CSY-2000G光電傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指南.doc

CSYCSY 2000G2000G 光電傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)光電傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái) 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 指指 南南 浙江大學(xué)浙江大學(xué) 浙江高聯(lián)科技開(kāi)發(fā)有限公司浙江高聯(lián)科技開(kāi)發(fā)有限公司 杭州高聯(lián)信息技術(shù)有限公司杭州高聯(lián)信息技術(shù)有限公司 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 2 前前 言言 CSY2000G 光電傳感器實(shí)驗(yàn)儀 是本公司多年生產(chǎn)傳感技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn) 儀的基礎(chǔ)上 為適合光電子 信息工程 物理等專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的需要 最 新推出的光電類教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 是光電子技術(shù)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 激光器的出現(xiàn) 解釋了光頻載波的產(chǎn)生問(wèn)題 從此電子技術(shù)的各種基本概念 如放大與振蕩 調(diào)制與解調(diào) 直接探測(cè)與外差探測(cè) 信頻 和頻與差頻等等 幾 乎都移植到了光頻段 電子學(xué)與光學(xué)之間的鴻溝在概念上消失了 產(chǎn)生了光頻段的 電子技術(shù) 習(xí)慣稱為光電子技術(shù) 其優(yōu)點(diǎn)在于 其優(yōu)點(diǎn)在于 1 本實(shí)驗(yàn)儀目前選用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 大部份是光電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 重點(diǎn)分析光敏器 件和光電傳感器的特性和應(yīng)用場(chǎng)合 學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)學(xué)會(huì)合理地選擇傳感 器 掌握檢測(cè)的原理和方法 為培養(yǎng)動(dòng)手能力 還安排有儀器的裝拆實(shí)驗(yàn) 2 該實(shí)驗(yàn)儀集中了目前常用的光敏元件和傳感器 采用了模塊式組合 不同 專業(yè)可以有不同的菜單 為適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需要 本公司可以根據(jù)用戶要求 補(bǔ)充新型的傳感器和模塊 3 主機(jī)箱備有常用的穩(wěn)壓電源和電壓 電流顯示單元 備有光功率計(jì)和光照 度計(jì) 可便于學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和課題制作 本實(shí)驗(yàn)指南盡力舉一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 便于學(xué)生熟悉使用本實(shí)驗(yàn)儀 學(xué)生可通 過(guò)主機(jī)箱提供的各種顯示單元開(kāi)發(fā)做其它實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)指南不作為教材 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 3 謹(jǐn)供學(xué)校參考 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 4 目目 錄錄 前前 言言 2 2 目目 錄錄 3 3 第一章第一章 產(chǎn)品說(shuō)明產(chǎn)品說(shuō)明 書(shū)書(shū) 4 4 第二章第二章 實(shí)驗(yàn)指實(shí)驗(yàn)指 南南 6 6 實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)一一 光電光電基基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)礎(chǔ)知識(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 6 6 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 光敏電阻實(shí)驗(yàn)光敏電阻實(shí)驗(yàn) 1212 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 光敏二極管的特性實(shí)驗(yàn)光敏二極管的特性實(shí)驗(yàn) 1616 實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 光敏三極管特性實(shí)驗(yàn)光敏三極管特性實(shí)驗(yàn) 2020 實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 光開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)光開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn) 透射式 透射式 2424 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 紅外線光電紅外線光電開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān) 2626 實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七 光電光電池池實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 2 28 8 實(shí)驗(yàn)八實(shí)驗(yàn)八 熱釋電紅外傳感器實(shí)驗(yàn)熱釋電紅外傳感器實(shí)驗(yàn) 3131 實(shí)驗(yàn)九實(shí)驗(yàn)九 光源及光調(diào)制解光源及光調(diào)制解調(diào)調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 3434 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 5 實(shí)驗(yàn)十實(shí)驗(yàn)十 PSDPSD 位位置置傳感器實(shí)驗(yàn)傳感器實(shí)驗(yàn) 3737 實(shí)驗(yàn)十一實(shí)驗(yàn)十一 光纖位移傳感光纖位移傳感器器實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 4 40 0 實(shí)驗(yàn)十二實(shí)驗(yàn)十二 光纖溫度傳光纖溫度傳感感系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn) 4242 實(shí)驗(yàn)十三實(shí)驗(yàn)十三 光纖壓力傳感系統(tǒng)光纖壓力傳感系統(tǒng)特特性實(shí)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 4747 實(shí)驗(yàn)十四實(shí)驗(yàn)十四 光電轉(zhuǎn)速光電轉(zhuǎn)速傳傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量 4949 實(shí)驗(yàn)十五實(shí)驗(yàn)十五 CCD CCD 電荷藕荷器件測(cè)定直徑實(shí)驗(yàn) 選配 電荷藕荷器件測(cè)定直徑實(shí)驗(yàn) 選配 5050 實(shí)驗(yàn)十六實(shí)驗(yàn)十六 光柵位移傳感器實(shí)驗(yàn) 選配 光柵位移傳感器實(shí)驗(yàn) 選配 55 55 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 6 第一章第一章 CSY2000G 光電傳感器實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明光電傳感器實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明 CSY2000G 光電傳感器實(shí)驗(yàn)儀主要有主機(jī)箱 傳感器裝置 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?實(shí)驗(yàn) 桌四大部分組成 一 主機(jī)箱 供電電源 AC220V 50HZ 額定功率 200W 1 有實(shí)驗(yàn)所需的電源 壓力源 0 12V 連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 0 5V 連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 15V 12V 5V 穩(wěn)壓電源 2 顯示壓力源 氣壓量程 4 20KPa 通過(guò)調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì) 旋鈕 氣壓輸出 大小可調(diào) 電流表 DC20 A 20mA 量程三檔切換 電壓表 DC200mV 20V 量程三檔切換 光功率計(jì) 1999mW 光照度計(jì) 1999Lx 頻率 轉(zhuǎn)速表 f 0 9999Hz n 0 9999 r min 計(jì)時(shí)器 秒表 9999S 氣壓表 4 40 KPa 3 溫控儀 PID 位式調(diào)節(jié)儀 0 2000C 二 傳感器裝置 光學(xué)傳感器由底座 升降支架 遮光筒 滑軌等組成 可卸式活動(dòng)安裝各 種光電器件探頭 光源等 1 光敏器件及傳感器 光敏電阻 光敏二極管 光敏三極管 紅外光敏二極管 光接受 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 7 硅光電池 反射式光耦 紅外發(fā)射與紅外光敏三極管組合 紅外線熱釋電探頭 光照度計(jì)探頭 光功率計(jì)探頭 2 傳感器 光纖傳感器 位移 壓力 溫度 PSD 位置傳感器 線陣 CCD 測(cè)徑系統(tǒng) 可選 光柵位移傳感器 可選 3 光源 普通白熾燈 普通發(fā)光二極管 紅外發(fā)射管 半導(dǎo)體激光管 各種濾色鏡 三 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?光電器件實(shí)驗(yàn) 一 模板 光電器件實(shí)驗(yàn) 二 模板 光電器件實(shí)驗(yàn) 光開(kāi)關(guān) 模板 光電器件實(shí)驗(yàn) 光調(diào)制 模板 光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)０?光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?PSD 傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?溫度傳感器 四 實(shí)驗(yàn)桌 放置主機(jī)箱 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?各種實(shí)驗(yàn)器件實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸為 1600 800 740 mm CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 8 第二章第二章 實(shí)驗(yàn)指南實(shí)驗(yàn)指南 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 光電基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)光電基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)光源分光原理 輻射量與光度量 光的不同波長(zhǎng)等基本概念 有具體的認(rèn)識(shí) 第一部分 光源和光波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)原理 一 實(shí)驗(yàn)原理 以電磁波形式或粒子 光子 形成傳輸?shù)哪芰?它們可以用光學(xué)條件反射 成 像或色散 這樣能量傳輸及其傳播過(guò)程稱為光輻射 為了對(duì)光輻射進(jìn)行定量描述 存在著輻射單位和光度單位兩套不同的體系 下表 是常用的輻射度量和光度量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 表 一 常用輻射度量和光度量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 輻射度量物理量光度量 物理量名稱符號(hào)定義成定義式單位物理量名稱符號(hào)定義成定義式單位 輻射能Qe J 光量Q Q Q dt 1m s 輻射通量 e e d e dtW 光通量 I d 1m 輻射出射度 e e d e dsW m2 光出射度 M M d ds 1m m2 輻射強(qiáng)度 e e d e dsw sr 發(fā)光強(qiáng)度 I 基本量 cd 輻射亮度Le Le d e ds cos w m2 sr 光 亮度 L I dI ds cos cd m2 輻射照度Ee Ee d e dAw m2 光 照度 E E d dALX 在光度單位中 發(fā)光強(qiáng)度是基本單位 定義為一個(gè)光源發(fā)出頻率為 540 1012 HZ 的單色輻射 若在一給定方向上的輻射光度為 1 683 W S 則該光源在該方 向上的的發(fā)光強(qiáng)度為 1 cd 坎德拉 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 9 本實(shí)驗(yàn)中備有普通光源和激光光源兩種 普通光源 探熾燈 的光譜為連續(xù)光 譜 利用濾色片或色片或通過(guò)分光鏡后 可以提供紅橙黃綠青藍(lán)紫多種波長(zhǎng)的光輻 射 激光光源是半導(dǎo)體激光器 發(fā)射的激光波長(zhǎng) 630 680 納米 激光顏色為紅色 三棱鏡的分光原理 三棱鏡的分光作用原理基于以下幾點(diǎn) 1 三棱鏡表面對(duì)光線的折射作用 三棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的各色光具有不同的折射率 因此當(dāng)三棱鏡中入射的光 白 光為各種不同波長(zhǎng)的復(fù)合光 從波長(zhǎng)為 400 納米 m m 紫光至 760 納米的紅光 則三棱鏡對(duì)不同色光具有不同折射率 各色光經(jīng)折射后的折射角將不同 因此通過(guò) 三棱鏡 出射時(shí) 各色光的偏角也隨之不同 所以 白光經(jīng)過(guò)三棱鏡折射以后將分解成各種 色光并呈現(xiàn)出一片按序排列的顏色 這種現(xiàn)象稱為光的色散 2 圖 1 1 畫(huà)出了三棱鏡表面產(chǎn)生折射的情況 如入射光 某一單色光 經(jīng)三棱 鏡 AB 進(jìn)入玻璃介質(zhì)后 光線產(chǎn)生一 偏角 1該光束在 B 面出射時(shí) 又產(chǎn)生 一偏角 2光線經(jīng)二次折射后入射光與 出射光產(chǎn)生的偏角 0 1 2 對(duì)三棱鏡兩個(gè)折射面 AB 導(dǎo)出折射定律為 SinI1 nSinI1 SinI2 nSinI2 利用兩式相減 并根據(jù) I1 I2 1 2 I1 I2 I2 I2 經(jīng)過(guò)具體運(yùn)算得Sin1 2 n Sin 2 Cos I1 I2 Cos1 2 I1 I2 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 10 由式可見(jiàn) 光線經(jīng)棱鏡折射后 產(chǎn)生的偏角 是光線入射角 I1 棱鏡折射角 和折射率 n 的函數(shù) 對(duì)于給定的三棱鏡 和 n 為定值 因此 隨 I1 而變 圖 1 2 表示的光通過(guò)三棱鏡時(shí) 的色散現(xiàn)象 由于介質(zhì)的折射率 隨波長(zhǎng)的的變短而增大 尤其是 短波部分 折射率增加的更快 由圖 1 2 可知紅色的波長(zhǎng)長(zhǎng) 折射率小 產(chǎn)生較小的偏角 而 紫色的波長(zhǎng)短 折射率大 產(chǎn)生 的偏角也大 這樣的光經(jīng)三棱鏡折射后 形成一條按紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 順序的連續(xù)光譜 本實(shí)驗(yàn)用于演示這一現(xiàn)象 利用濾色片也可以從白光中獲取單色光 常用濾色片有二類 一類是塑料片 它 只能透射某一波長(zhǎng)的光 而對(duì)其它波長(zhǎng)具有吸收作用 對(duì)玻璃濾光片 玻璃片上鍍 某種顏色 例如紅色 的薄膜 它利用光的頻率效應(yīng) 則它對(duì)紅色的光是干涉相長(zhǎng) 對(duì)其它顏色的光則干涉相消 衡量濾色質(zhì)量?jī)?yōu)劣的是色純度 2 實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)器材 CSY 2000G 主機(jī)箱 普通光源 分光裝置 三棱鏡 半導(dǎo)體激光器 濾色 片 光照度計(jì)及探頭 3 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 根據(jù)圖 1 3 將普通光源插進(jìn)安裝架上 把光源的兩個(gè)插孔分別連接到 主機(jī)箱的 0 12V 可調(diào)電壓源上 調(diào)節(jié) 0 12V 的可調(diào)旋鈕 可改變光源 的亮度 調(diào)節(jié)電源 0 12V 必須從最低電壓起始慢慢調(diào)到 12V 否則沖擊電流大 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 11 電源自動(dòng)截止保護(hù) 要正常工作必須重新開(kāi)機(jī) 2 將光源升降桿的固定螺釘旋松 旋轉(zhuǎn)光源 180 后擰緊固定螺釘 在 光源的前方適當(dāng)?shù)奈恢冒卜欧止馊忡R 旋轉(zhuǎn)棱鏡 觀察投射出的連續(xù)的帶狀 分光光譜 紅 紫七色 如圖 1 3 圖 1 3 光電實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 白色光的光色散 3 關(guān)閉電源 旋下光源前蓋 裝上不同顏色的濾色片 觀察不同波長(zhǎng) 顏色 的光 4 把普通光源取下 換上半導(dǎo)體激光光源 連接 5v 電源 注意 1 二極 管保護(hù) 2 光源注意極性 重復(fù) 2 5 把分光裝置對(duì)太陽(yáng)觀察太陽(yáng)光 用一白紙作受光面 從出射的受光面 上觀測(cè)帶狀光譜 如圖 1 4 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 12 圖 1 4 太陽(yáng)光的光色散 第二部分第二部分 輻射度與光度學(xué)輻射度與光度學(xué) 1 基本原理 基本原理 光輻射的探測(cè)和計(jì)量 在輻射度單位和光度單位兩套不同的體系 輻射度單位 適用于整個(gè)電磁波段 光度學(xué)只適用于可見(jiàn)光波段 本實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解兩種概念 體系的區(qū)別和聯(lián)系 2 實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)器材 CSY 2000G 主機(jī)箱 普通光源 含遮光筒 半導(dǎo)體激光光源 各種濾色片 光照度計(jì)探頭 3 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 根據(jù)圖 1 5 裝置圖將照度計(jì)探頭代替光敏探頭 把照度計(jì)探頭的兩個(gè) 插孔與主機(jī)箱的光照度計(jì)兩個(gè)插孔正負(fù)對(duì)應(yīng)相連 再按下主機(jī)箱照度計(jì)的按紐 1 打開(kāi)主控箱電源 測(cè)量當(dāng)前環(huán)境下的照度 圖 1 5 輻射度與光度學(xué)的接線示意圖 2 關(guān)閉主控箱電源 把普通光源的兩個(gè)插孔與主控箱的 0 12V 的可調(diào)電 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 13 源的兩個(gè)插孔相連 逆時(shí)針調(diào)節(jié)可調(diào)電源旋鈕到底 把主機(jī)箱的電壓表輸入端 分別與 0 12V 的可調(diào)電源的 相連 監(jiān)測(cè)可調(diào)電源的輸出大小 按表 1 1 慢慢旋轉(zhuǎn)可調(diào)電源旋鈕 按表 1 1 記錄數(shù)據(jù) 表 1 1 輸入電壓 v 234567 光照度 Lx 3 關(guān)閉主機(jī)箱電源 取下實(shí)驗(yàn)裝置的遮光筒 旋下普通光源的前蓋 分別旋上 不同顏色的濾光片 裝上遮光筒 按上面的方法分別測(cè)量不同濾色片下的照度 并 作記錄 把數(shù)據(jù)填入表 1 2 表 1 2 濾色片顏色 紅橙黃綠青藍(lán)紫 光照度 Lx 4 在 3 中 用眼睛觀察不同顏色光的亮度情況 感覺(jué)同一照度下不同顏色的 光 感受一下眼睛對(duì)光顏色的敏感度 5 關(guān)閉主機(jī)箱電源 將普通光源撤下?lián)Q上半導(dǎo)體激光器 將半導(dǎo)體激光器的兩 個(gè)插孔 分別與主機(jī)箱 0 5V 的可調(diào)電源的 相連 開(kāi)主機(jī)箱電源 同 上面方法用照度計(jì)測(cè)量激光器發(fā)出的光的照度 作記錄把數(shù)據(jù)填入表 1 3 表 1 3 輸入電壓 v 2 5V3V3 5V4V4 5V5V 光照度 Lx 6 關(guān)閉主機(jī)箱電源 用光功率探頭代替照度計(jì)探頭 將光功率探頭的兩個(gè)插孔 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 14 分別與主機(jī)箱的光功率計(jì)輸入端的 相連 打開(kāi)主機(jī)箱電源 方 法同上用光功率計(jì)測(cè)量激光器的光功率 并作記錄 把數(shù)據(jù)填入表 1 4 表 1 4 輸入電壓 v 33 544 55 光功率 mw CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 15 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 光敏電阻實(shí)驗(yàn)光敏電阻實(shí)驗(yàn) 一 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光敏電阻的光譜響應(yīng)特征 光照特性和伏安特性等基本特性 二 二 基本原理 基本原理 在光線的作用下 電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài) 引起電導(dǎo) 率的變化 這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng) 光 照愈強(qiáng) 器件自身的電阻愈小 基于這種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻 光敏電阻無(wú) 極性 其工作特性與入射光光強(qiáng) 波長(zhǎng)和外加電壓有關(guān) 三 三 需用器件與單元 需用器件與單元 CSY 2000G 主機(jī)箱 光源 濾色片 光電器件實(shí)驗(yàn) 一 模板 cds 光敏電 阻 光照度探頭 四 四 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 亮電阻和暗電阻測(cè)量 1 圖 2 1 是光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理圖 2 按圖 2 1 的光學(xué)系統(tǒng)裝置圖 安裝 好普通光源和光照度計(jì)探頭及遮光筒 將主機(jī)箱的 0 12V 的可調(diào)電源與普通 光源的兩個(gè)插孔相連 將可調(diào)電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蚵{(diào)到底 將照 度計(jì)探頭的兩個(gè)插孔與主機(jī)箱照度計(jì)輸入端 相應(yīng)連接 打開(kāi)主機(jī) 箱電源 順時(shí)針?lè)较蚵黾?0 12V 可調(diào)電源 使主機(jī)箱照度計(jì)顯示 100LX 按下按鈕 1 圖 2 1 光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理 圖 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 16 圖 2 2 光敏電阻實(shí)驗(yàn)接線圖 3 撤下照度計(jì)連線及探頭 換上光敏電阻 將光敏電阻的一個(gè)插孔連到主機(jī)箱 固定穩(wěn)壓電源 5V 的 插孔上 光敏電阻的另一個(gè)插孔連到主機(jī)箱電流表 輸入端的 插孔上 電流表輸入端 插孔與 5V 穩(wěn)壓電源的 相 連 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 17 4 在光敏電阻與光源之間用遮光筒連接后 10 秒鐘左右 可觀察主機(jī)箱上的定 時(shí)器 讀取電流表 可選擇電流表合適的檔位 20mA 檔 的值為亮電流 I亮 5 將 0 12V 可調(diào)電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蚵降缀?10 秒鐘左右讀取 電流表 20 A 檔 的值為暗電流 I暗 6 根據(jù)以下公式 計(jì)算亮阻和暗阻 照度 100LX U測(cè)5V R亮 U測(cè) I亮 R暗 U測(cè) I暗 7 光敏電阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻 在不同的測(cè)量電壓 U測(cè) 下有不同的亮阻和暗阻 如有興趣可重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn) 2 2 光照特性測(cè)量 光照特性測(cè)量 光敏電阻的測(cè)量電壓 U測(cè) 為 5V 時(shí) 光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度變化而 變化 它們之間的關(guān)系是非線性的 調(diào)節(jié)光源 0 12V 電壓得到不同的光照度 測(cè)量 方法同以上實(shí)驗(yàn) 測(cè)得數(shù)據(jù)填入表 2 1 并作曲線圖 表 2 1 強(qiáng)度 LX 100300500700900110013001500 電流 mA 光照度 LX 圖 2 3 光敏電阻光照特性實(shí)驗(yàn)曲線 3 3 伏安特性測(cè)量 伏安特性測(cè)量 在一定的光照強(qiáng)度下 光電流隨外加電壓的變化而變化 測(cè)量時(shí) 在給定光照 強(qiáng)度 100LX時(shí) 光敏電阻輸入 0 5V 可調(diào)電壓 調(diào)節(jié) 0 5V 電壓 由電壓表監(jiān)測(cè) 測(cè) I CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 18 得流過(guò)光敏電阻的電流 測(cè)得數(shù)據(jù)填入表 2 2 并作不同照度的三條伏安特性曲線 表 2 2 型號(hào) MT5528電壓 U 1 252345 100 電流 mA 300 電流 mA 照 度 LX 500 電流 mA 光電流 VCC 圖 2 4 光敏電阻伏安特性 4 4 光譜特性測(cè)量 光譜特性測(cè)量 1 光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的光 接收的光靈敏度是不一樣的 這就是光敏電阻 的光譜特性 實(shí)驗(yàn)時(shí)線路接法同圖 2 2 在光路裝置中先用照度計(jì)窗口對(duì)準(zhǔn)遮光筒 然后撤下光源前蓋 更換不同的濾光片 得到對(duì)應(yīng)各種顏色的光 作光譜特性時(shí) 需調(diào)節(jié)光源強(qiáng)度 調(diào) 0 12V 電壓 得到相同的照度 光敏電阻在某一固定工作 電壓下 5V 在同一照度下 例如 100LX 在不同波長(zhǎng) 顏色 時(shí)測(cè)量流過(guò)光 敏電阻的電流值 就可作出其光源特性曲線 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示 表 2 3 型號(hào) MT5528 顏色 波長(zhǎng) nm 100LX照度下的電流 紅 650 橙 610 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 19 黃 570 綠 530 青 480 藍(lán) 450 紫 400 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 20 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 光敏二極管的特性實(shí)驗(yàn)光敏二極管的特性實(shí)驗(yàn) 一 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光敏二極管工作原理及光生伏特效應(yīng) 二 二 基本原理 基本原理 光敏二極管和光電池均是一種光伏探測(cè)器 利用了 Pn 結(jié)的光伏效應(yīng) 對(duì)光伏探 測(cè)器總的伏安特性可表達(dá)為 i ii iD i iso exp eu kBT 1 i 式中i i中是流過(guò)探測(cè)器總電流 i iso二極管反向電流 e是電子電荷 u是探 測(cè)器兩端電壓 kB為玻耳茲曼常數(shù) T器件絕對(duì)溫度 光敏二極管的具有光生伏特效應(yīng) 當(dāng)入射光的強(qiáng)度發(fā)生變化 通過(guò)光敏二極管 的電流隨之變化 于是在光敏二極管的二端電壓也發(fā)生變化 光照時(shí)導(dǎo)通 光不照 時(shí) 處于截止?fàn)顟B(tài) 并且光電流和照度成線性關(guān)系 三 三 需用單元器件 需用單元器件 光敏器件實(shí)驗(yàn) 一 模板 主機(jī)箱 光敏二極管 光源 光照度計(jì)探頭 濾色 片 四 四 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 21 圖 3 2 光敏二極管特性實(shí)驗(yàn)接線圖 1 光照特性的測(cè)量 根據(jù)圖 3 2 接線 測(cè)量光敏二極管的暗電流和亮電流 1 暗電流測(cè)試 將主機(jī)箱中的 0 12V 可調(diào)穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針 方向慢慢旋到底 打開(kāi)主機(jī)箱電源 讀取主機(jī)箱上電流表 20uA 檔 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 22 的值即為光敏二極管的暗電流 2 亮電流測(cè)試 a 關(guān)閉主機(jī)箱電源 撤下光敏二極管 換上光照度計(jì)探頭 用連接 線將照度計(jì)探頭的兩個(gè)插孔與主機(jī)箱上的照度計(jì)輸入的兩個(gè)插孔 分別相應(yīng)連接 照度計(jì)探頭與光源之間用遮光筒 連接 b 打開(kāi)主機(jī)箱電源 順時(shí)針?lè)较蚵卣{(diào)節(jié) 0 12V 可調(diào)電源 光源 電壓 使主機(jī)箱上照度計(jì)的讀書(shū)為 100LX c 撤下照度計(jì)探頭 換上光敏二極管 讀取電流表值 即為 100LX U測(cè)5V 光敏二極管工作電壓 時(shí)的亮電流 重復(fù) a b c 實(shí)驗(yàn)步驟 把測(cè)量值填入表 3 1 并作出曲線 表 3 1 照度 LX100200300400500600700800 I 亮 mA I mA LX 圖 3 3 光敏二極管光照實(shí)驗(yàn)特性 2 光譜特性測(cè)試 光譜特性測(cè)試用七種顏色的濾光片代替不同波長(zhǎng)的光 實(shí)驗(yàn)方法與亮電流測(cè)試方法基本一樣 不同點(diǎn)就是擰下光源前蓋 更換不同顏 色的濾色鏡 調(diào)節(jié)光源電壓 在不同照度下 測(cè)得光電流 填入表 3 2 并作出 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 23 曲線 表 3 2 顏色 nm 光電流 I 照度 LX 紅 650 橙 610 黃 570 綠 530 青 480 藍(lán) 450 紫 400 10 100 I 圖 3 4 光敏二極管光譜實(shí)驗(yàn)特性 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 24 實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 光敏三極管特性實(shí)驗(yàn)光敏三極管特性實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光敏三極管結(jié)構(gòu) 性能和 V I 特性 二 二 基本原理 基本原理 在光敏二極管的基礎(chǔ)上 為了獲得內(nèi)增益 就利用晶體三極管的電流放大作應(yīng) 用 Ge 或 Si 單晶體制造 NPN 或 PNP 型光敏三極管 其結(jié)構(gòu)使用電路及等效電路如圖 4 1 所示 光敏三極管可以等效一個(gè)光電二極管與另一個(gè)一般晶體管基極集電極并聯(lián) 集 電極 基極產(chǎn)生的電流 輸入到共發(fā)三極管的基極在放大 不同之處是 集電極電 流 光電流 有集電結(jié)上產(chǎn)生的i 控制 集電極起雙重作用 把光信號(hào)變成電信 號(hào)起光電二極管作用 使光電流再放大起一般三極管的集電結(jié)作用 一般光敏三極 管只引出 E C 兩個(gè)電極 體積小 光電特性是非線性的 廣泛應(yīng)用于光電自動(dòng)控 制作光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用 三 需用單元與器件 需用單元與器件 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 25 光電器件實(shí)驗(yàn) 一 模板 主機(jī)箱 光敏三極管 光源 光照度計(jì)探頭 四 四 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 光敏三極管伏安特性 光敏三極管在不同的照度下的伏安特性就象一般晶體管在不同的基極電流輸出 特性一樣 光敏三極管把光信號(hào)變成電信號(hào) 1 根據(jù)圖 3 2 把光敏二極管換成光敏三極管 按圖接線 將光敏三極管的 兩個(gè)插孔接到實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓墓饷羝骷斎氲牟蹇字?實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓碾娏鞅砗?電壓表插孔分別與主機(jī)箱的電流表輸入和電壓表輸入插孔分別相連接 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?Vcc 插孔與主機(jī)箱的 5V 電源相連 2 首先慢慢調(diào)節(jié) 0 12V 光源電壓 使光源的光照度到某一照度 用照度計(jì)測(cè) 量 再調(diào)節(jié)光敏三極管的工作電壓 測(cè)量光敏三極管的輸出電流和電壓 填入表 4 1 表 4 4 并作出一定光照度下的光敏三極管的伏安特性曲線 表 4 1 在 100lx 照度下 U V 1 1 52 02 53 03 54 0 I mA 1 表 4 2 在 500lx 照度下 U V 1 1 52 02 53 03 54 0 I mA 1 表 4 3 在 1000lx 照度下 U V 1 1 5 2 02 53 03 54 0 I mA 1 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 26 表 4 4 在 1500lx 照度下 U V 1 1 52 02 53 03 54 0 I mA 1 I mA 外加電壓 V 圖 4 2 光敏三極管伏安特性實(shí)驗(yàn)曲線 2 光敏三極管的光照特性測(cè)量 暗電流與亮電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)驗(yàn)三 參照實(shí)驗(yàn)三 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入 表 4 5 并作出光照特性曲線 表 4 5 照度 LX100200300400500600700800 I 亮 mA I mA LX 圖 4 3 光敏三極管光照特性實(shí)驗(yàn)曲線 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 27 3 光敏三極管的響應(yīng)波長(zhǎng) 光譜特性 光敏三極管對(duì)不同波長(zhǎng)的光 接收靈敏度光不一樣的 它有一個(gè)峰值響應(yīng)波長(zhǎng) 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)大于峰值響應(yīng)波長(zhǎng)時(shí) 相對(duì)靈敏度要下降 光子能量太小 不足以 激發(fā)電子空穴對(duì) 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)小于峰值響應(yīng)波長(zhǎng)時(shí) 相對(duì)靈敏度也要下降 這 是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收 并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá) PN 結(jié) 因而使相對(duì)靈敏度下降 實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)濾色片的得到不同波長(zhǎng)的光 不同波長(zhǎng)的光在相同的照度下 檢測(cè) 出對(duì)應(yīng)的光敏三極管的電流大小 則得到不同波長(zhǎng)的靈敏度 光敏三極管響應(yīng)波長(zhǎng) 光譜特性 的實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)驗(yàn)三光譜特性測(cè)量 參照實(shí)驗(yàn) 三做實(shí)驗(yàn) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表 4 6 并作出光譜特性曲線 表 4 6 顏色 nm 光電流 I 照度 LX 紅 650 橙 610 黃 570 綠 530 青 480 藍(lán) 450 紫 400 10 100 I 圖 4 4 光敏三極管光譜實(shí)驗(yàn)特性 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 28 實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 光開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)光開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn) 透射式 透射式 一 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解透射式光電開(kāi)關(guān)組成原理及應(yīng)用 二 二 基本原理 基本原理 光電開(kāi)關(guān)可以由一個(gè)光發(fā)射管和一個(gè)接收管組成 光耦 光斷續(xù)器 當(dāng) 發(fā)射管和接收管之間無(wú)遮擋時(shí) 接收管有光電流產(chǎn)生 一旦此光路中有物體阻 擋時(shí)光電流中斷 利用這種特性可制成光電開(kāi)關(guān)用來(lái)工業(yè)零件計(jì)數(shù) 控制等 三 需用器件與單元 三 需用器件與單元 光電實(shí)驗(yàn)裝置 光電器件實(shí)驗(yàn)?zāi)K 一 普通發(fā)光二極管 光敏二極管 主機(jī)箱 見(jiàn)圖 5 1 光敏器件實(shí)驗(yàn)裝置圖 四 實(shí)實(shí)驗(yàn)步驟 驗(yàn)步驟 1 根據(jù)圖 5 1 接線 將發(fā)光二極管兩端接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０骞饷羝骷斎雰?端 注意極性 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系碾娏鞅淼膬蓚€(gè)插孔用線短接 再 將光敏二極管 接收管 兩端引入實(shí)驗(yàn)?zāi)K的光敏接收器件兩端 再將實(shí)驗(yàn)?zāi)K上的VCC插孔與 插孔接到主機(jī)箱的 5V 電源的 相應(yīng)插孔上 2 開(kāi)啟主機(jī)箱電源 用手或者其他物體擋住發(fā)光二極管與光敏二極管 之間的光路 接收管接收不到光 實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系陌l(fā)光二極管不點(diǎn)亮 當(dāng)光路中無(wú)物體阻隔暢通時(shí) 實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系陌l(fā)光二極管亮 由此形 成了開(kāi)關(guān)功能 利用這個(gè)開(kāi)關(guān)功能 學(xué)員們可以自己組建計(jì)數(shù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 29 圖 5 1 光開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)連接圖 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 30 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 紅外線反射式光電開(kāi)關(guān)紅外線反射式光電開(kāi)關(guān) 光耦 光耦 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解紅外線光耦開(kāi)關(guān)的組成及基本原理 二 基本原理二 基本原理 紅外線開(kāi)關(guān)模塊 OW2152 反射式光耦 中有一個(gè)紅外發(fā)射二極管和紅外三極 管組成 當(dāng)物體接近時(shí) 發(fā)射管發(fā)射的紅外線被物體反射回來(lái)接收管上 被接收管 接收 接上放大和控制電路 常用做樓道口等處作電燈自動(dòng)開(kāi)關(guān) 當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí) 控制樓道燈亮 通過(guò)延時(shí)電路控制 經(jīng)過(guò)若干秒后 樓道燈自動(dòng)熄滅 三 需用器件和單元三 需用器件和單元 光電器件實(shí)驗(yàn) 光開(kāi)關(guān) 模板 主機(jī)箱 反射光耦 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按照?qǐng)D 6 1 接線 反射光耦 反射式光電開(kāi)光 有四個(gè)插孔 紅 黑色 插孔接實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓募t外發(fā)射二極管的正端和 端 黃 藍(lán)色插孔接實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?紅外線接收三極管集電極和發(fā)射極插孔 再將實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?VCC插孔和 插孔接 到主機(jī)箱的 5V 電源和 插孔 2 打開(kāi)主機(jī)箱電源 用手接近或離開(kāi)光耦探頭 觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拈_(kāi)關(guān)指 示燈工作現(xiàn)象 3 發(fā)射式光電器件 光發(fā)射 光接受 作開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn) 將光發(fā)射管和光接收管分別引入實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械募t外發(fā)射二極管和紅外發(fā)射三 極管處 注意極性 調(diào)整發(fā)射和接收之間的相對(duì)位置 觀察光路遮擋與暢通時(shí)的 現(xiàn)象 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 31 圖 6 1 光電器件實(shí)驗(yàn) 光開(kāi)關(guān) 實(shí)驗(yàn)接線圖 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 32 實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七 光電池實(shí)驗(yàn)光電池實(shí)驗(yàn) 一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光電池的光照 光譜特性 熟悉其應(yīng)用 二二 基本原理基本原理 當(dāng)光照射到光電池 P N 結(jié)上時(shí) 便在 P N 結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) 這種現(xiàn)象叫 光 生伏特效應(yīng) 將光能轉(zhuǎn)化為電能 該效應(yīng)與材料 光的強(qiáng)度 波長(zhǎng)等有關(guān) 三三 需用器件與單元需用器件與單元 光電器件實(shí)驗(yàn) 一 模板 主機(jī)箱 濾色片 普通光源 照度計(jì) 硅光電池 光照度計(jì)探頭 四 內(nèi)容四 內(nèi)容 1 光照特性 光電池在不同的照度下 產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì) 它們之間的關(guān)系就 是光照特性 1 按圖 7 1 接線 將光源兩個(gè)插孔接入主機(jī)箱 0 12V 可調(diào)電源的相應(yīng)插孔 上 逆時(shí)針?lè)较蛘{(diào)節(jié)可調(diào)電源的旋鈕到底 將光電池的兩個(gè)插孔接到 實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓墓韫怆姵厣?注意極性 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 33 圖 7 1 光電池實(shí)驗(yàn)接線圖 2 將照度計(jì)探頭兩個(gè)插孔接到主機(jī)箱的照度計(jì)輸入端的相應(yīng)插孔上 打開(kāi) 主機(jī)箱電源 將照度計(jì)探頭用遮光筒與光源連接起來(lái) 調(diào)節(jié)接入光源的 0 12V 可調(diào)電源 使照度計(jì)顯示 100LX 拿去照度計(jì)探頭 把硅光電池 連到遮光筒上 將主機(jī)箱的電壓表接到光電實(shí)驗(yàn)器件模板的硅光電池的 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 34 電壓表接口上 測(cè)出 100LX照度下的開(kāi)路電壓 把電壓表的引線斷開(kāi)后 將主機(jī)箱的電流表串接到實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?硅光電池的電流表接口上 測(cè)出 100LX照度下的短路電流 重復(fù)以上方法 測(cè)出照度為 200LX 600LX 時(shí)的硅光電池的開(kāi)路電壓和短路電流 將數(shù)據(jù)填入表 7 1 并作出曲線 圖 表 7 1 強(qiáng)度 lx 電流 mA 電壓 mV 電流 電壓 光強(qiáng)度 圖 7 2 硅光電池開(kāi)路電壓 短路電流實(shí)驗(yàn)特性 2 光譜特性 光電池在不同波長(zhǎng)的光照下 產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì) 用不同顏色的 濾色片得到不同波長(zhǎng)的光 濾色片更換 擰下光源前蓋 分別擰上紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫七種濾色片 在相同的照度之下 將測(cè)量結(jié)果填入表 7 2 并在圖 7 3 作出曲線圖 表 7 2 波長(zhǎng) nm 紅橙黃綠青藍(lán)紫 電動(dòng)勢(shì) mv 電流 mA 電動(dòng)勢(shì) CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 35 波長(zhǎng) 實(shí)驗(yàn)八實(shí)驗(yàn)八 熱釋電紅外傳感器實(shí)驗(yàn)熱釋電紅外傳感器實(shí)驗(yàn) 一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解熱釋電紅外傳感器基本原理和在實(shí)際中的應(yīng)用 二二 基本原理 基本原理 當(dāng)已極化的熱電晶體薄片受到輻射熱時(shí)候 薄片溫度升高 極化強(qiáng)度下 s p 降 表面電荷減少 相當(dāng)于 釋放 一部分電荷 故名熱釋電 釋放的電荷通過(guò)一 系列的放大 轉(zhuǎn)化成輸出電壓 如果繼續(xù)照射 晶體薄片的溫度升高到 Tc 居里溫 度 值時(shí) 自發(fā)極化突然消失 不再釋放電荷 輸出信號(hào)為零 見(jiàn)圖 8 1 因此 熱釋電探測(cè)器只能探測(cè)交流的斬波式的輻射 紅外光輻射要有變化量 當(dāng)面積為 A 的熱釋電晶體受到調(diào)制加熱 而使其溫度 T 發(fā)生微小變化時(shí) 就有熱釋 電電流 A 為面積 P 為熱電體材料熱釋電系數(shù) 是溫度的變化率 dt dT APi dt dT 8 1 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 36 圖 8 2 熱釋電實(shí)驗(yàn)接線圖 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 37 圖 8 3 成品實(shí)驗(yàn)接線圖 三三 需用器件與單元 需用器件與單元 光電器件實(shí)驗(yàn) 二 模板 主機(jī)箱 紅外熱釋電探頭 紅外熱釋電探測(cè)器 四四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 光電器件實(shí)驗(yàn) 二 模板分兩部分 分為器件原理實(shí)驗(yàn)圖 左 傳感器實(shí)驗(yàn)圖 右 1 原理實(shí)驗(yàn) 1 按圖 8 2 接線 將紅外熱釋電探頭的三個(gè)插孔相應(yīng)地連到實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍩後岆?紅外探頭的輸入端口上 紅色插孔接 D 藍(lán)色接 S 黑色接 E 再將實(shí)驗(yàn) 模板上的 VCC 5V 和 相應(yīng)的連接到主控箱的電源上 再將實(shí)驗(yàn)?zāi)０?的右邊部分的探測(cè)器信號(hào)輸入短接 2 打開(kāi)主機(jī)箱電源 手在紅外熱釋電探頭端面晃動(dòng)時(shí) 探頭有微弱的電壓變 化信號(hào)輸出 經(jīng)兩級(jí)電壓放大后 可以檢測(cè)出較大的電壓變化 再經(jīng)電壓 比較器構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路 使指示燈點(diǎn)亮 觀察這個(gè)現(xiàn)象過(guò)程 2 傳感器實(shí)驗(yàn) 1 紅外熱釋電探測(cè)器有四個(gè)接線 按圖 8 3 接線 將探頭的 1 3 號(hào)線相應(yīng) 的連接到實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?12V 與 上 再將紅外熱釋電探測(cè)器 2 4 號(hào)線 分別接到實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓奶綔y(cè)器信號(hào)輸入端口上 再將實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?12V 和 接到主機(jī)箱 12V 電源和 上 2 打開(kāi)主機(jī)箱電源 需延時(shí)幾分鐘模板才能正常工作 當(dāng)人體或動(dòng)物移動(dòng)后 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 38 蜂鳴器報(bào)警 逐點(diǎn)移遠(yuǎn)人與傳感器的距離 估計(jì)觀察能檢測(cè)到的紅外物體 的探測(cè)距離 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 39 實(shí)驗(yàn)九實(shí)驗(yàn)九 光源及光調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)光源及光調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光調(diào)制解調(diào)的原理 二 基本原理 二 基本原理 光束是一種電磁波 具有振幅 相位 強(qiáng)度和偏振等參量和良好的相干性 如果能夠應(yīng)用某種物理方法改變光波的這些參量之一 使其按照調(diào)制信號(hào) 如 聲音信號(hào) 的規(guī)律變化 那么該光束就受到了調(diào)制 達(dá)到 運(yùn)載 信息的目的 實(shí)現(xiàn)光束調(diào)制的原理有振幅調(diào)制 頻率調(diào)制 相位調(diào)制 強(qiáng)度調(diào)制 脈沖調(diào)制 脈沖編碼調(diào)制 從方法來(lái)說(shuō) 即有電光調(diào)制 聲光調(diào)制 磁光調(diào)制 直接調(diào)制等 本實(shí)驗(yàn)用的是電光調(diào)制和聲光調(diào)制 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 光調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)?zāi)０?主機(jī)箱 光發(fā)射管 光接收管 四 實(shí)驗(yàn)步驟 四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 紅外光的脈沖調(diào)制 1 按照?qǐng)D 9 1 接線 在光脈沖調(diào)制實(shí)驗(yàn)部分 將光發(fā)射管探頭的兩個(gè)插孔 與光電器件實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓墓獍l(fā)射的輸入插孔相連 光接收探頭的兩個(gè)插孔與 實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓墓饨邮蛰斎肟谙噙B 再將實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?Vcc 5V 電源和 插 孔與主機(jī)箱的 5V 電源和 的插孔相連 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 40 圖 9 1 光脈沖調(diào)制 2 打開(kāi)主機(jī)箱電源 將兩個(gè)探頭 發(fā)射和接收探頭 對(duì)準(zhǔn) 可以看到實(shí)驗(yàn)?zāi)?板上的輸入脈沖指示和輸出脈沖指示一起發(fā)亮 如果兩個(gè)探頭中間被擋住 或沒(méi)有對(duì)準(zhǔn) 不同時(shí)發(fā)光 2用聲音調(diào)制紅外光 按圖 9 2 接線 將光脈沖實(shí)驗(yàn)的接線相應(yīng)的移到光音頻調(diào)制實(shí)驗(yàn)上 對(duì)準(zhǔn)發(fā)射 管和接收管的光路 對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系脑捦仓v話 調(diào)節(jié)音頻調(diào)制強(qiáng)度和靈敏度電位 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 41 器旋扭 使模板上的揚(yáng)聲器發(fā)出說(shuō)話聲實(shí)現(xiàn)了光調(diào)制 燈干擾或其它光線干擾時(shí) 需要加上遮光筒擋住外界的雜散光的干擾 若用紙或手擋住光路 再對(duì)著話筒講話 時(shí) 模板上的揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音 調(diào)制中止 圖 9 2 聲音調(diào)制 試分析紅外光的脈沖調(diào)制和聲調(diào)制改變光波電場(chǎng)強(qiáng)度什么參數(shù) 試分析紅外光的脈沖調(diào)制和聲調(diào)制改變光波電場(chǎng)強(qiáng)度什么參數(shù) CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 42 實(shí)驗(yàn)十實(shí)驗(yàn)十 PSD 位置傳感器實(shí)驗(yàn)位置傳感器實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解 PSD 光電位置敏感器件的原理與應(yīng)用 二 基本原理 二 基本原理 PSD 為一具有 PIN 三層結(jié)構(gòu)的平板半導(dǎo)體硅片 其斷面結(jié)構(gòu)如圖 10 1 所示 表面層 P 為感光面 在其兩邊各有一信號(hào)輸入電極 底層的公共電極是用與加反偏 電壓 當(dāng)光點(diǎn)入射到 PSD 表面時(shí) 由于橫向電勢(shì)的存在 產(chǎn)生光生電流 光生電 0 I 流就流向兩個(gè)輸出電極 從而在兩個(gè)輸出電極上分別得到光電流和 顯然 1 I 2 I 而和的分流關(guān)系則取決于入射光點(diǎn)到兩個(gè)輸出電極間的等效電阻 210 III 1 I 2 I 假設(shè) PSD 表面分流層的阻擋是均勻的 則 PSD 可簡(jiǎn)化為圖 10 2 所示的電位器模型 其中 為入射光點(diǎn)位置到兩個(gè)輸出電極間的等效電阻 顯然 正比于光 1 R 2 R 1 R 2 R 點(diǎn)到兩個(gè)輸出電極間的距離 圖 10 1 圖 10 2 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 43 因?yàn)?1221 XLXLRRII 210 III 所以可得 2 01 LXLII 2 02 LXLII LIIIX 012 當(dāng)入射光恒定時(shí) 恒定 則入射光點(diǎn)與 PSD 中間零位點(diǎn)距離 X 與成線性 0 I 12 II 關(guān)系 與入射光點(diǎn)強(qiáng)度無(wú)關(guān) 通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚黼娐?就可以獲得光點(diǎn)位置的輸出信 號(hào) 三 需用器件與單元 三 需用器件與單元 PSD 傳感器及位移裝置 PSD 傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?主機(jī)箱 四四 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1觀察 PSD 結(jié)構(gòu) 它有四只管腳 其中有一邊為園弧狀附近的管腳加反偏 電壓 其對(duì)角線部位管 f V 腳為空腳 如圖 10 3 PSD 接線中黑線接端 f V 其中兩個(gè)為輸出端可隨意 接入 圖 10 3 2 按圖 10 4 接線 將實(shí)驗(yàn)?zāi)K的和 插孔與主機(jī)箱中的穩(wěn)壓電V15 V15 源和 分別相連 再將實(shí)驗(yàn) PSD 傳感器裝置中的半導(dǎo)體激光器的兩個(gè)插 孔與實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓募す怆娫吹牟蹇紫鄳?yīng)連接 實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?PSD I2 接 PSD 傳感 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 44 器的藍(lán)色插孔 vref 基準(zhǔn)源接 PSD 傳感器的白色插孔 PSD I1 接 PSD 傳感 器的紅色插孔 3 將 PSD 傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍐卧娐愤B接起來(lái) 即與接 與接 注 1o V 1 i V 2o V 2i V V03 Vi3 Vi4 V05不用接線 與接 與接 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳霞す怆?4o V 5i V 6o V 6i V 源的 與的 及輸出的 連接起來(lái) 將主機(jī)箱的電壓表V15 7i V 接到實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?V07或 上 圖 10 4 4 打開(kāi)主機(jī)箱電源 實(shí)驗(yàn)?zāi)０彘_(kāi)始工作 轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭使激光光點(diǎn)在 PSD 上的位置 從一端移向另一端 此時(shí)電壓變化可在之間 若未達(dá)到此值 可調(diào)輸出增量旋V4 紐 3R V 5 從 PSD 一端開(kāi)始旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭 使光點(diǎn)移動(dòng) 取 即轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭一轉(zhuǎn) mmX5 0 讀取數(shù)顯表示值 填入表 10 1 表 10 1 PSD 傳感器位移值與輸出電壓值 位移量 mm 輸出電壓 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 45 V 6 根據(jù)表 10 1 所列的數(shù)據(jù) 計(jì)算中心量程 2mm 3mm 4mm 時(shí)的非線性誤差 五五 思考題思考題 入射光點(diǎn)大小對(duì)測(cè)量有什么影響 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 46 實(shí)驗(yàn)十一實(shí)驗(yàn)十一 光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn) 一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光纖位移傳感器的工作原理和性能 二二 基本原理 基本原理 本實(shí)驗(yàn)采用的傳光型光纖 它由兩束光纖混合后組成 Y 型光纖 半圓分布即雙 D 型一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束 另一束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束 兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭 它與被測(cè)體相距 X 由光源發(fā)出的光傳到 端部出射后再經(jīng)被測(cè)體反射回來(lái) 由另一束光纖接收光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電 量 而光電轉(zhuǎn)換器的電量大小與間距 X 有關(guān) 因此可用于測(cè)量位移 三三 需用器件與單元 需用器件與單元 光纖傳感器 光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?主機(jī)箱 測(cè)微頭 反射面 四四 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 根據(jù)圖 11 1 安裝光纖位移傳感器 光纖二束插入實(shí)驗(yàn)板上的座孔上 其內(nèi) 部已和發(fā)光管 D 及光電轉(zhuǎn)換管 T 相接 圖 11 1 光纖位移傳感器 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 47 2 將光纖實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆伺c主機(jī)箱的電壓表相連 見(jiàn)圖 11 2 1O V 圖 11 2 3 調(diào)節(jié)測(cè)微頭 使探頭與發(fā)射面圓平板接觸 4 實(shí)驗(yàn)?zāi)０褰尤腚娫?合上主控箱電源開(kāi)關(guān) 調(diào)使數(shù)顯表顯示為零V15 W R 5 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭 被測(cè)體離開(kāi)探頭 每隔 0 1mm 讀出數(shù)顯表值 將其填入表 11 1 表 11 1 光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù) X mm V v 測(cè)量的時(shí)候注意回程差 即不要小范圍來(lái)回調(diào)節(jié)位移 最好順著單方向調(diào)節(jié)位 移 6 根據(jù)上表 作光纖位移傳感器的位移特性曲線 計(jì)算在量程 1mm 時(shí)靈敏度和非 線性誤差 五五 思考題思考題 光纖位移傳感器測(cè)位移時(shí)對(duì)被測(cè)物體的表面有些什么要求 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 48 實(shí)驗(yàn)十二實(shí)驗(yàn)十二 光纖溫度傳感系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)光纖溫度傳感系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn) 一 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光纖溫度傳感的原理和性能 二 基本原理 二 基本原理 光纖溫度傳感器有功能型和傳導(dǎo)型兩種 功能型光纖溫度傳感器是利用光纖本 身的特性把光纖直接作為敏感元件 即感知信息又傳輸信息 例如利用光的構(gòu)位變 化 使溫度變化時(shí) 單模光纖的纖維長(zhǎng)度折射率與路徑均發(fā)生變化 使傳輸光的構(gòu) 位也發(fā)生變化 此時(shí)可利用干涉儀將相位變化換為振幅變化 當(dāng)相位滿足諧振條件 時(shí) 輸出光出現(xiàn)峰值 本實(shí)驗(yàn)提供的是傳導(dǎo)型溫度傳感器 它由兩部分組成 一部分是溫度位移敏感 元件 雙金屬片 通過(guò)它將溫度轉(zhuǎn)變成位移量 另一部分是光纖位移傳感器 它 測(cè)量出溫度變化產(chǎn)生的位移變量 通過(guò)系統(tǒng)的溫度和位移關(guān)系標(biāo)定就可以測(cè)量相應(yīng) 的溫度量 三 三 器件與單元 器件與單元 光纖探頭 光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?溫度傳感模板 加熱器模板 主機(jī)箱 四 溫度控制儀 PID 位式控制 說(shuō)明 儀表面板說(shuō)明 1 設(shè)定鍵設(shè)定鍵 3 設(shè)定值減少鍵設(shè)定值減少鍵 4 設(shè)定值增加值設(shè)定值增加值 5 設(shè)定值顯示器設(shè)定值顯示器 6 測(cè)量值顯示器測(cè)量值顯示器 7 控制輸出指示燈控制輸出指示燈 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 49 8 自整定指示燈自整定指示燈 圖 12 1 溫控儀面板圖 9 第一報(bào)警指示燈第一報(bào)警指示燈 10 第二報(bào)警指示燈第二報(bào)警指示燈 參數(shù)設(shè)定表 序號(hào) 提示 符 名稱設(shè)定范圍說(shuō)明 出廠 值 1SP控制點(diǎn)設(shè)定全范圍系統(tǒng)預(yù)大達(dá)到值隨機(jī) 2AL 1上限報(bào)警全范圍測(cè)量值大于上限報(bào)警時(shí)有觸點(diǎn)輸出同時(shí)報(bào)警燈亮隨機(jī) 3AL 2下限報(bào)警全范圍 測(cè)量值小于下限報(bào)警燈亮 同時(shí)無(wú)觸點(diǎn)輸出 XMT 例外 隨機(jī) 4P比例帶0 200 0 時(shí)位式控制4 5Ti積分時(shí)間1 3600STi 0 時(shí)切除積分作用250 6Td微分時(shí)間1 3600STd 0 時(shí)切除微分作用50 7t控制周期1 200S 用繼電器時(shí)應(yīng)大于等于 20S 用固態(tài)繼電器說(shuō)應(yīng) 等于 2S 20 8Lock電子鎖0 2 0 所有參數(shù)均可以修改 1 所有參數(shù)均不可修改 2 只有設(shè)定值可以修改 0 9A 自動(dòng)整定參 數(shù) ON OFFON 開(kāi)啟自整定功能 OFF 關(guān)閉自整定功能OFF 儀表操作 1 將 K 型熱電偶接入主機(jī)箱面板溫度控制中的 Ei 標(biāo)準(zhǔn)值插孔中 合 上熱源開(kāi)關(guān) 儀表將首先開(kāi)始按 A B C 程序自檢 A 所有數(shù)碼管筆畫(huà)及所有指示燈全部點(diǎn)亮 用來(lái)檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)是否正常 此時(shí) 如發(fā)現(xiàn)有不能點(diǎn)亮的發(fā)光件 請(qǐng)停止使用該儀表送修 此過(guò)程只持續(xù) 0 2S B PV 窗口 即上排顯示窗口 顯示 TYPE SV 窗口 即下排顯示窗口 顯 示儀表目前所應(yīng)配輸入類型 此過(guò)程持續(xù) 2S C 顯示儀表的控制范圍 SV 窗口顯示下限測(cè)量控制值 PV 窗口顯示上限控制 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 50 值 設(shè)定比例帶時(shí)就是根據(jù)此范圍來(lái)取得比例系數(shù)的 例如 PV 窗口顯示 100 SV 窗口顯示 50 則范圍為 150 此過(guò)程持續(xù) 2S 2 儀表進(jìn)行完以上三步自檢后 即投入正常測(cè)控狀態(tài) 上排 PV 窗口顯示測(cè)量 值 下排 SV 窗口顯示設(shè)定值 3 要想修改設(shè)定值時(shí) 請(qǐng)?jiān)谡５娘@示方式下 按一下 SET 鍵 PV 窗口顯示 SP SV 窗口顯示已設(shè)置的值 此時(shí)按 鍵向上調(diào)節(jié)設(shè)定值 按 鍵向下調(diào)節(jié)設(shè)定值 長(zhǎng)時(shí)間 按住 鍵或 鍵可實(shí)現(xiàn)連續(xù)快加或快減 按 SET 鍵來(lái)完成確認(rèn)修改 在不按任何鍵的 狀態(tài)下自動(dòng)退回到正常顯示狀態(tài) 儀表承認(rèn)修改 4 要想修改 SP 以外的參數(shù)值 請(qǐng)?jiān)谡ｏ@示方式下 按住 SET 鍵 3 秒以上 即可 進(jìn)入內(nèi)部參數(shù)設(shè)定 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)需要設(shè)置不同的參數(shù)值 特別是 Pb Ti Td t 四項(xiàng) 應(yīng)請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員設(shè)定 當(dāng)然也可以通過(guò)打開(kāi)自整定參數(shù)功能 來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)和自動(dòng)整定 5 AT 值的默認(rèn)值為 OFF 將其設(shè)置成 ON 后 面板上的 AT 指示燈亮 儀表按照 普通的二位式調(diào)節(jié)儀表來(lái)控制系統(tǒng) 經(jīng)過(guò)上下 3 個(gè)振蕩周期后 將會(huì)得出系統(tǒng)設(shè)定 點(diǎn)的最佳 PID 參數(shù)值 并永久保存 除非用戶自行更改 或重新啟動(dòng)自整定功能而 使其改變 啟用自整定時(shí) 應(yīng)盡量避免引入任何的干擾信號(hào) 否則將可能導(dǎo)致得出 不正確的參數(shù) 破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行 注意 開(kāi)啟自整定功能前請(qǐng)先確定設(shè)定值 自整定的參數(shù)只對(duì)應(yīng)設(shè)定點(diǎn)在該系統(tǒng)的相對(duì)參數(shù) 五 實(shí)驗(yàn)步驟 1 根據(jù)圖 12 1 接線 將光纖探頭安裝在溫度傳感器光纖支架上 調(diào)節(jié)反射 面 松開(kāi)反射面上的固定螺釘 與光纖探頭端面相距 1mm 左右 目測(cè) 把光纖的兩個(gè)頭插入光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械墓怆娮儞Q座的兩個(gè)園孔中 在加熱器外罩頂部小園孔中安裝好 K 型熱電偶 將溫度傳感實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械?CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 51 三芯插座與主機(jī)箱溫控儀中的加熱 220V 二芯插座 用專用電源線連接 將溫度傳感實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械募訜崛静遄吷系募t色和黑色插孔分別與主機(jī) 箱溫控儀中的冷卻風(fēng)扇 12V 的 插孔相應(yīng)連接 將光纖實(shí)驗(yàn)?zāi)?板 15V 紅 藍(lán) 黑 與主機(jī)箱穩(wěn)壓電源 15V 相連接 光 纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?V01和 插孔與主機(jī)箱電壓表 2V 檔 的輸入 插孔相連 圖 12 1 光纖溫度接線圖 2 打開(kāi)主機(jī)箱電源 調(diào)節(jié)光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯?RW的電位器 使主機(jī)箱上 的電壓表顯示為 0 室溫時(shí) 顯示 0V 關(guān)閉主機(jī)箱電源 CSY 2000G 實(shí)驗(yàn)指南 52 3 將溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳霞訜崞黜敳康臒犭娕家€ 注意極性 引入溫控 儀 Ei 傳感器輸入端 黃 藍(lán) 打開(kāi)主機(jī)箱電源 再打開(kāi)溫控 儀電源開(kāi)關(guān) 參照以上溫度控制儀說(shuō)明 設(shè)置溫控儀的控制溫度 即起始 實(shí)驗(yàn)溫度點(diǎn) 室溫 實(shí)驗(yàn)溫度 80 溫度從 40 開(kāi)始 儀表每隔 5 重復(fù)設(shè)置溫控儀 t5 當(dāng)溫度加熱與冷卻平衡