華中科技大學(xué)光電技術(shù)實驗報告

名目試驗一光源根底學(xué)問試驗 0\l“_TOC_250007“試驗二發(fā)光二極管〔光源〕的照度標(biāo)定試驗 4\l“_TOC_250006“試驗三光敏電阻特性試驗 7\l“_TOC_250005“試驗四光敏二極管的特性試驗 12\l“_TOC_250004“試驗五透射式光電開關(guān)試驗 17\l“_TOC_250003“試驗六光敏三極管特性試驗 18\l“_TOC_250002“試驗七硅光電池特性試驗 22\l“_TOC_250001“試驗八紅外反射式光電開關(guān)〔接近開關(guān)〕試驗 24試驗九、光柵位移傳感器性能試驗 26\l“_TOC_250000“試驗十PSD位置傳感器試驗 29(光源和分光試驗)--可編輯-感謝下載支持了解光源、光源分光原理、光的不同波長等根本概念。本試驗中備有白熾光源和半導(dǎo)體激光光源。白熾光源〔白熾燈〕光譜為連續(xù)光譜(白熾燈的另一個特性是燈絲的材料鎢有正阻特性，工作時的熱電阻遠(yuǎn)大于冷態(tài)時的電阻，在燈的)。利用分光三棱鏡可以將白熾燈光源分解出紅色、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660nm的單一紅色光。三棱鏡的分光原理如下：〔1〕三棱鏡外表對光線的折射作用〔白光為各種不同波長的復(fù)合光，從波長為400nm的紫光至760nm的紅光〕，由于三棱鏡對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，因此通過三棱鏡出射時，各色光的偏角也隨之不同，于是白光經(jīng)過三棱鏡折射后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。圖1-1畫出了三棱鏡外表產(chǎn)生折射的狀況。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δ1該光束在B面出射時，又產(chǎn)生一偏角δ2光線經(jīng)二次折射后入射光與出射光產(chǎn)生的偏δ=δ1+δ2對三棱鏡兩個折射面AB導(dǎo)出折射定律為：sinI1=nsinI1” sinI2=nsinI2利用兩式相減，并依據(jù)α=I1”+I2，δ=δ1+δ2=I1-I1”+I2”-I2經(jīng)過具體運算得cos[(α+δ)/2]=ncos(α/2)sin[(I-I2)/2]/sin[(I1-I2)/2]由式可見，光線經(jīng)棱鏡折射后，產(chǎn)生的偏角是光線入射角I1α和折射率n的函數(shù)，對于給定的三棱鏡，α和n為定值，I1而變?？梢姽馔ㄟ^三棱鏡時產(chǎn)生色散現(xiàn)象如圖1-2所示，由于介質(zhì)折射率隨波長的變短而增大，尤其是短波局部，折射率增加的更快。由圖1-2可知紅色光波長長，折射率小，產(chǎn)生較小的偏角，而紫色光波長短，折射率大，產(chǎn)生的偏角也較大，所以可見光經(jīng)三棱鏡折射后，形成一條按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫挨次的連續(xù)光譜。利用濾光片也可以從白光中獵取單色光，常用濾光片有兩類，一類是塑料濾光片，它只能透射某一波長的光，而對其它波長具有吸取作用；另一類是玻璃濾光片，玻璃片上鍍某種顏色〔例如紅色〕的薄膜，利用光的頻率效應(yīng)，它對紅色的光是干預(yù)相長，對其它顏色的光則干預(yù)相消。衡量濾色質(zhì)量優(yōu)劣的是色純度。小穩(wěn)壓電源、安裝架、白熾燈光源、分光裝置(三棱鏡)、半導(dǎo)體激光器。1、首先將主機箱右側(cè)面的開關(guān)關(guān)斷(扒下為關(guān))，將小穩(wěn)壓源插到主機箱左側(cè)面的插座上。裝上光源和三棱鏡部件，按圖1—3示意安裝、接線。檢查接線無誤后翻開主機箱左側(cè)面電源開關(guān)。2、檢查三棱鏡外表，使其清潔，調(diào)整三棱鏡的升降桿使光束對準(zhǔn)三棱鏡，轉(zhuǎn)動三棱鏡座使三棱鏡毛面在下面，二個工作面〔光面〕的棱鏡在前、后面，在試驗架右側(cè)放一張白紙，然后調(diào)整轉(zhuǎn)角手輪使折射的輻射面上消滅清楚的光譜。假設(shè)光譜不清楚可略微旋動光源罩和1—3光源分光色散試驗安裝、接線示意圖松開升降桿緊固螺釘轉(zhuǎn)動一個角度使光束對準(zhǔn)三棱鏡的工作面﹙要點:光束對準(zhǔn)棱鏡工作面﹑燈角度﹑棱鏡角度和白紙角度﹚〔留意：光源長時間點燃時間源罩會有確定溫度，留意〕3400nm濾光鏡放入再輕輕旋上擋環(huán)〔不必要旋緊，以免濾光鏡破損。開啟主機箱左側(cè)電源開關(guān)，觀看棱鏡折射現(xiàn)象。按一樣步驟更換不同波長的濾光鏡重復(fù)試驗，觀看折射現(xiàn)象。4﹑關(guān)閉主機箱左側(cè)電源開關(guān)，將小穩(wěn)壓源拔下。將圖1－3中的白熾燈光源取下，換上導(dǎo)體激光源。5、將〔電機轉(zhuǎn)速2~24V電壓輸出端口接電壓表的輸入端Vi〔調(diào)整時以便觀看電壓大小2～24V旋鈕使電壓在4.5V左右，如圖1－4示意安裝、接線。62操作調(diào)整，觀看現(xiàn)象。1—4激光的單色性試驗接線圖解釋試驗現(xiàn)象答：試驗現(xiàn)象記錄如下光片之后，就只剩下單色光集中在紙上同一片區(qū)域。半導(dǎo)體激光器的特性有哪些？P-I特性、效率特性、溫度特性、光譜特性、頻率特性、激光束空間分布特性等?！补庠础车恼斩葮?biāo)定試驗一、試驗?zāi)康牧私獍l(fā)光二極管的工作原理、光伏效應(yīng)及工作電流與光照度的對應(yīng)關(guān)系。二、根本原理光伏效應(yīng)：當(dāng)入射光子在本征半導(dǎo)體的PN結(jié)及其四周產(chǎn)生電子—空穴對時，光生載流子受耗盡層內(nèi)建電場作用，電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。電子和空穴分別在n區(qū)和p區(qū)積存，兩端便產(chǎn)生電動勢，這稱為光生伏特效應(yīng)。光電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，光照時反向電流會增加，并且光電流和照度根本成線性關(guān)系。半導(dǎo)體發(fā)光二極管〔LightEmittingDiode,簡稱LED〕是由Ⅲ－Ⅳ族化合物，如GaAs〔砷化鎵〕、GaP〔磷化鎵〕、GaAsP〔磷砷化鎵〕等半導(dǎo)體化合物制成的，PN結(jié)，因此它具有一般二極管的正向?qū)ㄒ约胺聪蚪刂埂舸┨匦?。此外，在確定條件下，LED還具有發(fā)光特性，發(fā)光原理如圖2－1所示，當(dāng)加上正向鼓舞電壓或電流時，在外電場作用下，在P－N結(jié)四周產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價帶空穴，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子〔少子〕一局部與多數(shù)載流子〔多子〕復(fù)合而發(fā)光。假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了上述發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心〔這個中心介于導(dǎo)帶、價帶之間〕捕獲，再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，以熱能的形式輻射出來。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子集中區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在距離PN結(jié)數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色由制作二極管的半導(dǎo)體化合物打算。本試驗使用純白高亮發(fā)光二極管。2—1發(fā)光二極管的工作原理三、需用器件與單元主控箱、電流源模板、發(fā)光二極管；照度計模板、照度計探頭、遮光筒。四、試驗步驟12－2配置接線，接線留意＋、－極性。2—2發(fā)光二極管照度標(biāo)定試驗接線圖照度〔Lx〕電流〔mA〕照度〔Lx〕電流〔mA〕照度〔Lx〕電流〔mA〕2、合上主控箱電源，平滑緩慢調(diào)整電流源模板上的電位器，調(diào)整電流源電流大小即發(fā)光二極管的工作電，則光照度為0照度〔Lx〕電流〔mA〕照度〔Lx〕電流〔mA〕照度〔Lx〕電流〔mA〕表2－1010203040506070809010000.521.041.562.062.553.093.604.104.615.131101201301401501601701801902002105.666.176.727.257.828.388.929.339.8710.4510.9922023024025026027028029030011.5612.1212.6713.2513.8014.3614.9615.5516.11〔注：由于發(fā)光二極管〔光源〕離散性較大，每個光源的照度與電流對應(yīng)值是不同的。試驗者必需保存照度－電流對應(yīng)值表，〕3、依據(jù)表2－1畫動身光二極管的照度－電流特性曲線，可以得到靈敏度〔曲線斜率〕和線性關(guān)系。I(mV)0.0535L(Lx0.14320.0535。了解光敏電阻的光照特性、伏安特性以及光譜特性等。在光輻射的作用下，光子在外加電壓的半導(dǎo)體中激發(fā)出光生載流子〔電子和空穴〕，引起半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化，，半導(dǎo)體材料的電阻愈小?；谶@種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強、波長和外加電壓有關(guān)。主控箱、電流源模板、發(fā)光二極管、光電器件試驗〔一〕模板、光敏電阻、20μA~200mA量程可調(diào)電流表。1、亮電阻和暗電阻測量3－1光敏電阻試驗原理圖按圖3－2安裝接線。將電流源模板調(diào)整旋鈕和主控箱電機轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕逆時針平滑旋到最小。翻開主控箱電源，緩慢調(diào)整主控箱的轉(zhuǎn)速調(diào)整(2－24V)電源，使主控電壓表顯示5V。依據(jù)試驗二中的標(biāo)定結(jié)果即照度與電流的對應(yīng)關(guān)系，調(diào)整電流源電流光照度為100Lx時的電流值〔假設(shè)不是同一試驗臺，則首先需測得對應(yīng)光照度為100Lx時的電流值〕，10秒鐘左右后馬上讀取光電器件試驗(一)模板中所接的電流表〔可選擇電流表適宜的檔位20mA檔〕的值(亮電流I)和電壓表的值。〔說明：或參照試驗二操作，使發(fā)光二極管的光照度為100LX?！炒穑毫岭娏鳎?.71mA，電壓：4.92V拆去圖3－2發(fā)光二極管中的其中任意一根引線，10秒鐘左右后馬上讀取光電器件試驗(一)模板中所接的電流表〔可選擇電流表適宜的檔位20μA檔〕的值(暗電流I)和電壓表的值。答：暗電流：0.05uA，電壓：5.02V亮 測 亮 暗 測 依據(jù)以下公式，計算亮阻和暗阻：R =U /I ；R =U /亮 測 亮 暗 測 亮 則R =2.88KR =100.4M亮 2、光照特性測量

圖3－2光敏電阻試驗接線示意圖光照度〔Lx〕光照度〔Lx〕3－1010光照度〔Lx〕光照度〔Lx〕3－1010203040506070809010000.0250.0490.0710.090.1070.1240.1390.1530.1660.1791101201301401501601701801902000.1960.2110.2280.2420.2680.2840.3010.3290.3450.363注：電流源電流依據(jù)試驗一標(biāo)定的結(jié)果。假設(shè)在不同試驗臺上做，則應(yīng)參照圖2－2接線比照度－電流關(guān)系先進(jìn)展標(biāo)定，或參照下面的試驗步驟進(jìn)展。-可編輯-感謝下載支持光敏電阻光照特性試驗曲線步驟：按圖3－2接線。先將主控箱上的轉(zhuǎn)速旋鈕逆時針旋到最小，開主控箱電源，調(diào)整轉(zhuǎn)速旋鈕，5V。按圖2－2接線，調(diào)整電流源上的旋鈕，使照度計顯示為所需的光照度〔如10Lx〕，登記對應(yīng)的電流值〔20μA—200mA量程可調(diào)電流表上顯示的數(shù)值〕。，3－2接線，20μA—200mA量程電流表的數(shù)值3－1的光電流欄里。2、3步，20、30、40。。。2003－1。3、伏安特性測量按圖3－2光敏電阻在確定的光照度下，光電流隨外加電壓的變化而變化，測量時，在給定光照強度〔如：100Lx〕時，光敏電阻輸入可調(diào)電壓測得光敏電阻上的電流填入表3－2，并作出不同照度下的伏安特性曲線。步驟：1〕2－2測量使光照度為20Lx。3－2接線。調(diào)整轉(zhuǎn)速旋鈕使主控箱電壓表顯示為所需的電壓?！?V、4V6V、8V、10V、12V〕20μA—200mA量程電流表上顯示的數(shù)值。1、2、33－2。繪制光敏電阻伏安特性曲線。表3-2光敏電阻24681012照20Lx電流〔mA〕0.0180.0360.0550.0750.0950.11650Lx電流〔mA〕0.160.330.520.700.891.10100Lx電流〔mA〕0.250.510.781.051.341.62-可編輯-感謝下載支持-可編輯-感謝下載支持度〔Lx〕10LxI(mA)0.0098U(V)0.0029，相關(guān)系數(shù)為：0.9997，線性度極好；50LxI(mA)0.0937U(V)0.0393，相關(guān)系數(shù)為：0.9995，線性度極好；100LxI(mA)0.1373U(V)0.036，相關(guān)系數(shù)為：0.9998，線性度極好。4、光譜特性測試光敏電阻對不同波長的光，接收的光靈敏度是不一樣的，這就是光敏電阻的光譜特性。--可編輯-感謝下載支持做光譜特性試驗時需調(diào)光源為一樣照度，光敏電阻在某一固定電壓下〔+5V〕,在同一照度下在不同波長時測量流過光敏電阻的電流值，就可做出其光譜特性曲線試驗數(shù)據(jù)。試驗時參考試驗二步驟先確定發(fā)光二極管的照度為100Lx左右；光敏電阻所加電壓為5V；，得到對應(yīng)波長的光；將所測數(shù)據(jù)填入下表；并畫出光譜特性曲線。3-3：(nm)光敏電阻〔5V、100Lx下的〕電流〔mA〕6600.896000.855601.055300.774700.384000.0131敏電阻對中間波長〔綠光〕的響應(yīng)就大一些，這是電阻本身特性所打算的。試驗四光敏二極管的特性試驗一、試驗?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PN結(jié)及其四周產(chǎn)生電子—空穴對時，光生載流子受耗盡層內(nèi)建電場作用，電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)，電子和空穴分別在n區(qū)和p區(qū)積存，兩端便產(chǎn)生電動勢，這稱為光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。光敏二極管基于這一原理，外回路承受反偏壓〔光導(dǎo)工作模式〕。假設(shè)在外回路中把p-n短接，就產(chǎn)生反向的短路電流，光照時PN結(jié)反向電流會增加，并且光電流和照度根本成線性關(guān)系。主控箱、電流源模板、光電器件試驗〔一〕模板、光敏二極管、發(fā)光二極管、20μA—200mA量程可調(diào)電流表(自備)。按圖4-1安裝接線，留意接線孔的顏色相對應(yīng)，測量光電二極管的暗電流和光電流。-可編輯-感謝下載支持4－1光敏二極管試驗接線示意圖1、暗電流測試按圖4-1安裝接線。將電流源模板調(diào)整旋鈕和主控箱轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕逆時針緩慢轉(zhuǎn)到底。拆去發(fā)光二極管(光源)，翻開主控箱電源，緩慢調(diào)整主控箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(2－24V)電源，使主控電壓表顯示5V。讀取光電器件試驗(一)模板中所接的電流表〔可選擇電流表適宜的檔位20μA檔〕的值I暗，暗電流根本為0μA，一般光敏二極管小于0.1uA，暗電流越小越好。試驗數(shù)據(jù)：試驗中測得的暗電流為0.04uA，滿足試驗要求。2、光電流測試將發(fā)光二極管(光源)的引線接上，光敏二極管在確定的工作電壓下(如5V，可調(diào)整主控箱中的2－24V可調(diào)電源得到)，光電流隨著光照度的變化而變化。依據(jù)試驗二中的標(biāo)定結(jié)果即照度與光源電流的對應(yīng)關(guān)系，調(diào)整電流源電流得到不同的光照度讀取光電器件試驗(一)模板中所接的電流表〔可選擇電流表適宜的檔位20mA檔〕的值。填入測量數(shù)據(jù)。依據(jù)表4－1數(shù)據(jù)，5VI—Lx曲線。表4-1電流源電流源〔mA〕0 0.52 1.04 1.56 2.06 2.55 3.09 3.60 4.10 4.61 5.13光照度〔Lx〕0102030405060708090100光電流〔mA〕00.040.140.230.330.420.510.600.690.780.88-可編輯-感謝下載支持-可編輯-感謝下載支持3、伏安特性測量按圖4－1光敏二極管在確定的光照度下，光電流隨外加電壓的變化而變化，測量時，在給定光照強度〔如：100Lx〕時，光敏二極管輸入可調(diào)電壓測得光敏二極管上的電流填入4－2，并作出不同照度的伏安特性曲線?！矃⒄赵囼炄蔡匦詼y量步驟！〕光敏二極管電壓〔v〕光敏二極管電壓〔v〕24681012照度〔Lx〕10Lx電流〔uA〕0.670.680.680.680.680.6850Lx電流〔uA〕3.093.09 3.103.103.103.11100Lx電流〔uA〕5.715.73 5.745.745.745.75-可編輯-感謝下載支持定；但隨著光照度的增大，光電流也增大，有正比關(guān)系。4、光譜特性測試光敏二極管對不同波長的光，接收的光靈敏度是不一樣的，這就是光敏二極管的光譜特性，試驗時安裝接線同圖4－1。更換不同的濾色片，得到對應(yīng)波長的光。做光譜特性試驗時需調(diào)光源為一樣照度，光敏二極管在某一固定電壓下〔+5V〕,在同一照度下〔100L〕在不同波長時測量流過光敏二極管的電流值，就可做出其光譜特性曲線試驗數(shù)據(jù)，填入表4－〕(nm)表4－36601.786001.475602.315301.614701.584000.06-可編輯-感謝下載支持較大，對于低頻光的響應(yīng)格外不明顯。試驗五透射式光電開關(guān)試驗一、試驗?zāi)康牧私馔干涫焦怆婇_關(guān)組成原理及應(yīng)用。二、根本原理：光電開關(guān)〔光耦、光斷續(xù)器〕可以由一個光放射管和一個接收管組成。當(dāng)放射管和接收管之間無遮擋時，接收管有光電流產(chǎn)生，一旦此光路中有物體阻擋時間電流中斷，利用這種特性可制成光電開關(guān)用來工業(yè)零件計數(shù)、轉(zhuǎn)速測量、把握應(yīng)用等。三、需用器件與單元主控箱、電流源模板、發(fā)光二極管、光電器件試驗?zāi)K〔一〕、光敏三極管。--可編輯-感謝下載支持四、試驗步驟1、依據(jù)圖5-1安裝接線，留意接線孔顏色〔極性〕相對應(yīng)，將光電器件試驗?zāi)０宓腣CC插孔與“⊥”插孔接到主機箱的+15V電源的相應(yīng)插孔上。2、開啟主控箱電源，調(diào)整電流源電流為確定值(如10mA)，觀看遮擋與不遮擋光路時間電器件模板上指示發(fā)光二極管的變化狀況，由此形成了光電開關(guān)功能。5－1光電開關(guān)試驗接線示意圖試驗現(xiàn)象:當(dāng)用紙遮擋于光敏三極管和發(fā)光二極管之間或者二者間的距離過大，光器件試驗板上的指示發(fā)光二極管會熄滅。如此可以驗證光敏三極管可以作為光電開關(guān)的器件使用。思考題：查閱一下資料，舉出光電開關(guān)在工業(yè)中實際應(yīng)用的1～2個例子，來加深了解光電開關(guān)度判別、速度檢測等。了解光敏三極管構(gòu)造、光照特性以及光譜特性等。在光電二極管的根底上，為了獲得內(nèi)增益，就利用晶體三極管的電流放大作用，用GeSiNPNPNP型光電三極管，6-1所示。6－1光電三極管構(gòu)造及等效電路光電三極管可以等效一個光電二極管與另一個一般晶體管基極集電極并聯(lián)：光照下集電極-基極產(chǎn)生的電流，輸入到共發(fā)三極管的基極再放大。不同之處是，集電極電流〔光電流〕由集電結(jié)上產(chǎn)生的iW把握。集電極起雙重作用：把光信號變成電信號起光電二極管作用；使光電流再放大起一般三極管的集電結(jié)作用。一般光電三極管只引出E、C兩個電極，體積小，光電特性是非線性的，廣泛應(yīng)用于光電自動把握作光電開關(guān)應(yīng)用?！惨弧衬０濉⒐饷羧龢O管、20μA~200mA量程可調(diào)電流表(自備)。1、光電三極管的光照特性步驟：1〕按圖6－2接線。先將主控箱上的轉(zhuǎn)速旋鈕逆時針旋到最小，開主控箱電源，調(diào)整轉(zhuǎn)速旋鈕，5V。按圖3－3接線，調(diào)整電流源上的旋鈕，使照度計顯示為所需的光照度〔如10Lx〕，登記對應(yīng)的電流值〔20μA~200mA量程可調(diào)電流表上顯示的數(shù)值〕。電流源模板上的旋鈕保持不變，換成圖6－2接線，讀出20μA—200mA量程電流表的數(shù)值填6－1中。重復(fù)2、3步，依次得到照度為20、30、40…..200時的光電流值填入表6－1。-可編輯-感謝下載支持6－2光敏三極管特性試驗接線示意圖表6－1光照度〔Lx〕01020304050607080

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0.4 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.737111311光照度〔37111311光照度〔Lx〕90100110120130140150160170

1.8 963963129780光照度〔Lx〕1801902002 8

2.2 2.4 2.6 2.7 2.9 3.1 3.33.71ImA ImA LLx為：( ) 0.0185 ( ) 0.1520，相關(guān)系數(shù)為0.9979，則擬合的效果不錯。2、伏安特性測量按圖6－2光敏三極管在確定的光照度下，光電流隨外加電壓的變化而變化，測量時，在給定光照強度〔如：100Lx〕時，光電三極管輸入可調(diào)電壓測得光電三極管上的電流填入表6－2，并作出不同照度下的伏安特性曲線。光敏三極管10Lx

電壓〔v〕電流〔mA〕

6-22468246810120.260.260.270.270.280.281.231.271.301.321.351.372.302.372.432.482.522.57〔Lx〕 〔mA〕100Lx

電流〔mA〕流幾乎不隨電壓變化而變化，照度增大便可以看到明顯的變化。3、光譜特性測量光電三極管對不同波長的光，接收的光靈敏度是不一樣的，這就是光電三極管的光譜特性，試驗時安裝接線同圖6－2。更換不同的濾色片，得到對應(yīng)波長的光。做光譜特性試驗時需調(diào)光源為一樣照度，光電三極管在某一固定電壓下〔+5V〕,在同一照度下〔100L〕在--可編輯-感謝下載支持不同波長時測量流過光電三極管的電流值，就可做出其光譜特性曲線試驗數(shù)據(jù)，填入表6－3，并畫出光譜特性曲線?！矃⒄赵囼炄?nm)6600.576000.465600.795300.594700.584000.04中頻光的響應(yīng)較大，對于低頻光的響應(yīng)格外不明顯。了解硅光電池的光照特性，生疏其應(yīng)用。光電池基于光生伏特效應(yīng)，不需外加偏壓，是將光能轉(zhuǎn)換成電能的PN結(jié)光電器件。當(dāng)光照耀到光電池PN結(jié)上時，便在PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢，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)與半導(dǎo)體材料、光的強度、波長等有關(guān)。主控箱、電流源模板、發(fā)光二極管、光電器件試驗〔一〕模板、硅光電池。四、試驗步驟光照特性〔開路電壓、短路電流〕1、硅光電池在不同的照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光生電動勢。它們之間的關(guān)系就是光照特性。按圖7-1安裝接線〔留意接線孔的顏色相對應(yīng)〕，試驗時，VocIs不要同時〔同步〕接入電壓表和電流表，要錯時〔異步〕接入電路來測量數(shù)據(jù)。7-1硅光電池試驗接線圖2、翻開主控箱總電源，先確定光照度。參照試驗二操作，調(diào)整電流源模板上的電位器，觀察照度計模板，使發(fā)光二極管的照度為10LX。異步接入電流表和電壓表〔留意為得到開路電壓和短路電流不要同步測量電壓和電流〕，測量得到開路電壓和短路電流的數(shù)據(jù)。3、參照其次步，測量得到在照度為0Lx、20Lx、30Lx……100Lx時開路電壓、短路電流數(shù)據(jù)，填7-1，并作出其特性曲線。光照度〔Lx〕光照度〔Lx〕短路電流〔uA〕開路電壓〔mV〕光照度〔Lx〕短路電流〔uA〕開路電壓〔mV〕0102030405060708000.92.54.2689.411.413.109.525.944.759.979.496.9114.3130.99010014.916.6147.2164.1可以實現(xiàn)大功率的供電?！步咏_關(guān)〕試驗一、試驗?zāi)康牧私饧t外線光電接近開關(guān)的組成及根本原理。二、根本原理，放射管放射的紅外線被物體反射到接收管上，接收管產(chǎn)生光電流；當(dāng)被測物體遠(yuǎn)離后，接收管接收不到紅外線不產(chǎn)生光電流。利用這種特性可制成接近式光電開關(guān)〔反射式光耦〕。三、需用器件和單元主機箱中的電壓表、2～24V可調(diào)直流電源、安裝架、光電器件試驗〔光開關(guān)〕模板、反射式光耦。四、試驗步驟1、按圖8－1安裝、接線〔接線孔顏色相對應(yīng)〕。檢查接線無誤后翻開主機箱電源，調(diào)整2～24V5V。8－1紅外反射式光電開關(guān)試驗安裝接線示意圖2、用手接近或離開光耦探頭，觀看試驗?zāi)０迳系闹甘緹艄ぷ鳜F(xiàn)象。試驗完畢將2～24V直流電源調(diào)整到最小并關(guān)閉主機箱電源。試驗現(xiàn)象：3.5cm，小于該距離燈滅，反射光強度缺乏以是紅外開關(guān)翻開。說明白紙的反射力氣格外強。試驗九、光柵位移傳感器性能試驗了解光柵位移傳感器根本原理及其應(yīng)用光柵位移傳感器的根本元件是主光柵和指示光柵，光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃板，10-100線/mm。將指示光柵置于主光柵上面，并使指示光柵和主光柵的刻線之間有一很小偏角。在光線照過光柵時，由于遮光效應(yīng)在指示光柵上就會產(chǎn)生假設(shè)干條明暗的條紋，稱為莫爾條紋。當(dāng)主光柵和指示光柵有左右方向的相對移動時，莫爾條紋也作相應(yīng)地上下移動，通過光電元件測量莫爾條紋的移動數(shù)量，就能測得指示光柵的微小移動量。為了提高光柵傳感器的區(qū)分率，通常對光柵傳感器輸出方波進(jìn)展四倍頻細(xì)分，使光柵計數(shù)區(qū)分率提高四倍。本試驗用傳感器的顯0.005mm〔5um〕。本試驗附上光柵和指示光柵各一塊可以進(jìn)展莫爾條紋演示?！膊Ａ?－1光柵試驗接線圖1、觀看主光柵和指示光柵，也可以將兩塊光柵的刻線偏移一個小角θ，疊在一起，當(dāng)用光照耀時，觀看莫爾條紋。左右移動兩塊光柵，觀看莫爾條紋的移動方向。2、將光柵傳感器位移演示裝置和光柵傳感器試驗?zāi)０灏磮D9－1接線。3、合上主機箱電源開關(guān)；搖動手輪，模板上的數(shù)顯也應(yīng)跟著做相應(yīng)的變化，說明光柵傳感器系統(tǒng)是好的。4、搖動手輪，使讀數(shù)頭處于光柵尺的中間位置，同時，使手輪的刻度盤上的零刻度與基準(zhǔn)線對準(zhǔn)，按下模板上的“清零”按鈕，使模板上的數(shù)顯歸零。5、手輪每轉(zhuǎn)一圈絲桿位移1mm，順時針轉(zhuǎn)動手輪，每旋轉(zhuǎn)10圈〔手輪的刻度盤上的零刻度與基準(zhǔn)線應(yīng)對準(zhǔn)〕后，9－1。絲桿0102030絲桿01020304050607080光柵〔mm〕0-9.935-19.9-29.915-39.890-49.855-60.78-70.715-80.7絲桿〔mm〕光柵90-90.65100-100.63〔mm〕〔mm〕-可編輯-感謝下載支持6、搖動手輪，使讀數(shù)頭處于光柵尺的中間位置，同時，使手輪的刻度盤上的零刻度與基準(zhǔn)線對準(zhǔn)，按下模板上的〔mm〕-可編輯-感謝下載支持7、逆時針轉(zhuǎn)動手輪，每旋轉(zhuǎn)10圈〔手輪的刻度盤上的零刻度與基準(zhǔn)線應(yīng)對準(zhǔn)〕后，記錄數(shù)顯表的數(shù)據(jù)，9－2絲桿0-10-20-30-40絲桿0-10-20-30-40-50-60-70-80〔mm〕光柵010.00519.91529.83039.78549.7359.769.69579.71〔mm〕絲桿〔mm〕光柵-9089.65-10099.835〔mm〕8、接上示波器，可以看到各個輸出點的波形，只有在轉(zhuǎn)動手輪〔動態(tài)〕時可見。9、試驗完成后，關(guān)上主機箱電源，整理好試驗設(shè)備數(shù)據(jù)處理：依據(jù)順逆時針旋轉(zhuǎn)手輪得到的正負(fù)行程數(shù)據(jù)可以得到以以下圖：其中設(shè)逆時針轉(zhuǎn)動手柄為負(fù)絲桿位移。0.005mm。--可編輯-感謝下載支持PSD位置傳感器試驗一、試驗?zāi)康腜SD位置傳感器根本原理及其應(yīng)用二、根本原理位置敏感器件(PSD)屬于型光電器件，具有頻譜響應(yīng)寬、響應(yīng)速度快、信號處理格外簡潔、便于與微機接口等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于周密尺寸測量、三維空間位置、機器人定位系統(tǒng)、工業(yè)檢測和監(jiān)控、高能物理試驗等領(lǐng)域。當(dāng)入射光是一個小光斑照耀到PSD的光敏面時,其輸出則與光的能量中心位置有關(guān)。10-1PSD的工作原理圖，P-Si(P型硅),同時也是個均勻電阻層。10-1一維PSD工作原理圖1，2兩電極間距離為2L。假設(shè)入射光點位于A點，則電極0I0等于電極1I1和電極2的電流I2之和，即：I0=I1+I2電極1，2輸出的光電流I1I2與A點至電極1，2的距離成反比，即LXAI 2I 1 0LXAI2 2LI0I21I1則X LA I+I2 1

〔1〕用式〔1〕即可確定光斑能量中心對于器件中心的位置XA，它只與I1，I2的和、差及比值有關(guān)，而與總電流I0無關(guān)〔即與入射光通量的大小無關(guān)〕PSD位置傳感器，承受模擬電路的位置處理，利用傳感器兩極輸出的電流，經(jīng)運算放大器電流電壓變換、加減運算(有條件還可利用模擬除法器)，依據(jù)其輸出電壓可打算光斑能量中心位置。三、PSD位置傳感器特征和參數(shù)1、供電電源：正電源：±15V負(fù)電源：-15V2、PSD傳感器參考電壓：1.0V(系統(tǒng)面板自帶)。3、半導(dǎo)體激光電源：2.6V(系統(tǒng)面板自帶)。4、區(qū)分率：依據(jù)調(diào)整輸出增益有不同的區(qū)分，典型輸出幅度為5.0V時，區(qū)分率為1400mv/0.1mm。5、線性度：0.7%(PSD傳感器兩端線性度比較差)。6、時間響應(yīng)是即時，因電路是模似的。7、輸出電壓穩(wěn)定度：0.03V/60sec；輸出電壓最大幅度：8.10V。8、中心位置偏差：<0.02mm，且中心位置偏差補償可調(diào)。90.6%的有效距離為：4mm～5mm。10、光斑能量中心位置與光電關(guān)系：L～(12-11)/(12+11)。四、PSD位置傳感器系統(tǒng)組成1、PSD傳感器。2、電子處理模塊：(電路原理圖另附)〔1〕I/V(2)(3)(4)放大(增益，調(diào)零)(5)負(fù)電壓產(chǎn)生模塊(未使用)留意：經(jīng)實際測試(V1+V2)根本保持固定不變，可省去除法器。3、半導(dǎo)體激光源及電源。4、機械調(diào)整支架(PSD傳感器與激光光斑位置關(guān)系)。五、機械支架各局部名稱六、各活動機械部件功能說明1、調(diào)整螺套：調(diào)整半導(dǎo)體激光的高度。2、調(diào)整螺桿：調(diào)整調(diào)整螺桿可使燕尾槽總成左右移動，即可以使半導(dǎo)體激光左右移動。3、燕尾槽調(diào)整螺絲：調(diào)整燕尾槽鑲條緊釘螺絲，減小溜板與導(dǎo)軌之間的間隙，然后調(diào)整固定螺套的位置，直到溜板能平穩(wěn)的左右移動為止。4、百分表：，用戶一般不必調(diào)整，如數(shù)值誤差較大一般都是由于機械位置偏移所致，請按下述(五)(六)(七)項重調(diào)整。七、初始試驗測試數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)說明：在傳感器的兩端四周與中心有較大差異，而其他地方線性比較好，此差異由PSD傳感器感光中心與激光光斑中心位置調(diào)整節(jié)誤引起的，即PSD傳感器沒有調(diào)整水平，使傳感器兩端感光中心與激光光斑中心垂直方向上有偏離。數(shù)據(jù)說明中心點即電壓差值為零點正是光傳感器水平方向上的感光中心點，且光斑在兩端的電壓值極性相反且相等，這反映了光傳感器對稱性格外好。八、PSD位置傳感器測試調(diào)整1、PSD傳感器與激光光源位置調(diào)