强度为50Lx、100Lx、150Lx时，图2－2改变光敏电阻的工作电压值∆U＝（由电压表监测），测得不同光照度下流过光敏电阻的电流值,将数据填入表2-2，并作不同照度下的三条伏安特性曲线。
表2-2
型号：
G5528
电压（U）
0
1
2
3
4
5
照
度
（Lx）
50
电流（mA）
100
电流（mA）
150
电流（mA）
4、光谱特性测量
光敏电阻对不同波长的光，接收的光灵敏度是不一样的，这确实是光敏电阻的光谱特性。
实验时安装接线同图1-1（Vcc接主机5V电压源），光敏电阻前端盖换成狭缝端盖，旋动涡杆，观看对应各类颜色的光透过狭缝时的电流值并记录数据填入下表2－3。
表2-3
颜色
波长
（nm）
光敏电阻型号GL-5528
电流
红
630－760
橙
590－630
黄
560－590
绿
500－560
青
470－500
蓝
430－470
紫
380－430
试探题：
1.什么缘故测光敏电阻亮阻和暗阻要通过10秒钟后读数，这是光敏电阻的缺点，只能应用于什么状态？
2.实验室的光照度是多少（增加感性熟悉）？
实验三光敏二极管的特性实验
一、实验目的：
了解光敏二极管工作原理及光生伏特效应。
二、大体原理：
当入射光子在本征半导体的p-n结及其周围产生电子—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。
电子和空穴别离在n区和p区积存，两头便产生电动势，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。
若是在外电路中把p-n短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，而且光电流和照度成线性关系。
三、需用器件与单元：
主机、安装架、光敏二极管探头、光源、光照度计及探头、分光装置。
四、实验步骤：
一、光照特性的测试
依照图2-2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。
（1）暗电流测试：
打开主机电源，将主机中的0～5V可调稳压电源的调剂旋钮顺时针方向慢慢旋到底（5V），将0～20mA可调电流源的调剂旋钮逆时针方向慢慢旋到底，读取主机上电流表（20µA档）的值即为光敏二极管的暗电流。
暗电流大体为0µA，一样光敏二极管小于µA，暗电流越小越好。
（2）光电流测试：
a.关闭主机总电源，撤下光敏二极管探头，换上光照度计探头。
b.打开主机电源，顺时针方向慢慢地调剂0～20mA可调电流源（光源），使主机上照度计的读数为100Lx。
c.撤下照度计探头，换上光敏二极管探头，读取电流表值，即为100Lx，必然工作电压5V下的光电流。
重复a、b、c实验步骤，把测量值填入表3-1，并作出必然工作电压时I-Lx曲线。
表3-1
照度Lx
5
10
15
……………….
70
75
80
I（mA）
二、光谱特性测试
实验方式与光敏电阻的光谱特性实验方式一样。
将数据填入表3-2。
表3—2
颜色
波长
（nm）
光敏二极管型号2CU2B
电流
红
630－760
橙
590－630
黄
560－590
绿
500－560
青
470－500
蓝
430－470
紫
380－430
实验四光敏三极管特性实验
一、实验目的：
了解光敏三极管结构、性能和V-I特性。
二、大体原理：
在光敏二极管的基础上，为了取得内增益，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。
其结构利用电路及等效电路如图4-1所示。
图4-1光敏三极管结构及等效电路
光敏三极管能够等效一个光电二极管与另一个一样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。
不同的地方是，集电极电流（光电流）有集电结上产生的iφ操纵。
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；使光电流再放大起一样三极管的集电结作用。
一样光敏三极管只引出E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的，普遍应用于光电自动操纵作光电开关应用。
三、需用器件与单元：
主机、光敏三极管、光源、照度计及探头、分光装置
四、实验步骤：
1、光敏三极管伏安特性
光敏三极管在不同的照度下的伏安特性就象一样晶体管在不同的基极电流输出特性一样。
光敏三极管把光信号变成电信号。
（1）将图2-2中的光敏元件换成光敏三极管，按图接线（注意接线孔颜色相对应），主机的电流表的量程在实验进程中需要进行切换，从µA到mA档，电压表的量程为20v档。
（2）第一缓慢调剂0～20mA电流源（光源电压）,使光源的光照度在某一照度值（二、4、六、8Lx）,再调剂主机0-5v电源改变光敏三极管的电压,测量光敏三极管的输出电流和电压。
填入表4-1～表4-4，并作出必然光照度下的光敏三极管的伏安特性曲线（可多做几组族线）
表4—1在2Lx照度下
U
（V）
0
5
I
（mA）
表4—2在4Lx照度下
U
（V）
0
5
I
（mA）
表4—3在6Lx照度下
U
（V）
0
1
5
I
（mA）
表4—4在8Lx照度下
U
（V）
0
5
I
（mA）
二、光敏三极管的光照特性测量
实验方式同实验三（参如实验三中的1．光照特性的测试）。
将实验数据填入表4-5，并作出I-Lx特性曲线。
表4-5
照度Lx
5
10
15
20
25
30
35
40
50
60
I（mA）
3、光敏三极管的响应波长（光谱特性）
光敏三极管响应波长（光谱特性）的实验方式参照光敏电阻的光谱特性实验。
将实验数据列入表4-6，并作出光谱特性曲线。
表4—6
颜色
波长
（nm）
光敏三极管型号3DU33
电流
红
630－760
橙
590－630
黄
560－590
绿
500－560
青
470－500
蓝
430－470
紫
380－430
五、试探题：
光敏二极管、光敏三极管的应用处合？
实验五光电池实验
一实验目的
了解光电池的光照特性，熟悉其应用。
二大体原理
光电池是依照光生伏特效应制成的，不需加偏压就能够把光能转换成电能的p-n结的光电器件。
当光照射到光电池P-N结上时，便在P-N结两头产生电动势。
这种现象叫“光生伏特效应”，将光能转化为电能。
该效应与材料、光的强度、波长等有关。
三需用器件与单元
主机、安装架、发光二极管光源、照度计及探头、硅光电池。
四、实验步骤
1、光照特性（开路电压、短路电流）
（1）、光电池在不同的照度下，产生不同的光电流和光生电动势。
它们之间的关系确实是光照特性。
按图5-1安装接线（注意接线孔的颜色相对应），实验时，为了取得光电池的开路电压Voc和短路电流Is不能同时（同步）接入电压表和电流表，要错时（异步）接入电路来测量数据。
（2）、打开主机总电源，测出照度为0Lx、5Lx、10Lx…….时测量取得的开路电压、短路电流数据（注意为取得开路电压和短路电流不能同时测量电压和电流）填入表5-1，并作出曲线图。
表5—1
强度（Lx）
0
5
10
15
………..
95
100
电流（mA）
电压（mV）
实验六光开关实验（透射式）
一、实验目的：
了解透射式光电开关组成原理及应用。
二、大体原理：
光电开关能够由一个光发射管和一个接收管组成光耦或光断续器。
当发射管和接收管之间无遮挡时，接收管有光电流产生，一旦此光路中有物体阻挡光阴电流中断，利用这种特性可制成光电开关用来测速、计数、操纵等。
三、需用器件与单元：
主机、光藕、电机、示波器（自备）。
四、实验步骤：
（1）将主机的大面板上的光电转速与光电转速实验模块相连接（插孔颜色相对），而且把Vo输出与示波器相连。
引入5V电源到光电转速实验模块。
将0-12V电压源引到电机电源上。
（2）开启主机电源，将0-12V电压源的调剂旋钮慢慢的顺时针旋转，同时观看示波器的显示。
实验七红外线反射式光电开关（光耦）
一、实验目的
了解红外线光电接近开关的组成及大体原理。
二、大体原理
红外线光电接近开关中有一个红外发射二极管和光敏三极管组成。
当物体接近时，发射管发射的红外线被物体反射到接收管上，被接收管接收产生光电流，经采样放大和操纵电路，可作为自动开关。
三、需用器件和单元
主机、反射式光耦
四、实验步骤
（1）依照图7—1接线，注意插孔颜色，探头上的插孔红蓝为发射（红为正、蓝为负），黄黑为接收（黄为正、黑为负）。
（2）打开主机电源，用手接近或离开光耦探头，观看实验模板上的指示灯和继电器的工作现象。
五、试探题：
用一般发光二极管、光敏三极管、在光开关实验模板上完成透射式开关实验。
实验八热释电红别传感器实验
一、实验目的：
了解热释电红别传感器大体原理和在实际中的应用。
二、大体原理：
当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度
下降，表面电荷减少，相当于”释放”一部份电荷，故名热释电。
释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。
如
果继续照射，晶体薄片的温度升高到Tc（居里温度）值时，自发极化突然消失。
再也不释放电荷，输出信号为零,见图8-1。
因此，热释电传感器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有转变量）。
当面积为A的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T发生微小转变时，就有热释电电流。
，A为面积，P为热电体材料热释电系数，
是温度的转变率。
特点：
当入射辐射为恒定辐射时，热释电传感器不响应，只能脉冲辐射工作。
三需用器件与单元：
主机、红外热释电
四实验内容：
（1）按图8-2接线：
将红外热释电探头的三个插孔相应地连到实验模板热释电红外探头的输入端口上（红色接D、黄色接S、黑色接E）。
（2）打开主机电源，手在红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压转变信号输出，经两级电压放大后，能够检测出较大的电压转变，再经电压比较器组成的开关电路，使指示灯点亮。
观看那个现象进程。
实验九光源及光调制解调实验
一、实验目的：
了解光调制解调的原理。
二、大体原理：
光束是一种电磁波，具有振幅、相位、强度和偏振等参量和良好的相干性。
若是能够应用某种物理方式改变光波的这些参量之一，使其依照调制信号（如数字信号）的规律转变，那么该光束就受到了调制，达到“运载”信息的目的。
实现光束调制的原理有振幅调制、频率调制、相位调制、强度调制、脉冲调制、脉冲编码调制。
从方式来讲，即有电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制等。
本实验用的是脉冲电光调制。
三、需用器件与单元：
主机、红外发射二极管、光敏三极管
四、实验步骤：
（1）依照图9—1接线：
在光脉冲调制实验中，将红外发射二极管探头的两个插孔与光调制实验模板的发射的输入插孔相连，光敏三极管探头的两个插孔与光调制实验模板的接收输入口相连，再引入工作电源。
（2）打开主机电源，将两个探头（发射和接收探头）对准，能够看到实验模板上的输入脉冲指示和输出脉冲指示一路发亮。
若是两个探头中间被挡住或没有对准，不同时发光。
实验十激光定位实验
一、实验目的：
了解PSD光电位置灵敏器件的原理与其在激光定位中的应用。
二、大体原理：
PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片。
其断面结构如图10-1所示，表面层P为感光面，在其两边各有一信号输入电极，底层的公共电极是用与加反偏电压。
当光点入射到PSD表面时，由于横向电势的存在，产生光生电流
，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上别离取得光电流
和
，显然
。
而
和
的分流关系那么取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。
假设PSD表面分流层的阻挡是均匀的，那么PSD可简化为图10-2所示的电位器模型，其中
、
为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，显然
、
正于光点到两个输出电极间的距离。
因为
因此可得
当入射光恒按时，IO恒定，那么入射光点与PSD中间零位点距离X与I2-I1成线性关系，与入射光点强度无关。
依照这一线性特性，就能够够从输出电压值明白激光点的位置，从而实现激光定位。
三、需用器件与单元：
主机、半导体激光器、PSD传感器
四、实验步骤：
一、按图10-3接线，PSD传感器上的与其他插孔颜色不一样的插孔接Vr，另外两个能够随意接。
在电路中，Vo1接Vi3、Vo2接Vi4、Vo3接Vi五、Vo4接小面板的电压表（量程选择20V档）。
2.打开主机电源，转动测微头使激光光点在PSD上的位置从一端移向另一端。
现在电压转变可在±5v（能够大于±5v）之间，假设未达到此值，可调输出增益旋钮（Rw2）。
调
升级会员 