周鑫1142032033光電傳感器實驗論文

1、DH-SJ3光電傳感器物理設(shè)計性實驗周鑫（1142032033）學院：化學學院郵箱：zhouxin735914331摘要：光電傳感器在生活中有非常廣泛的應(yīng)用，在社會中發(fā)揮越來越重要的作用。通過測量光敏電阻、光敏二極管、硅光電池、光敏三極管的基本特性，伏安特性曲線和光照特性曲線，從而了解其作用以及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：光電傳感器、伏安特性、光照特性。· DH-SJ3 Photoelectric Sensor（Chemistry Academy ,Zhou Xin，1142032033T）Abstract：Photoelectric sensors have a very wide rang

2、e applications in the life，and they playa more and more important role In society. By measuring the basic characteristics and I-V characteristics and photosensitivecharacteristics of photoresistance、photosensitive diode、silicon photoelectric generator and photistor,then we can know the abilities and

3、 the perspectiveof Photoelectric Sensor.Key Words: photoresistance 、photosensitive diode、silicon photoelectric generator、photistor引言：光敏傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，也稱為光電式傳感器，它可用于檢測直接引起光強度變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態(tài)識別等。光敏傳感器具有非；接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點。光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)

4、，即光敏材料的電學特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。外光電效應(yīng)是指在光照射下，電子逸出物體表面的外發(fā)射的現(xiàn)象，也稱光電發(fā)射效應(yīng)，基于這種效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)是指入射的光強改變物質(zhì)導電率的物理現(xiàn)象，稱為光電導效應(yīng)。光敏傳感器的基本特性及實驗原理1、伏安特性光敏傳感器在一定的入射光強照度下，光敏元件的電流I與所加電壓U之間的關(guān)系稱為光敏器件的伏安特性。改變照度則可以得到一組伏安特性曲線，它是傳感器應(yīng)用設(shè)計時選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。2、光照特性光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強之間的關(guān)系稱為光照特性，有時光敏傳感器的輸出電壓或電流與

5、入射光強之間的關(guān)系也稱為光照特性，它也是光敏傳感器應(yīng)用設(shè)計時選擇參數(shù)的重要依據(jù)之一。三、實驗儀器DH-SJ3光電傳感器設(shè)計實驗儀由下列部分組成：光敏電阻板、硅光電池板、光敏二極管板、光敏三極管板、紅光發(fā)射管LED3、接受管（包括PHD 101光電二極管和PHT 101光電三極管）、2.2和2光纖、光纖座、測試架、DH-VC3直流恒壓源、九孔板、萬用表、電阻元件盒以及轉(zhuǎn)接盒等組成。實驗時，測試架中的光源電源插孔以及傳感器插孔均通過轉(zhuǎn)接盒與九孔板相連，其它連接都在九孔板中實現(xiàn)；測試架中可以更換傳感器板。圖9DH-VC3直流恒壓源面板圖圖10-1轉(zhuǎn)接盒圖10-2發(fā)射管圖10-3 接收管 圖10-4

6、接收管 圖10-5 電阻盒1k 圖10-6 電阻盒1k 圖10-7 電阻盒470 圖10-8 電阻盒10圖10-9 電阻盒4.7K圖10-10 電阻盒47圖10-11 電容盒1uF圖10-18 光敏電阻板圖10-19硅光電池板圖10-20光敏二極管板圖10-21光敏三極管板圖10-22 九孔板圖10 實驗元件圖圖11測試架圖20 光電傳感器更換示意圖四、實驗內(nèi)容1.1、光敏電阻伏安特性測試實驗（1）按原理圖12接好實驗線路，將光源用的標準鎢絲燈和光敏電阻板置測試架中，電阻盒以及轉(zhuǎn)接盒插在九孔板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供。（2）通過改變光源電壓或調(diào)節(jié)光源到光敏電阻之間的距離以提供一定的

7、光強，每次在一定的光照條件下，測出加在光敏電阻上電壓U為+2V、+ 4V、+6V、+8V、+10V時5個光電流數(shù)據(jù)，即,同時算出此時光敏電阻的阻值。Iph/mAU/V24681012光強Lux5436.70.0360.7342.2403.8815.2606.3521883.80.0140.3501.2502.4433.6034.6641144.60.0100.2560.9491.9372.9663.965820.30.0080.2040.7961.6772.6293.593629.50.0050.1750.6911.4372.3393.236UP/VU/V24681012光強Lux5436.7

8、1.6363.2663.7604.1194.7405.6481883.81.9863.6504.7505.5576.3977.3361144.61.9903.7445.0516.0637.0348.035820.31.9923.7965.2046.3337.3718.407629.51.9953.8255.3096.5637.6618.674.2、光敏電阻的光照特性測試實驗（1）按原理圖12接好實驗線路，將光源用標準鎢絲燈和檢測用光敏電阻置測試架中，電阻盒以及轉(zhuǎn)接盒插在九孔板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供。（2）從U=0開始到U =12V，每次在一定的外加電壓下測出光敏電阻在相對光照強度

9、從“弱光”到逐步增強的光電流數(shù)據(jù)，即：，同時算出此時光敏電阻的阻值，即：。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一組光照特性曲線。U/V24681012L/cmUR/V5cm0.0360.7342.2403.8815.2606.35210cm0.0140.3501.2502.4433.6034.66415cm0.0100.2560.9491.9372.9663.96520cm0.0080.2040.7961.6772.6293.59525cm0.0050.1750.6911.4672.3393.236表1-3距離-電壓光強LuxU/V246810125436.70.0360.7342.2403.88

10、15.2606.3521883.80.0140.3501.2502.4433.6034.6641144.60.0100.2560.9491.9372.9663.965820.30.0080.2040.7961.6772.6293.593629.50.0050.1750.6911.4372.3393.236表1-4光強電流圖2光敏電阻的一組光照特性曲線2、硅光電池的特性實驗2.1、硅光電池的伏安特性實驗（1）將硅光電池板置測試架中、電阻盒置于九孔插板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供。按圖13連接好實驗線路，開關(guān)K指向“1”時，電壓表測量開路電壓Uoc，開關(guān)指向“2”時，電壓表測量R電壓UR。

11、光源用鎢絲燈，光源電壓012V（可調(diào)），串接好可調(diào)電阻RX（010000可調(diào)）。（2）先將可調(diào)光源調(diào)至相對光強為“弱光”位置，每次在一定的照度下，測出硅光電池的光電流Iph與光電壓USC在不同的負載條件下的關(guān)系（010000）數(shù)據(jù)，其中。(10.00為取樣電阻R），以后逐步調(diào)大相對光強（56次），重復上述實驗。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出硅光電池的一組伏安特性曲線。圖13硅光電池特性測試電路光強Lux電壓/V246810125436.70.2830.3780.4140.4360.4500.4621883.80.2180.3430.3840.4080.4250.4381144.60.1650.3300

12、.3710.3960.4130.427820.30.1520.3140.3580.3860.4050.417629.50.1190.2980.3480.3760.3940.408表2-1光強-開路電壓光強電壓246810125436.70.0010.0290.1130.2720.4590.6331883.80.0000.0090.0370.0920.1750.2901144.60.0000.0050.0230.0580.1090.184820.30.0000.0030.0150.0380.0730.123629.50.0000.0020.0110.0280.0530.089 表2-2光強-電流

13、圖2-1硅光電池伏安特性曲線2.2、硅光電池的光照度特性實驗（1）實驗線路見圖13，電阻箱調(diào)到0。（2）先將可調(diào)光源調(diào)至相對光強為“弱光”位置，每次在一定的照度下，測出硅光電池的開路電壓Uoc和短路電流IS，其中短路電流為（取樣電阻R為10.00），以后逐步調(diào)大相對光強（56次），重復上述實驗。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出硅光電池的光照特性曲線。U=12V時光強Luc5436.71883.81144.6820.3629.5Uoc/V0.4620.4380.4270.4170.408Isc/mA0.6330.2900.1840.1230.089當U=10V時光強Lux2688.9931.7566.14

14、05.7311.3Uoc/V0.4500.4250.4130.4050.394Is/mA0.4590.1750.1090.0730.053當U=8V時光強Lux1099380.8231.4165.8127.3Uoc/V0.4360.4080.3960.3860.376Is/mA0.2730.0920.0580.0380.028圖2-2硅光電池電流光照特性曲線圖2-3硅光電池電壓光照特性曲線3、光敏二極管的特性實驗3.1、光敏二極管伏安特性實驗圖14 光敏二極管特性測試電路（1）按原理圖14接好實驗線路，將光敏二極管板置測試架中、電阻盒置于九孔插板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供，光源電壓0

15、12V（可調(diào)）。（2）先將可調(diào)光源調(diào)至相對光強為“弱光”位置，每次在一定的照度下，測出加在光敏二極管上的反偏電壓與產(chǎn)生的光電流的關(guān)系數(shù)據(jù)，其中光電流：(l.00K為取樣電阻R），以后逐步調(diào)大相對光強（56次），重復上述實驗。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏二極管的一組伏安特性曲線。U/V24681012光強UR/V5436.74.2084.2154.2374.2764.3654.4391883.84.2184.2284.2424.2604.2734.2921144.64.1864.1884.1954.2084.2424.251820.34.1924.1974.2054.2154.2254.23762

16、9.54.1774.1824.1904.2014.2134.228表3-1光強-電壓U/V24681012光強U反5436.711.95511.95311.94611.93411.91511.8861883.811.95511.95411.95011.94511.93211.9071144.611.95511.95411.95111.94411.93411.921820.311.95511.95411.95111.94411.93411.920629.511.95511.95411.95111.94611.93711.925表3-2光強-U反圖3-1光敏二極管伏安特性曲線3.2、光敏二極管的光

17、照度特性實驗（1）按原理圖14接好實驗線路。（2）反偏壓從U=0開始到U=+l2V，每次在一定的反偏電壓下測出光敏二極管在相對光照度為“弱光”到逐步增強的光電流數(shù)據(jù)，其中光電流(l.00K為取樣電阻R）。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏二極管的一組光照特性曲線。表3-3光強-電流U/V24681012光強Iph/mA5436.74.2084.2154.2374.2764.3654.4391883.84.2184.2284.2424.2604.2734.2921144.64.1864.1884.1954.2084.2424.251820.34.1924.1974.2054.2154.2254.2376

18、29.54.1774.1824.1904.2014.2134.228圖3-2光敏二極管光照特性曲線4、光敏三極管特性實驗4.1、光敏三極管的伏安特性實驗圖15光敏三極管特性測試實驗（1）按原理圖15接好實驗線路，將光敏三極管板置測試架中、電阻盒置于九孔插板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供，光源電壓012V（可調(diào)）。（2）先將可調(diào)光源調(diào)至相對光強為“弱光”位置，每次在一定光照條件下，測出加在光敏三極管的偏置電壓UCE與產(chǎn)生的光電流IC的關(guān)系數(shù)據(jù)。其中光電流(l.00K為取樣電阻R）。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏三極管的一組伏安特性曲線。U/V24681012光強UR/V5436.71.3443

19、.2605.2107.1969.15911.1991883.81.3443.2615.2127.2019.16411.2051144.61.3453.2625.2127.1989.16211.206820.31.3453.2615.2117.1979.15911.199629.51.3433.2575.2067.1939.15411.197表4-2光敏三極管光強-UrU/V24681012光強UCE/V5436.70.6530.7450.7960.8320.8600.8851883.80.6580.7510.8020.8380.8660.8911144.60.6580.7510.8020.83

20、70.8640.887820.30.6580.7500.8000.8350.8610.885629.50.6600.7530.8040.8400.8680.891表4-2光敏三極管光強- UCE圖4-1光敏三極管伏安特性曲線4.2、光敏三極管的光照度特性實驗（1）實驗線路如圖15所示。（2）偏置電壓UC：從0開始到+12V，每次在一定的偏置電壓下測出光敏三極管在相對光照度為“弱光”到逐步增強的光電流IC的數(shù)據(jù)，其中光電流(l.00K為取樣電阻R)。（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏三極管的一組光照特性曲線。U/V24681012光強Iph/mA5436.71.3443.2605.2107.1969.1

21、5911.1991883.81.3443.2615.2127.2019.16411.2051144.61.3453.2625.2127.1989.16211.206820.31.3453.2615.2117.1979.15911.199629.51.3433.2575.2067.1939.15411.197表4-3光強-電流圖4-2光敏三極管光照特性曲線總結(jié)光電傳感器的前景隨著社會科技的不斷發(fā)展進步，傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛，對傳感器的要求也越來越高。為了跟進科技的發(fā)展，光電傳感器在未來將會越來越小型化、智能化、系統(tǒng)化，其技術(shù)也將會在敏感元件和抗干擾技術(shù)上得到不斷地擴展和提升，如通過尋找新材料

22、（復合材料、人工合成材料），提升新技術(shù)（在抗干擾方面，可以選擇新的補償和修正技術(shù)、開發(fā)仿生傳感器從而提高光電傳感器的抗干擾性能）。在人們的不斷努力下，近年來新的光敏器件不斷涌現(xiàn)，如：具有高速響應(yīng)和放大功能的 APD 雪崩式光電二極管，半導體光敏傳感器、光電閘流晶體管、光導攝像管、CCD 圖像傳感器等，為光電傳感器的應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。另外，在其他傳感器領(lǐng)域也將會不斷推出新的產(chǎn)品與技術(shù)，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器、金屬氧化傳感器等的開發(fā)，技術(shù)之間的相互融合、相互結(jié)合，將會進一步的刺激光電傳感器的發(fā)展。光電傳感器的智能化將會極大地豐富人們的生活，智能光電傳感器的功能有自補償功能、自校準

23、功能、自診斷功能、數(shù)值處理功能、雙向通信功能、信息儲存與記憶功能、數(shù)子量輸出功能，隨著科技的進步，智能光電傳感器糅合其他技術(shù)利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)使傳感器具有更高級的智能，就能真正的實現(xiàn)其分析、判斷、自適應(yīng)、自學習的功能、可以完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復雜任務(wù)，而真正的應(yīng)用于人們、服務(wù)與人類。光電傳感器的不斷發(fā)展將會帶動各個技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與進步，并將為其他技術(shù)領(lǐng)域的新發(fā)展、新進步帶來新的動力，為人類社會增光添彩。不同種類光電傳感器的應(yīng)用方向（1）光敏電阻，其導電率隨著光照的影響而改變，因它制作成的電阻有靈敏度高、體積小、重量輕、電性能穩(wěn)定、可以交直流兩用，而且工藝簡單，

24、價格便宜等優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用在照相機日光控制、光電自動控制光電耦合、光電自動檢測、電子光控玩具、自動燈開關(guān)及各類光波段光電控制測量場合。（2）光敏二極管與光敏三極管屬于光學傳感器，有靈敏度高、高頻性好、可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點?？捎糜诠庑盘柗糯笮盘?、光控開關(guān)電路、紅外檢測器、煙塵濁度檢測儀、煙霧報警裝置等方面，光敏二極管與光敏三極管組成的光學陣列可用于水硬度的檢測，克服了用化學方法測量水硬度時，費時、難實時測量、只能單一測量的難題。它可以簡單快速地綜合測定，并且實現(xiàn)了智能化。（3）硅光電池能直接把光能轉(zhuǎn)化成電能，目前在光電檢測、自動控制、光通信、航天器、太陽能電池等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其分為晶體硅光電池、非晶硅光電池、多晶硅光電池等。由于人們環(huán)保意識的增強，可再生資源的減少，在未來的世界中硅光電池將會為人們提供大部分的能源。因此硅光電池將會得到更廣泛的應(yīng)用。（4）其他方面，如溫度測量、轉(zhuǎn)速測量、顏色檢測、自動計數(shù)等五、思考題1、驗證光照強度與距離的平方成反比（把實驗裝置近似為點光源）。答：電壓一定時，測量出不同距離d下的光照強度Ec，改變電壓，再次測量幾組數(shù)據(jù)，令Ki=Eci*(di)2，如果Ki的值相近，則光照強度與距離的平方成反比。2、當光敏電阻所受光強發(fā)生改變時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時，光電流也不立刻為零，這說明光敏電阻有延時特性。試研究這