课件

光电检测与信息处理研究室
（二）光敏电阻的光照特性测试
PIN1
Vin GND VCCADJ
PIN2
光敏电阻
红外功率可调光源
PLUG-30 PLUG-32 AGND
-5V
+5V
PLUG-40
V
2 _
R1 R3 7
OP07
6
模拟电源
3 + 1 4
W1
8
10K
Q1
-5V +5V
● ● ● ● ● ●
AGND
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实验原理图
光电检测与信息处理研究室
程序流程图
思考题 1、实验电路中的三极管为 什么采用功率管，用普通的三 极管代替行不行，为什么？ 2、实验电路中的LM311迟滞 比较器的作用是什么？
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线阵CCD测量物体外形尺寸实验
一.实验目的 掌握线阵CCD的基本工作原理，驱动信号的产生，视频信号的二值 化处理方法及CCD用于物体外形尺寸测量的应用。 二.实验原理 1.线阵CCD原理 电荷耦合器件CCD（Charged Coupled Device）是由一系列排 得很紧密的MOS电容器组成。它 的突出特点是以电荷作为信号， 实现电荷的存储和电荷的转移。 当被测对象放在线阵CCD上，光 学系统把被测对象成像在CCD的 像敏面上。在CCD驱动信号的作 用下,被测物与背景在光强分布上 的变化反映在CCD输出的视频信 号中。
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实验原理图
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程序流程图
开始 初始化
设置初始密码 送LCD 显示
N
第一位密码是 否置入完毕 ？ Y
N
第二位密码是 否置入完毕 ？ Y
N
第三位密码是 否置入完毕 ？ Y
N
第四位密码是 否置入完毕 ？ Y 判断与初始密 码是否一致 ？ Y 音乐程序 N
光电检测与信息处理研究室
等精度测频原理示意图
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等精度测频软件流程图
思考题 1.发光二极管工作时加 正向电压还是反向电压？
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光电密码锁实验
一.实验目的: 了解各种光电器件的特性及原理，掌握使用方法。 二.实验原理 : 1、器件原理 (1)反射式光电开关 漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检 测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器， 于是光电开关就产生了开关信号。 (2)对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接 收器，发射器发出的光线直接进入接收器。 (3)光电耦 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，它 由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳 体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
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2.光电式直流电机测速实验原理: 本实验主要涉及电机转速的测量和控制。直流电机的转速与所提供 的电压有关，电压与转速成单调关系。本实验中电机的控制方法为滑动 电阻电源供电，通过利用调节滑动变阻器来改变控制电压。由于电机的 转动需要一定的功率，所以本试验中所用到的三极管要用功率管。测速 系统的前端由光电耦合器与栅格圆盘组成。当直流电机通过转动部分带 动栅格圆盘旋转时，测速光电耦合器获得一系列脉冲信号。通过示波器 可观察到光耦产生的脉冲，设其频率为f。根据栅格圆盘上有4个叶片， 电机转一圈有4个脉冲产生，因此可得转速计算公式为（f/4）*60，即 15f RPM(每分钟转的圈数)。 电机的驱动需要较大的电流，在电路中采用TIP122集成芯片驱动， TIP122是NPN型的功率达林顿晶体管。检测电路由光耦和比较器构成。 电机旋转时，叶扇从光耦中间经过，引起光耦的输出电压变化，从而引 起比较器的输出电压发生变化，产生方波，便于测量。
பைடு நூலகம்
光敏电阻特性实验
一.实验目的
通过实验掌握光敏电阻的工作原理，掌握光敏电阻的光照特性、伏 安特性及其测试电路的设计。 二.实验原理 在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态， 引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材 料的一种体效应。光照愈强，器件本身的阻值愈小。基于这种效应的光 电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光的光强、波 长和外加电压有关。
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红外光源曲线标定实验
一、实验目的 通过实验使学生了解光源的原理和种类以及输出的光功率和接收电压之间的关系。 二、实验原理 本实验所用的光源为红外功率可调光源，主要由红外发光二极管构成,所用的接收 器件是光敏二极管。
发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽.
思考题 1.在电路中恒流是怎样实现的？
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光电池特性实验
一.实验目的 通过实验掌握光电器件-光电池的工作原理及相关特性，了解光电 池特性曲线及其测试电路的设计。
二.实验原理 光电池是根据光生伏特效应制成的，不需要加偏压就能把光能转换成电能的 P-N结的光电器件。
光电池及其原理和结构
C1
D1
R2
V
0~5V
调节可变电 源的输出电 压值，从而 改变线性功 率可调光源 的输出功率， 记录不同的 光功率时光 敏电阻的电 压值.
PLUG
GND
光电信息转换器件参数测试实验板
实验台
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将所测得的结果填入表中并分析实验结果。
功率—电压表
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功率—电压特性曲线
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光敏二极管特性测试图
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调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；对应不同 的功率值用万用表测试光电池的输出电压值 .
将所测得的结果填入表格，并在图中绘出功率―电压曲线. 功率―电压数据表格
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功率―电压特性曲线
思考题
1.光敏二极管在应用时一般加反向偏压，其目的是什么 ?
光敏电阻及其原理和结构图
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（一）光敏电阻的伏安特性测试实验
光敏电阻伏安特性测试原理框图 光照度一定时， 通过调节变阻器 的阻值，读出光 敏电阻两端电压 和通过光敏电阻 的电流。通过欧 姆定律计算出光 敏电阻的亮电阻 和暗电阻。
PIN1 PIN2
Vin GND VCCADJ
A
V
本实验采用短路电流电路如图所示，放大器选用OP07；此电路对光电池而言，负 载近似等于0，当有光照射时，光电池感应光照产生光电流I，由于放大器正常工作时正 负两端虚短，所以其输出电压V0= -I*（R1+R2）。并且光照越强，输出电压越大。
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光电池特性测试原理图
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（4）光电池 光电池是基于光伏效应原理工作的光电器件。将光能转化为电能， 该效应与材料、光的强度、波长等有关。 （5）光敏电阻 光敏电阻是基于光电导效应原理工作的光电器件。光敏电阻无极 性，其工作特性与入射光的光强、波长和外加电压有关。 2.实验原理 本实验是应用光电传感器的开关特性，利用光电元件受光照或无 光照时“有”和“无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的 开关信号。
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光变频率实验
一.实验目的 进一步了解光敏二极管(PD)的工作原理及其特性，掌握光电流检测的 基本方法。 二.实验原理 本实验通过一个光电转换电路将光信号转换成频率信号（用赫兹来表 示光照的强度）,光电转换器件是利用处于反偏的光敏二极管的电流源特 性将光强转换成频率。
光-频率实验硬件原理图
功率―开路电压数据表格
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短路电流特性曲线
思考题 1、对比光电池开路电压和短路电流的特性曲线的斜率得出什么结论?
2、短路电流测试前后，PLUG64-1-36输出电压是否变化？
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光敏二极管特性实验
一.实验目的: 通过实验掌握光敏二极管的工作原理及相关特性，了解光敏二极管特 性曲线及其测试电路的设计。 二.实验原理: 光敏二极管在应用中一般加反向偏压，使得其产生的光电流只与光照 度有关。当光照为零时，光敏二极管不会产生载流子，也没有其他电流 流过，整个电路处于截止状态；当有光照时，光敏二极管产生光电流， 由于放大器的正负输入端虚短，放大器输出负电压。再二级放大，然后 用跟随器输出。并且光照越强，输出电压越大。
发光二极管
光敏二极管如果在外电路把P-N短接，就产生反向的短路电流， 光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。
光敏二极管
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红外光源曲线标定测试图
在发射端，将红外 发光二极管接入到 晶体三极管的集电 极，通过改变滑动 变阻器的阻值调节 三极管基极偏置电 压进而改变集电极 电流 。电流较小 时，P-I曲线的线 性较好，所以可获 得需求的辐射光功 率；在接收端，将 光电二极管电流转 换成可用电压，用 一个运算放大器作 为电流--电压的转 换电路。
光电信息检测综合实验
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光电检测综合实验
光电传感器特性实验 1.红外光源曲线标定实验 2.光敏电阻特性实验 3.光电池特性实验 4.光敏二极管特性实验 光电信息处理实验 1.热释电红外报警实验 2.光变频率实验 3.光电密码锁实验 4.光电式直流电机测速实验 5.线阵CCD测量物体外形尺寸实验 6.红外遥控实验
光电式直流电机测速实验
一.实验目的： 了解光电耦合器的工作原理及开关特性，掌握光电耦合器在直流电 机转速测量应用、基本方法。 二.实验原理: 1.光电耦合器原理
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件， 它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭 的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
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改变电压,记录数据并用描点法将接收电压与接收光功率之间的关系绘制成曲线. 光源数据表格
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光源的功率曲线
思考题 1、观察输入电压0.6V以下和4.6V以上的曲线，是否成线性关系？为什么？ 2、通过测试结果分析PI特性曲线的特点？
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短路电流特性曲线
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（二）光电池开路电压测量 调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；因为数字万用 表呈现很大的内阻，则对应不同的功率值用数字万用表测出光电池两极的 开路电压值（测试点为光电池探头的“PIN1”、“PIN2”）。
将所测得的结果填入表格，并在图中绘出功率―开路电压曲线.
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等精度测频原理:直接测频的方法的计数值会产生1个数字误差，等 精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不 是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。因此， 消除了对被测信号计数所产生1个数字误差，并且达到了在整个测试频 段的等精度测量。测频原理如图所示:
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热释电红外报警实验
一.实验目的 了解热释电红外传感器的工作原理及热释电效应，了解热释电红外 报警器的的电路设计方法和调试，掌握热释电红外传感器的使用。 二.实验原理
1、热释电效应原理:
热释电红外传感器及其结构图
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当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强 度下降，表面电荷减少，相当于“释放”一部分电荷，所以起名叫热释 电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。如果继续照射， 晶体薄片的温度升高到Tc(居里温度)值时，自发极化突然消失。不再释 放电荷，输出信号为零. 2、热释电红外报警实验原理 热释电红外报警电路由传感器、检测放大电路、比较输出电路、驱 动延时电路、继电器等组成.
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红外报警实验原理图
热释电探头
热释电
PIR-S PIR-D
GND
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打开电源，热释电实验板上的红灯会闪一下，表示上电。经过10s的 延时时间后，调节电位器R19，使得当用手靠近热释电，热释电工作， 红灯亮；手离开时，热释电停止工作，红灯熄灭，蜂鸣器报警后停止。 思考题 1.上电后为什么要经过一段延时时间后，热释电方可以正常工作？
光敏电阻
红外功率可调光源
模拟电源
-5V +5V
AGND
0~5V 0~1K GND
实验台
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记录数据并用描点法将接收电压和电流之间的关系绘制成曲线,并对 两条曲线进行分析。 电压--电流数据表格（照度为某一非0值时）
电压--电流数据表格（照度为0值时）
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电压--电流特性曲线
（一）光电池短路电流测量
调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；对应不同 的功率值,用万用表测试光电池的输出电压值.将所测得的结果（输出电 压）和通过公式求得的结果（短路电流）填入表格并在图中绘出功率-短 路电流曲线。应用公式：I0= - V0/（R1+R2）求得短路电流 .将所测得的 结果（输出电压）和通过公式求得的结果（短路电流）填入表格，并在 图中绘出功率―短路电流曲线。 功率―短路电流数据表格