光電技術(shù)綜合實驗平臺操作手冊指導(dǎo)書

目錄

第1章光電技術(shù)實驗.....................................................................3

實驗1.1光敏電阻特性參數(shù)及其測量..................................................3

實驗1.2光敏電阻伏安特性的測量....................................................6

實驗1.3光敏電阻的變換電路........................................................9

實驗1.4光敏電阻的時間響應(yīng)特性實驗..............................錯誤!未定義書簽。

實驗LS光電二極管光照冠敏度的測量..............................錯誤!未定義書簽.

實驗1.6光電二極管伏安特性的測量................................錯誤!未定義書簽。

實驗1.7光電二極管時間響應(yīng)特性的測量............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.8硅光電池在不司偏置狀態(tài)下的特性參數(shù)及其測最.............錯誤!未定義書簽。

實驗1.9測量硅光電池在反向偏置下的時間響應(yīng)......................錯誤!未定義書簽。

實驗1.10光電三極管光照靈敏度的測量.............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.11光電三極管伏安特性的測量...............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.12光電三極管時間響應(yīng)特性的測量...........................錯誤!未定義書簽。

實驗1.13光電三極管光譜響應(yīng)特性的測量...........................錯誤!未定義書簽。

實驗1.14光電耦合器件電流傳輸比的測量...........................錯誤!未定義書簽。

實驗1.15光電耦合器件伏安特性的測量.............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.16光電耦合器件時間響應(yīng)的測量.............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.17熱敏器件與熱釋電探測器實驗.............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.18熱釋電探測器件光譜響應(yīng)特性實驗........................錯誤!未定義書簽。

實驗1.19PSD位置傳感器特性參數(shù)測量.............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.20四象限光電傳感器特性參數(shù)測量...........................錯誤!未定義書簽。

實驗1.21雪崩光電二極管特性參數(shù)與測量...........................錯誤!未定義書簽。

實驗1.22PIN光電二極管特性實驗..................................錯誤!未定義書簽。

實驗1.23線陣CCD騾動系統(tǒng)設(shè)訂實驗..............................錯誤!未定義書簽。

實驗1.24太陽能電池實驗............................................錯誤!未定義書簽。

實驗1.25光電測距系統(tǒng)設(shè)計實驗.....................................錯誤!未定義書簽。

實驗1.26光電調(diào)制實驗裝置實驗....................................錯誤!未定義書簽。

第2章光電檢測技術(shù)實驗................................................錯誤!未定義書簽。

第一篇線陣CCD實驗指導(dǎo)..............................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.1線陣CCD原理與驅(qū)動特性...................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.2線陣CCD輸出特性的測量...................................錯誤!未定義書簽。

實驗23利用線陣CCD進行物體外形尺寸的測量.....................錯誤!未定義書簽。

實驗2.4線陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集...................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.5用軟件提取邊緣信號的二值化...............................錯誤!未定義書簽。

實驗2.6利用線陣CCD測量物體的傾斜角度..........................錯誤!未定義書簽。

實驗2.7利用線陣CCD識別條形碼...................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.8用線陣CCD測量物體的振動................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.9利用線陣CCD進行圖像掃描................................錯誤!未定義書簽。

附錄一TCD1206SUP手冊............................................錯誤!未定義書簽。

附錄二編程手冊...................................................錯誤!未定義書簽。

數(shù)據(jù)存儲格式............................................................錯誤!未定義書簽。

第二篇面陣CCD實驗指導(dǎo)..............................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.10面陣CCD原理及驅(qū)動實驗.................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.11面陣CCD的圖像采集與參數(shù)設(shè)置...........................錯誤!未定義書簽。

實驗2.12面陣CCD尺寸測量實驗....................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.13面陣CCD顏色識別與變換.................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.14圖像信息的點運算實驗....................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.15圖像的幾何變換實驗......................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.16圖像的旋轉(zhuǎn)和縮放........................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.17圖像的濾波與增強實驗....................................錯誤!未定義書簽,

實驗2.18圖像的邊緣與輪廓檢測....................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.19投影與差影實驗...........................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.20形態(tài)學(xué)處理實驗...........................................錯誤!未定義書簽。

實驗2.21面陣CCD圖像采集程序設(shè)計...............................錯誤!未定義書簽。

附錄一軟件快速安裝指南...........................................錯誤!未定義書簽。

附錄二軟件編程指導(dǎo)...............................................錯誤!未定義書簽。

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第1章光電技術(shù)實驗

實驗1.1光敏電阻特性參數(shù)及其測量

1.實驗?zāi)康?/p>

通過本實驗，認(rèn)識并學(xué)習(xí)光敏電阻，掌握光敏電阻的基本工作原理、暗電阻、亮電阻、光照特

性等基本參數(shù)及其測量方法。

2.實驗器材

①

②光電平臺主機1臺；

③LED光源實驗裝置1個；

④發(fā)光二極管R、G、B、W四色各1個;

⑤光敏電阻1個：

⑥光電探測實驗裝置1個；

⑦通用磁性表座3個；

⑧光電器件支桿3個；

⑨連接線20條；

照度計探頭1個；

3.實驗步驟

（1）元件組裝

①將光敏電阻牢固地安插在光電探測實驗裝置上，如圖-1所示。將延長接圈擰到裝置上，將

接圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置，使光敏電阻固定不動且與裝置同軸，即完成光敏電阻實驗裝置的

安裝；光敏電阻實驗裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠

近白螺釘一側(cè)（正極）插孔引出電極。將光敏電阻實驗裝置用支撐桿安裝在磁性表座上.再用磁性

表座將光敏電阻實驗裝置固定在導(dǎo)磁的光學(xué)臺面。

圖-1圖-2

②將LED發(fā)光二極管（白色）牢固地安插在LED光源裝置上，二極管的長腳插入白色螺釘一側(cè)

的插孔內(nèi)（正極），短腳插入黑色螺釘一側(cè)的插孔內(nèi)（負(fù)極;，如圖將延長接圈擰到裝置上，將

接圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置，使得LED固定不動且與裝置同軸，即完成LED光源裝置的安裝。

光源裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠近白螺釘一側(cè)（正

3

極）插孔引出電極。將光源裝置用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將光源裝置固定在導(dǎo)磁

的光學(xué)臺面上。

③將光源裝置與光敏電阻實驗裝置相對安裝在一起，使LED發(fā)出的光恰好被光敏電俄所接收,

并能夠排除外界雜光的干擾為最好，如圖-3。

圖-3

④將照度計探頭用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將照度計探頭固定在導(dǎo)磁的光學(xué)

臺面上。

（2）測量光敏電阻的亮電阻

①將LED實驗裝置按照如圖-4所示搭建LED供電電路。需要注意的是，LED后端引出的紅線

是正極，黑線是負(fù)極。具體搭建步驟如下：將中2連接線一端插入平臺左下角的“+5V”電源插孔,

另一端插入51。電阻的一端，51c電阻的另一端接1K電位器的滑動端，1K電位器的固定端接LED

光源裝置引出的紅線插頭，LED引出的黑線插頭插入20mA電流表的正極（紅色插孔），電流表負(fù)極

接平臺的“GND”。

②將光電探測實驗裝置按照如圖-5所示搭建光敏電阻亮電阻測顯電路，具體搭建步驟如卜.：

用中2連接線將平臺左下角的“+12V”插到200mA電流表的正極，電流表的負(fù)極插入光敏電阻裝

置引出的紅色插頭，光敏電阻引出的黑色插頭插入平臺的“GND”，在“+12V”和“GND”之間并

聯(lián)20V電壓表，即完成測量電路的搭建。

IKLED

+5VGND

圖-4LED供電電路圖-5光電二極管實驗電路

電路連接好后，打開平臺電源開關(guān)，20V數(shù)字電壓表、200mA數(shù)字電流表將測出光敏電阻的電

源電壓Ubb值、電流"值。20mA數(shù)字電流表將測出流過LED發(fā)光二極管的電流標(biāo)。，當(dāng)調(diào)整LED供

4

電電路中的1k。電位器時，LED電流隨之改變，光敏電阻佗電流/P也隨之改變，將光敏電阻移開,

把照度計探頭與LED光源相對安放，測量出此時LED的照度。調(diào)整電位器兒次，多測兒組數(shù)據(jù)，將

測出的流過發(fā)光二極管的電流/LED、流過光敏電阻的電流hLED的照度值填入表1.34。電源電壓

Ubb與流過光敏電阻的電流IP之比即為光敏電阻的亮電阻自，計算出亮電阻的阻值填入表-1。

測量次數(shù)電源電壓Ubb電流/IED<mA)電流lp(mA)照度Ev(lx)亮電阻風(fēng)測量公式

(V)(0)

112

212

312

412

RLUbb//p

512

612

712

812

表-1光敏電阻亮電阻的測量

(3)測量光敏電阻的光照特性

根據(jù)表T中的數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中畫出Ev-后關(guān)系曲線，即為光敏電阻的光照特性曲線。

如圖-6

4.關(guān)機與結(jié)束

①將所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則應(yīng)重新補作上述

實驗；若合理，可以進行關(guān)機；

②將實驗平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放【可配件箱；

③將實驗所用儀器收拾好，再請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實驗室。

5

實驗1.2光敏電阻伏安特性的測量

1.實驗?zāi)康?/p>

通過本實驗，進一步認(rèn)識并學(xué)習(xí)光敏電阻，掌握光敏電阻伏安特性及其測量方法。達到會用光

敏電阻器件進行光電檢測方面應(yīng)用課題的設(shè)計。

2.實驗器材

①光電平臺主機1臺；

②LED光源實驗裝置1個；

③發(fā)光二極管R、G、B、W四色各1個;

④光敏電阻1個；

⑤光電探測實驗裝置1個；

?通用磁性表座3個；

⑦光電器件支桿3個；

⑧連接線20條；

⑨照度計探頭1個；

3.實驗步驟

（1）元件組裝

①將光敏電阻牢固地安插在光電探測實驗裝置上，如圖-1所示。將延長接圈擰到裝置上，將

接圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置，使光敏電阻固定不動且與裝置同軸，即完成光敏電阻實驗裝置的

安裝；光敏電阻實驗裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠

近白螺釘一側(cè)（正極）插孔引出電極。將光敏電阻實驗裝置用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性

表座將光敏電阻實驗裝置固定在導(dǎo)磁的光學(xué)臺面。

圖-1圖-2

②將LED發(fā)光二極管（白色）牢固地安插在LED光源裝置上，二極管的長腳插入白色螺釘一側(cè)

的插孔內(nèi)（正極），短腳插入黑色螺釘一側(cè)的插孔內(nèi)（負(fù)極），如圖-2。將延長接圈擰到裝置上，將

接圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置.，使得LED固定不動且與裝置同軸，即完成LED光源裝置的安裝。

光源裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠近白螺釘一側(cè)（正

6

極）插孔引出電極。將光源裝置用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將光源裝置固定在導(dǎo)磁

的光學(xué)臺面上。

③將照度計探頭用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將照度計探頭固定在導(dǎo)破的光學(xué)

臺面上。

④將照度計探頭和LED光源裝置相對安放，用照度計測量LED發(fā)出光的照度

（2）測量光敏電阻的伏安特性

①按照圖-3所示搭建LED光源供電電路，將平臺左下角的“+5V”插到51。電阻的一端，電阻的

另一端與56ko電位器滑動端相連，然后將LED光源裝置的紅色插頭插入56k。電位器的固定端，

將LED光源的黑色插頭插入200mA電流表的“+”極，將電流表的“一”極和平臺的“GND端相連。

②打開平臺電源，LED光源點亮，調(diào)整56kQ電位器，使光源照度為1201X,關(guān)閉電源，將照度計

探頭移開。

③將光敏電阻實驗裝置與LED光源裝置相對安放，按照圖-4搭建光敏電阻實驗電路，用①2連接線

將平臺右下角的“低壓可調(diào)”電源連接到20mA電流表的正極（紅色插孔），電流表的負(fù)極（黑色

插孔）連接光敏電阻實驗裝置的正極（紅線），光敏電阻實驗裝置的負(fù)極（黑線）連接到平臺的“GND”,

再分別用紅黑兩種顏色的連線將20V的數(shù)字電壓表并聯(lián)到平臺的“低壓可調(diào)”與“GND”端（用紅

色連線接電壓表+極和低壓可i周電壓插孔），即完成光敏電阻伏安特性測量電路的搭建。在搭建電路

的過程中?定要注意關(guān)斷實驗平臺的電源，不要帶電搭建，搭建完成后，要認(rèn)真檢查是否正確。

④打開平臺電源，調(diào)整光敏電阻伏安特性測量電路中的低壓可調(diào)電位器，逐漸增大電壓4b，讀出

一系列電壓Ubb和電流自然后將這些值分別填入表中，在直角坐標(biāo)系上找到位置點，將這些點

連成線。

⑤將光敏電阻移開，將照度計探頭與LED光源裝置相對安放，改變LED供電電路中的電位器阻值，

使照度Ev分別為表中的照度值時，調(diào)整光敏電阻伏安特性測量電路中的低壓可調(diào)電位器，逐漸增

大電壓Ubb，讀出一系列電壓Ubb和電流6然后將這些值分別填入表-1中，在直角坐標(biāo)系上找到

這些位置點，將這些點連成線，畫出幾條曲線，即為光敏電阻的伏安特性曲線。

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表-1光敏E3阻伏安特性的浜量

照度Ev(lx)12345678

電壓Ubb（V）

120(lx)

電流/p(mA)

電壓Ubb（V）

140(lx)

電流/p(mA)

電壓Ubb(V)

160(lx)

電流lp(mA)

電壓Ubb(V)

180(lx)

電流/p(mA)

圖-5光敏電阻伏安特性曲線

4.關(guān)機與結(jié)束

①將所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則應(yīng)重新補作上述

實驗；若合理，可以進行關(guān)機；

②將實驗平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱；

③將實驗所用儀器收拾好，再請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實驗室。

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實驗1.3光敏電阻的變換電路

1.實驗?zāi)康?/p>

通過本實驗，學(xué)習(xí)光敏電阻基本變換電路的類型及其特性：重點掌握光敏電阻的恒壓偏置電路

與恒流偏置電路，掌握在實際應(yīng)用中使用光敏電阻進行光電檢測與光電控制時，應(yīng)該怎樣正確選擇

變換電路。

2.實驗器材

①光電平臺主機1臺；

②發(fā)光二極管R、G、B、W四色各1個；

③LED光源實驗裝置1個；

（4）光敏電阻1個；

⑤光電探測實驗裝置1個；

?通用磁性表座3個；

⑦光電器件支桿3只；

⑧連接線20條；

@照度計探頭1個；

3.實驗步驟

（1）元件組裝

①將光敏電阻牢固地安插在光電探測實驗裝置.匕如圖-1所示。將延長接圈擰到裝置上，將接

圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置，使光敏電阻固定不動且與裝置同軸，即完成光敏電阻實驗裝置的安

裝；光敏電阻實驗裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠近

白螺釘一側(cè)（正極）插孔引出電極。將光敏電阻實驗裝置用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表

座將光敏電阻實驗裝置固定在導(dǎo)磁的光學(xué)臺面C

圖-1圖-2

②將LED發(fā)光二極管（白色）牢固地安插在LED光源裝置上，二極管的長腳插入白色螺釘一側(cè)

的插孔內(nèi)（正極），短腳插入黑色螺釘一側(cè)的插孔內(nèi)（負(fù)極），如圖-2。將延長接圈擰到裝置上，將

接圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置.，使得LED固定不動且與裝置同軸，即完成LED光源裝置的安裝。

光源裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠近白螺釘一惻（正

極）插孔引出電極。將光源裝置用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將光源裝置固定在導(dǎo)磁

的光學(xué)臺面上。

9

③將照度計探頭用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將光源裝置固定在導(dǎo)磁的光學(xué)臺

面上。

④將照度計探頭和LED光源裝置相對安放，用照度計測量LED發(fā)出光的照度

(2)光敏電阻恒流偏置電路及其電壓靈敏度的測量

①如圖-3所示搭建LED光源電路。合上光電平臺的電源開關(guān)，數(shù)字電流表將測量出流過LED

光源的電流，調(diào)節(jié)電位器，觀察電流表讀數(shù)的變化，注意不要超過LED額定電流。

②調(diào)整LED供電電路中56k￡2電位器的旅鈕，讀出并記錄流過LED發(fā)光管的電流MD愷，測出

照度&，再改變M。，再測照度以，得到LED光源的電流與發(fā)光照度的一組數(shù)據(jù)，填入表-1中，分

析出LED的發(fā)光特性。

表-1照度測量數(shù)據(jù)表

12345678

/LED(rnA)

Ev(lx)

③用連接線將光敏電阻按照如圖-4所示恒流偏置電路進行搭建。電路參數(shù)可以自行選取，原則

有兩條：

a.流過穩(wěn)壓二極管的電流應(yīng)該滿足穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定工作的條件，即流過穩(wěn)壓管的電流大于等于

5mA,穩(wěn)壓管兩端的電壓才能保持穩(wěn)定。Ubb為+12V電源，VDw為穩(wěn)壓二極管電壓，根據(jù)公式1.3-1

計算出Rbo

U-vn

/=-------也>5mA(13-1)

%

如果沒有穩(wěn)壓二極管，可以將平臺提供的兩個1N60二極管串聯(lián)起來替代穩(wěn)壓管，但是要正向

連接，如圖?5所示。注意，Ubb為+12V電源，這時它們的正向壓降VDw為1.3V,電流要小于30mA,

根據(jù)公式1.3-2計算出Rbo

I="2一皿<30mA(1.3-2)

10

n?

200VoC二二

圖-4恒掬編獸翻置電路

b.滿足三極管的線性工作條件

必須使三極管工作在線性放大區(qū)，只有在線性放大區(qū)三極管的發(fā)射極電流才近似等于集電極電流，

光敏電阻才能處于恒流偏置的狀態(tài)。平臺提供的三極管型號為9014,應(yīng)使三極管的集-射結(jié)電壓Uce

大于飽和壓降Uces=0.5V,。帥為+12V電源。即

U”=?人(4+尺)>0.5V(13-3)

Rb為穩(wěn)壓二極管或兩個1N60二極管提供穩(wěn)定工作電流，其阻值應(yīng)滿足式(1.3-1)或式(1.3-2)：

上為光敏電阻所提供偏置電流，在三極管處于放大工作狀態(tài)下，Vbe為0.7V,光敏電阻的電流近

似為

1=1=4-%(1.3-4)

0'&

其值的大小應(yīng)該滿足恒流偏置電路中三極管VT處于放大工作狀態(tài)的要求。根據(jù)公式1.3-4可以計算

出Re的范圍。光敏電阻恒流偏置電路的輸出電壓為

“o=Ubb-4綜(1.3-5)

先用數(shù)字甩壓表測量三極管基極甩位是否穩(wěn)定，然后檢測三極管的Uce是否滿足在線性區(qū)工作的

要求，即大于0.5V。都滿足后，調(diào)整光源電路中的電位器，用照度計探頭測出光源照度Ev,把照

度計移開，用光敏電阻接收，測量光敏電阻輸出電壓Uo,反復(fù)上述操作，得到LED光源照度Ev與

光敏電阻輸出電壓Uo的一組數(shù)據(jù)，由公式1.3-6可以計算出電壓靈敏度Sv,分析測量結(jié)果，說明

入非線性的原因。

u-77

S=0201(1.3-6)

v—

(3