光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

東華理工大學(xué)核工程技術(shù)學(xué)院測(cè)控技術(shù)及儀器一、試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^試驗(yàn)是學(xué)生對(duì)光源，光源分光原理、光的不同波長等根底概念有具體生疏。二、根本原理〔白熾燈〕光譜為連續(xù)〔白熾燈的另〕光譜。利用分光三棱鏡后，可以供給紅色，黃色，綠色，藍(lán)色等多種波長的光輻射。激光光源是半導(dǎo)體激光器，放射出波長為630納米的紅色光〔激光特性：123。相干性等。三、用器件與單元主機(jī)、一般光源、分光裝置〔三棱鏡、半導(dǎo)體激光器。四、試驗(yàn)步驟依據(jù)圖1-1進(jìn)展組裝和接線，用試驗(yàn)線將主機(jī)中AC12V溝通電源輸出與一般光源相連接。合上主機(jī)的總開關(guān)。松開1-1中光源或三棱鏡的升降固定螺絲，調(diào)整高度使光束對(duì)準(zhǔn)三棱鏡，〔光面〕的棱在前面。然后調(diào)整渦桿角〔狹縫端蓋〕上消滅清楚的光譜。假設(shè)不清楚可略微旋轉(zhuǎn)光源罩〔燈和松開升降桿固定螺絲轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度〔光束方向〕使光束丟準(zhǔn)三棱鏡的工作面〔要點(diǎn)：光束對(duì)準(zhǔn)棱鏡工作面、燈絲方向。1-1中的一般光源取下，換上半導(dǎo)體激光源，降級(jí)象〔單色性。五、思考題解釋試驗(yàn)現(xiàn)象。半導(dǎo)體激光器的特性有哪些？半導(dǎo)體激光器的放射角一般為5o～10o，你如何利用試驗(yàn)裝置和直尺完成最簡(jiǎn)潔的發(fā)散角測(cè)量試驗(yàn)方法。接主機(jī)接主機(jī)V前端蓋狹縫端蓋后端蓋光源罩三棱鏡遮光筒光敏元件渦輪后端蓋升降固定螺釘桿座蝸桿主機(jī)光敏元件性能試驗(yàn)升降固定螺釘1-1分光試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷綦娮璧墓庹仗匦?、光譜特性和伏安特性等根本特性。二、根本原理特性與入射光強(qiáng)、波長和外加電壓有關(guān)。三、需用器件與單元主機(jī)、安裝架、發(fā)光二極管光源、光敏電阻探頭、光照度計(jì)及探頭、分光裝置。四、試驗(yàn)步驟亮電阻和暗電阻測(cè)量2－1是光敏電阻試驗(yàn)原理圖2-1光敏器件試驗(yàn)原理圖按圖2－2光照度試驗(yàn)安裝接線。將照度計(jì)探頭與主機(jī)小面板上照度計(jì)顯示表順時(shí)針漸漸調(diào)整0～20mA可調(diào)整電流源旋紐，使照度計(jì)顯示為100Lx。撤下照度計(jì)探頭，換上光敏電阻探頭及電路〔圖2-。順時(shí)針漸漸調(diào)整0~5V可調(diào)整電源，使電壓表顯示5V〔如調(diào)不到5V則Ｖcc改接0~15V可調(diào)整電壓。2-2光敏元件性能試驗(yàn)接線圖在光敏電阻與電源之間用遮光筒連接，10〔量程為20V檔〕的值分別為亮電壓U

和亮電流I 。亮 亮表〔量程為20V檔〕和電流表〔量程為20uA檔〕的值分別為暗電壓U6〕依據(jù)以下公式，計(jì)算亮阻和暗阻

和暗電流I 。暗 暗R ＝U ／I亮 亮

； R ＝U ／I暗 暗 暗7〕光敏電阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻；在不同的工作電壓下有不同的亮阻和暗阻。光照特性測(cè)量當(dāng)光敏電阻的工作電壓〔Vcc〕為+5V時(shí)，光敏電阻的電流隨光照強(qiáng)度的變化而變〔試驗(yàn)方法同以上試驗(yàn)，照度計(jì)探頭和光敏電阻探頭交替使用，測(cè)得數(shù)據(jù)填入表2-，并作出光I－Lx曲線圖。(Lx)20(Lx)20406080100120140160180mA2-3光敏電阻光照特性試驗(yàn)曲線伏安特性測(cè)量50Lx100Lx150Lx2-2轉(zhuǎn)變光敏電阻的工作電壓值ΔU=0.5V〔由電壓表檢測(cè)，測(cè)得不同光照條件下流過光敏電阻的電流值，將數(shù)據(jù)填入表2-做不同照度下的三條伏安特性曲線。2-2〔mV〕00.511.522.533.544.5550電流(mA)照度〔Lx〕100電流(mA)150電流(mA)2-4光敏電阻伏安特性光譜特性測(cè)量1-1〔Vcc5V電壓源2-3。光敏電阻光敏電阻GL-5528顏色波長〔nm〕電流紅630-760橙590-630黃560-590綠500-560青470-500藍(lán)430-470紫380-430五、思考題：為什么測(cè)光敏電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過10秒鐘后讀數(shù)，這是光明電阻的缺點(diǎn)，只能應(yīng)用于什么狀態(tài)？試驗(yàn)三光敏二極管的特性試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷舳O管工作原理及光生伏特效應(yīng)二、根本原理：當(dāng)入射光子在本征半導(dǎo)體的p-n結(jié)及其四周產(chǎn)生電子-nnp端便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這稱為光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)。光敏二極管基于這一原理。假設(shè)在外電路中把p-n短接，就產(chǎn)生反向的短路電流。光照時(shí)反向電流會(huì)增加，并且光電流和照耀強(qiáng)度成線性關(guān)系。三、需用器件與單元：主機(jī)、安裝架、光敏二極管探頭、光源、光照度計(jì)及探頭、分光裝置。四、試驗(yàn)步驟：光照特性的測(cè)試2-2安裝接線〔留意接線孔的位置相對(duì)應(yīng)電流。時(shí)針方向漸漸旋到底〔5，將0~2mA可調(diào)電流源調(diào)整旋鈕逆時(shí)針方向漸漸旋到底，讀取主機(jī)上電流表〔20uA檔〕0uA，一0.1uA，暗電流越小越好。2〕光電流測(cè)試：a．關(guān)閉主機(jī)總電源，撤下光敏二極管探頭，換上光照度針探頭。．翻開主機(jī)電源，順時(shí)針方向漸漸地調(diào)整0~20mA可調(diào)電流源〔光源100Lx。100Lx5V下的光電流。b、c3-1I-Lx曲線。Lx5Lx51015………………..707580I〔mA〕3-1光敏二極管光照特性光譜特性測(cè)試試驗(yàn)方法與光敏電阻的光譜特性試驗(yàn)方法一樣。將數(shù)據(jù)填入表3-2。3-2光敏二極管光敏二極管2CU2B顏色波長〔nm〕電流紅630~760橙590~630黃560~590綠500~560青470~500藍(lán)430~470紫380~43試驗(yàn)四 光敏二極管特性試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷舳O管構(gòu)造、性能和V-I特性。二、根本原理Ge或Si單晶體制造NPN或PNP型光敏三極管。其構(gòu)造使用電路及等效電路如圖4-1所示(a)光敏三極管構(gòu)造 (b)使用電路 (c)等效電路4-1光敏三極管構(gòu)造及等效電路-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)把握作光源開關(guān)應(yīng)用。三、需用器件與單元主機(jī)、光敏三極管、光源、照度計(jì)及探頭、分光裝置四、試驗(yàn)步驟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)。2-2中的光敏元件換成光敏三極管，按圖接線〔留意接線孔顏色相對(duì)應(yīng)AmA20V檔。首先緩慢調(diào)整0～20mA〔光源電壓〔2、4、68L0-5V電源轉(zhuǎn)變光敏三極管的電壓，測(cè)量光敏三極管的輸出電流和電壓。填入表4-1～表4-4，并作出確定光照度下的光敏三極管的伏安特性曲線〔可多做幾組族線〕U〔V〕100.51.0U〔V〕100.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1表4-2 在4Lx照度下UU〔V〕100.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1U〔V〕100.51.0U〔V〕100.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1表4-4 在8Lx照度下UU〔V〕 010.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1圖4-2 光敏三極管伏安特性試驗(yàn)曲線光敏三極管的光照特性測(cè)量4-5，I-Lx特性曲線。Lx5Lx5101520253035405060I(mA)4-3光敏三極管光照特性試驗(yàn)曲線光敏三極管的響應(yīng)波長〔光譜特性〕〔光譜特性〕的試驗(yàn)方法參照光敏電阻的光譜特性試驗(yàn)。將4－6，并作出光譜特性曲線。光敏三極管3DU33電流4光敏三極管3DU33電流顏色波長〔nm〕紅630-760橙590-630黃560-590綠500-560青470-500藍(lán)430-470紫380-430五、思考題光敏二極管、光敏三極管的應(yīng)用場(chǎng)合？試驗(yàn)五光電池試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私夤怆姵氐墓庹仗匦裕杵鋺?yīng)用。二、根本原理p-n結(jié)的p-n三、需用器件與單元主機(jī)，安裝架，發(fā)光二極管光源，照度計(jì)及探頭，硅光電池四、試驗(yàn)步驟1．光照特性〔開路電壓、短路電流〕光電池在不同的照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光電動(dòng)勢(shì)。它們之間的關(guān)系就是5-1安裝接線〔留意接線孔的顏色相對(duì)應(yīng)，試驗(yàn)時(shí)，為了得到光電池接入電路來測(cè)量數(shù)據(jù)。5-1硅光電池性能試驗(yàn)接線圖0Lx、5Lx、10Lx……時(shí)測(cè)量得到的開路電壓〔留意為得到開路電壓和短路電流不能同時(shí)測(cè)量電壓和電流〕填入表5-1，并作出曲線圖。強(qiáng)度(Lx)0強(qiáng)度(Lx)051015………95100〔mA〕〔mV〕圖5-2 硅光電池開路電壓短路電流試驗(yàn)〔透射式〕一、試驗(yàn)?zāi)康牧私馔干涫诫婇_關(guān)組成原理及應(yīng)用二、根本原理種特性可制成光電開關(guān)來測(cè)速、計(jì)數(shù)、把握等。三、需用器件與單元主機(jī)、光耦、電機(jī)、示波器〔自備。四、試驗(yàn)步驟將主機(jī)的大面板上的光電轉(zhuǎn)速與光電轉(zhuǎn)速試驗(yàn)塊相連接〔插孔顏色相對(duì)把VO輸出與示波器相連。引入5V電源到光電轉(zhuǎn)速試驗(yàn)?zāi)K。將0—12V電壓源引到電機(jī)電源上。0—12V波器的顯示。一、試驗(yàn)?zāi)康牧私鉄後岆娂t外傳感器的原理及性能二、根本原理熱釋電紅外傳感器的主要由濾光片、PZTFET及電阻、光片對(duì)5um接收道紅外能量信號(hào)后實(shí)現(xiàn)了“熱－電”的轉(zhuǎn)變，就有電壓信號(hào)輸出。三、需用器件與單元：主機(jī)、紅外熱釋電四、試驗(yàn)步驟按圖片7-1接線；將紅外熱釋電探頭的三個(gè)插孔相應(yīng)地連到試驗(yàn)?zāi)０鍩後岆娂t外探頭的輸入端口上〔S。翻開主機(jī)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)路，使指示燈點(diǎn)亮。觀看這個(gè)現(xiàn)象過程。圖7-1 紅外熱釋電試驗(yàn)接線圖一、試驗(yàn)?zāi)康牧私夤庹{(diào)制解調(diào)的原理。二、根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?！踩鐢?shù)字信號(hào)〕的歸律變化，那么該光束就受到了調(diào)制，到達(dá)“運(yùn)載”信息的目的。用的是脈沖電光調(diào)制。三、需用器件與單元主機(jī)、紅外放射管、光敏三極管四、試驗(yàn)步驟8-1接線：在光脈沖調(diào)制試驗(yàn)中，將紅外放射二極管探頭的兩個(gè)插孔與輸入口相連，再引入工作電源。8-1光脈沖調(diào)制試驗(yàn)翻開主機(jī)電源，將兩個(gè)探頭〔放射和接收探頭〕對(duì)準(zhǔn)，可以看到試驗(yàn)?zāi)０迳系陌l(fā)光。一、試驗(yàn)?zāi)康腜SD光電位置敏感器件的原理與其在激光定位中的應(yīng)用。二、根本原理9-1所示，外表層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0和PSDI0和

，光生電流就就流向兩1和I1和

=I+I1

。而I I0122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。假設(shè)PSD外表分流層的PDS可簡(jiǎn)化為圖9-2R1R2為入射光點(diǎn)位R1、R2正于光點(diǎn)到兩個(gè)輸出電極的距離。01229－19－212由于 I/I=R2/R1=〔L-X〕/〔L+X〕12I=I+I0 1 21所以可得 I1I2

=I〔L-X/2L〕00=I〔L+X/2L〕00〔X= I〔2

-I/I L〕1 0〕02成1當(dāng)入射光恒定的時(shí)候，I恒定，則入射光點(diǎn)與PDS中間零位移點(diǎn)距離X與I-I02成1位置，從而實(shí)現(xiàn)激光定位。三、需用器件與單元主機(jī)、半導(dǎo)體激光器、PSD傳感器四、試驗(yàn)步驟Vr，另外兩個(gè)O1可以任憑接。在電路圖中，VO1

Vi Vo、3 2、

Vi Vo、5 、

接小面板的電壓表〔量程選擇接接20。接接圖9-3 激光定位試驗(yàn)接線圖開主機(jī)電源，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)5〔可以大于5〔Rw2PSD的其中一端點(diǎn)上。向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭使光點(diǎn)向PSD另一端位移，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm記錄一個(gè)數(shù)據(jù)填入10-1。重復(fù)三次，取三次數(shù)據(jù)的平均值，作出電壓與激光點(diǎn)的位移特性。位移量〔mm〕位移量〔mm〕〔V〕9-1所列的數(shù)據(jù)，作出激光點(diǎn)位移與輸出電壓的函數(shù)關(guān)系：X=f(U)。依據(jù)X=f(U)X=2mmU的計(jì)算值。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，使輸出電X”δ=〔X-X”〕/X，此時(shí)激光定位的精度誤差。五、思考題入射光點(diǎn)大小對(duì)測(cè)量有什么影響？使用在什么量程范圍好？光纖位移傳感器一、試驗(yàn)?zāi)康牧私夤饫w位移傳感器的工作原理和性能二、根本原理本試驗(yàn)承受傳光型光纖，它由兩束光纖混合后組成Y型光纖，半圓分布即雙D型合后的端部是工作斷亦稱探頭，它與被測(cè)體相距X，由光源發(fā)出的光傳到端部出射后在X有關(guān)，因此可以用于測(cè)量位移。三、需用器件與單元主機(jī)、Y型光纖傳感器、光纖支架及緊固螺釘、測(cè)微頭、反射面四、試驗(yàn)步驟依據(jù)1