红外通信特性研究和应用
红外线的特性与应用
红外线的特性与应用红外线被称为“人类视线无法看见的光”，是一种在波长范围0.75至1000微米之间的电磁辐射。
它在各种现代技术解决方案中发挥着重要作用。
事实上，红外线技术具有广泛的应用前景。
今天，我们将聊一聊红外线的特性和应用。
一、红外线的特性1.穿透性红外线具有比可见光更强的穿透性，尤其是在光线等级低于零的情况下。
红外线透过云层、霾、烟雾等，具有在光学上无法完成的任务。
这使得它在夜视、气象预报、动力系统诊断和水下作业等领域中非常有用。
2.反射性光的反射性质通常指光线在两种介质间传播时，发生反弹的性质。
红外线反射和可见光反射有很大不同。
可见光在与物体碰撞时会因胶质部分的抗力而分散，并且部分被吸收。
但是，红外线却可以滑过表面，顺着物体表面襟褶而去的某个方向，因此它能够被物体反映，形成影像，这使得热成像技术的出现得以实现。
3.辐射性辐射是红外线最引人瞩目的特性。
辐射分为热辐射和冷辐射两类。
热辐射来自物体的热能，具有一定的温度或发光状态。
它一般在10微米到1毫米的范围内。
冷辐射通常是电子或原子之间的辐射。
热辐射和冷辐射在遥感和灵敏度检查方面发挥了非常重要的作用。
4.谱性质红外线的谱峰位随着物体的温度而变化。
温度越高，谱峰位就越短，反之亦然。
谱峰位可以用来计算温度和颜色。
红外光谱分析技术可以对化学物质的特性进行检测和研究。
二、红外线的应用1.检测技术红外线热成像技术可以对热的分布和强度进行检测。
这种技术可以应用于遥感、建筑、工具、人身体和植物等领域。
红外成像技术可以检测不低于3摄氏度的微小温度变化，并且准确地确定它们。
由于红外线成像技术不会被光线这种物理障碍所影响，它对工作时间和生产线的准确性都很有帮助。
2.通讯系统由于可见光不能穿透障碍物，因此用红外线通讯系统可以在电线、光纤和卫星等远距离异地通信。
红外线通讯技术被广泛应用于智能家居、室内定位和错误捕捉纠正等领域。
3.安全技术红外技术可以用于计算亚马逊仓库中的问题捕捉、墨西哥沉没的油轮泄漏的检测和全国不同银行的ATM机的监视。
红外通信技术的原理和应用
红外通信技术的原理和应用1. 引言红外通信技术是一种基于红外光波传输信息的通信方式。
相比于传统的有线通信，红外通信具有无线、快速、低功耗等优势，在现代的电子设备中得到广泛应用。
本文将介绍红外通信技术的原理和应用。
2. 原理红外通信技术基于红外光的传输原理。
红外光是一种光波，其波长处于可见光和微波之间，具有不可见性。
红外通信中常用的光源是红外发光二极管（IR LED），而红外接收器是一种能够接收红外光信号的电子元件。
红外通信的原理如下：•发送端利用电流驱动红外发光二极管，将电信号转化为红外光信号。
•红外光信号在空气中传播，传输信息的载体。
•接收端的红外接收器接收红外光信号，并将其转化为电信号。
•电信号经过解码和处理后，得到传输的信息。
3. 应用红外通信技术在各个领域中都有广泛应用。
以下列举了一些常见的应用场景：3.1. 遥控器遥控器是红外通信技术的典型应用之一。
现代遥控器中的按键输入通过红外信号传输到被控设备，实现对电视、空调、音响等设备的远程控制。
红外通信技术在遥控器中实现了快速、可靠的无线通信，方便了用户的操作。
3.2. 智能家居智能家居系统通过红外通信与各种设备进行交互。
用户可以通过手机或智能音箱等终端设备，发送红外信号控制灯光、窗帘、空调等家居设备的开关、亮度、温度等参数。
红外通信技术使得智能家居系统更加智能、便捷。
3.3. 红外传感器红外传感器利用红外通信技术检测周围的物体和环境。
红外传感器可以感测人体的热量、距离、动作等信息，被广泛应用于安防、自动照明等领域。
红外通信技术为红外传感器提供了数据传输的能力。
3.4. 医疗设备一些医疗设备也采用红外通信技术，如红外耳温计、红外鼻镜等。
这些设备可以通过红外通信实时传输测量结果或影像数据，方便医生进行诊断和治疗。
由于红外通信技术无线、非接触，提高了医疗设备的易用性和安全性。
4. 优势和挑战红外通信技术作为一种无线通信方式，具有一些独特的优势和挑战。
红外通讯的原理和应用
红外通讯的原理和应用1. 红外通讯的原理红外通讯是一种无线通信技术，通过红外线传输信息。
它基于红外线的物理特性，利用红外线的辐射和接收来实现通信。
红外通讯的原理主要包括以下几个方面：1.1 红外线的发射和接收红外线是一种电磁波，波长范围在0.75µm至1000µm之间，位于可见光和微波之间。
在红外通讯系统中，红外线由红外发射器（如红外二极管）发射出去，并由红外接收器（如红外光电二极管）接收。
红外线的发射和接收是实现红外通讯的基础。
1.2 编码和解码为了在红外通讯中传输信息，需要将信息进行编码和解码。
常见的编码方式包括脉冲宽度调制（PWM）和脉冲位置调制（PPM）。
编码器将要传输的信息转换成相应的脉冲信号，发送给红外发射器。
解码器接收红外线信号，并将其转换回原始信息。
1.3 障碍物的影响红外线在传输过程中会受到障碍物的影响。
障碍物（如墙壁、玻璃等）会吸收或散射红外线，导致信号弱化或失真。
因此，在设计红外通讯系统时，需要考虑障碍物对信号传输的影响。
1.4 波长选择红外通讯中波长的选择也很重要。
不同波长的红外线在传输距离、穿透性和抗干扰能力方面有所差异。
常见的红外通讯波长包括近红外和远红外。
2. 红外通讯的应用红外通讯具有许多应用领域，以下是其中几个常见的应用：2.1 遥控器红外遥控器是红外通讯最常见的应用之一。
遥控器通过发射红外线信号来控制电视、音响、空调等设备。
遥控器工作原理是将遥控信号编码成红外脉冲信号，并传输给相应设备的红外接收器，从而实现控制。
2.2 红外传感器红外传感器是利用红外线的物理特性来检测物体或环境的传感器。
常见的红外传感器有人体感应器、温度传感器等。
人体感应器通过接收红外线反射信号来检测人体的存在，广泛应用于安防系统和智能家居等领域。
2.3 红外通信红外通信在短距离通信中有广泛应用。
例如，红外数据传输使用红外通讯原理来实现设备之间的数据传输，如红外打印机、红外测距仪等。
红外通信技术的特点和应用
红外通信技术的特点和应用
1. 红外通信技术啊，那可真是超级厉害呢！它具有很强的方向性，就像手电筒的光一样，直直地照到它该去的地方。
举个例子，你想想家里的电视遥控器，是不是得对准电视才有反应呀，这就是红外通信技术方向性的体现呀！
2. 红外通信技术还特别方便快捷呀！你只需要轻轻一按，信息就快速传递过去了。
好比你用遥控器快速换台，嗖的一下就换好了，多牛呀！
3. 嘿，它传输数据还挺稳定的哟！你看那些用红外传输数据的设备，基本不会出现什么大差错。
就像我们用手机传输文件，稳定得很呢！
4. 红外通信技术的应用可广泛啦！你知道吗，在一些自动化设备中就有它的身影呢。
比如自动门，当你靠近时它就自动打开，这其中不就有红外通信技术在默默工作嘛！
5. 而且呀，红外通信技术成本还不高嘞，多划算呀！这就好比去买东西，花少少的钱能买到超实用的东西，谁能不喜欢呢？
6. 哇塞，红外通信技术真的是给我们的生活带来了好多便利呀！从日常的遥控器到各种智能设备，都有它的功劳呢。
难道你还不觉得它超棒吗？
结论：红外通信技术有着独特的特点和广泛的应用，真的是科技发展中不可或缺的一部分呀！。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外线通信技术在现实生活中的应用
红外线通信技术在现实生活中的应用随着科技的不断进步和人们生活水平的不断提高，通信技术也变得越来越普遍和重要。
而在各种通信技术中，红外线通信技术也是其中的一种。
红外线通信技术是指通过红外线技术实现的通信方式。
相对于其他通信技术，红外线通信技术有着独特的特点和优势。
同时，它也在现实生活中有着广泛的应用和发展。
一、红外线通信技术的特点和优势红外线通信技术是一种通过红外线实现的通信方式。
它具有相对较高的传输速度和稳定性，能够实现高速数据传输、短距离通信等多种应用。
同时，红外线通信技术的成本也比较低，使其成为广大使用者的较为理想的一种选择。
二、家用电器中红外线通信技术的应用1.遥控器遥控器是红外线通信技术最常用的应用之一。
普通家用电器中的很多电视、空调、DVD等设备，都配备了红外线通信技术的遥控器。
通过遥控器，我们可以轻松地操作这些设备，完成各种功能的使用，使我们的生活变得更加方便。
2.安防系统现在越来越多的家庭已经使用到了智能安防系统，而这其中使用到的红外线通信技术也不少。
例如，有些家庭安防系统会通过红外线摄像头、红外线传感器等设备，对家中的各种情况进行监控和控制。
这种方式不仅可以让家庭更加安全，同时也可以让人们更加了解家庭的情况，从而实现更加智能化、人性化的管理。
三、其他领域中红外线通信技术的应用发展1.医疗领域红外线通信技术在医疗领域中也有着广泛的应用。
例如，在不同的医疗设备之间，通过红外线通信技术，可以实现数据的快速传输和联合控制。
此外，红外线通信技术还可以用于人体温度的测量，成为医疗诊断和治疗等方面的辅助工具。
2.交通领域交通领域中，红外线通信技术也正在得到广泛的应用。
例如，现在公共交通工具中的刷卡设备和门禁系统等，也大量采用了红外线通信技术，实现了乘客的快速通行和无现金支付等功能。
四、红外线通信技术的未来发展随着科技的不断进步和人们对通信技术的需求不断提高，红外线通信技术的应用也将会继续推广和发展。
红外的原理和应用
红外的原理和应用一、红外的原理红外（Infrared Radiation）是指光谱中波长较长而频率较低的电磁波，其波长范围为0.74微米至1000微米。
红外辐射是由物体的热量产生的，并具有热辐射的特点。
红外辐射主要是通过物体的分子和原子之间的振动和旋转来传播的。
物体的温度越高，分子和原子的运动越剧烈，产生的红外辐射能量也越大。
红外辐射的主要特点是不可见、穿透性强、热量生成大、热量传递快。
二、红外的应用红外技术广泛应用于军事、安防、医疗、通信等领域，以下是红外应用的一些常见领域：1.红外测温技术红外测温技术利用物体自身的红外辐射热量来测量物体的温度。
该技术在工业生产、医疗、环境监测等领域有广泛应用。
如工业生产中的高温检测、医疗中测量人体温度等。
2.红外传感器红外传感器是一种能够感知红外辐射的传感器，可用于人体检测、安防监控、智能家居等领域。
通过感知人体的红外辐射，可以实现自动开关门窗、自动灯光等智能控制。
3.红外摄像机红外摄像机是一种能够拍摄红外光线的摄像机，可以在低光环境下拍摄清晰的黑白影像。
红外摄像机广泛应用于夜视监控、防盗系统等领域。
4.红外线遥控器红外线遥控器是一种使用红外辐射进行传输指令的遥控设备，如电视遥控器、空调遥控器等。
通过红外线遥控器，可以实现对各种家电设备的操控。
5.红外通信红外通信是一种利用红外辐射进行数据传输的通信方式，常被应用于近距离无线通信。
红外通信的特点是传输速度快，且不受干扰。
常见的红外通信应用有红外耳机、红外数据传输等。
6.红外天文观测红外天文观测是指利用红外辐射来观测宇宙中的天体。
由于红外辐射能够穿透尘埃和大气层，因此可以观测到隐藏在尘云中的天体，如星云、星际物质等。
7.红外热成像红外热成像是一种利用物体的红外辐射热量来生成热图的技术。
通过红外热成像，可以非接触地检测物体的温度分布，广泛应用于建筑检测、电力设备检修等领域。
以上仅是红外技术在一些常见领域的应用，随着科技的不断发展和创新，红外技术在更多领域将展现出更大的潜力和用途。
红外通信基础实验报告
一、实验目的1. 理解红外通信的基本原理和特性。
2. 掌握红外通信系统的组成及工作流程。
3. 学习红外通信发射和接收模块的原理与应用。
4. 通过实验验证红外通信的有效性和抗干扰能力。
二、实验原理红外通信是一种利用红外线作为载波，进行信息传输的通信方式。
其原理是利用红外发射器将信息调制到红外线载波上，通过红外线传输到接收器，接收器再将红外线解调还原为原始信息。
红外通信具有以下特点：1. 频率较高，抗干扰能力强。
2. 传输距离较短，适用于近距离通信。
3. 保密性好，不易被窃听。
4. 传输速率较低，适用于低速数据传输。
红外通信系统主要由红外发射器、红外接收器、调制器、解调器等组成。
三、实验器材1. 红外发射模块2. 红外接收模块3. 信号源4. 双踪示波器5. 连接线6. 电源四、实验步骤1. 搭建实验电路将红外发射模块、红外接收模块、信号源、双踪示波器和电源连接起来，形成一个完整的红外通信实验电路。
2. 发送端实验（1）打开信号源，设置频率为38kHz，输出电压为5V。
（2）将信号源输出端连接到红外发射模块的输入端。
（3）打开双踪示波器，将探头分别连接到红外发射模块的输出端和信号源输出端。
（4）观察双踪示波器上的波形，验证红外发射模块是否正常工作。
3. 接收端实验（1）将红外接收模块的输出端连接到双踪示波器的输入端。
（2）打开红外发射模块，观察双踪示波器上的波形，验证红外接收模块是否正常工作。
4. 通信实验（1）将红外发射模块和红外接收模块放置在通信距离内。
（2）打开红外发射模块，发送信号。
（3）观察红外接收模块接收到的信号，验证红外通信的有效性。
5. 抗干扰实验（1）在红外通信路径上设置干扰源，如灯光、无线电波等。
（2）观察红外通信效果，验证红外通信的抗干扰能力。
五、实验结果与分析1. 通过实验验证了红外发射模块和红外接收模块的正常工作。
2. 通过通信实验验证了红外通信的有效性。
3. 通过抗干扰实验验证了红外通信的抗干扰能力。
红外通信特性实验
红外通信特性实验实验目的：1. 了解红外通信原理、特性和应用。
2. 学习应用红外通信芯片进行通信的方法。
3. 掌握基于红外通信的数据传输的相关技术。
4. 熟悉通信信道的特点，了解信道中存在的干扰和损耗的情况。
实验原理：红外通信技术是利用红外线在空间中传输信息的一种通信方式。
在通讯中，发送和接收的双方通过红外光发射和接收芯片来实现数据传输。
红外光通信的特点是速度快，可靠性高，而且安全性好。
红外光的传输距离一般在10米以内，超过10米则受到环境干扰，传输距离也会受到限制。
红外通信的应用有很多，如家用遥控器、手机红外线通信、红外线测距、红外线遥控电动玩具等等。
实验设备：1. 红外光发射器模块2. 红外光接收器模块3. 篮球飞盘模型4. Arduino单片机5. 杜邦线实验步骤：1. 将红外通信发射模块和红外通信接收模块连接到Arduino单片机中。
2. 编写控制程序，在程序中指定红外发射器发射的频率和时间，以及接收器接收的数据，并进行数据解码、校验。
3. 将篮球飞盘模型放置在远离发射器和接收器的位置，然后放置一个障碍物，观察是否能接收到发送的信号，记录有无信号的情况。
4. 更改发送的红外光的频率和时间，重新测试。
5. 分析实验数据，总结红外通信技术的优缺点以及应用。
实验结果：通过实验发现，红外光通信距离短，但速度快，适合于部分需求高速通信和区域内数据传输的场合。
而且由于其信号传输的特性，设备之间的通信私密性较高，不容易受到干扰和攻击。
然而，红外通信技术也存在一些缺点，如传输距离受限、信号干扰易受到环境影响等。
因此，在应用红外通信技术时，需要注意这些问题，选择合适的通信距离和环境以保证通信的良好运行。
红外通信系统的传输特性研究
红外通信系统的传输特性研究摘要：本文旨在于介绍和研究红外信号的LED光通信系统及其传输特性。
本文的红外应用程序是现在两台具有红外收发模块的C51单片机之间进行红外通信的应用程序。
文章首先简述了红外通信原理及特点，并利用单片机的串口、键盘扫描和红外收发功能进行红外光通信。
最后在测试结果中，改变不同的环境照度、距离及偏转角度来分析红外通信系统的传输特性。
关键词：红外信号；LED光通信；传输特性一、引言随着如今科技的发展和信息时代的进步，通信技术呈现出蓬勃向上的发展姿态。
无线通信相比于传统通信方式，具有廉价、适应性好、易实现等特点，從而成为现代通信的主流方式。
然而当今社会正在进入高速数据信息时代，人们对信息量的需求迅猛增长，对通信质量的要求不断提高，导致无线频谱资源日益紧张，为了克服这个问题，可见光通信应运而生[1]。
可见光通信不同于传统的射频无线通信方式，不需要依托于匮乏的无线频谱源，它将信道资源非常丰富的光信号作为载体进行通讯，将所要传递的信息发送到需要送达的目的地[2]。
可见光通信可分为点对点、点对多点、环形或网格状通信。
在点对点传输的情况下可实现全双工的通信，同时每一端都设有光接收机和光发射机[3]。
由于LED具有功耗低、寿命长、环保以及响应灵敏度非常高的特点，这也使得LED光通信具备了发射功率高、无电磁干扰、节约能源的优点，让其一跃成为国内外研究热点[4]。
其中红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，主要特点有：⑴通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；⑵主要是用来取代点对点的线缆连接；⑶新的通讯标准兼容早期的通讯标准；⑷传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布[5]。
由于波长较短，红外通信主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入[6]。
红外光谱涉及的区域较宽，所以不会受到无线管理协会的约束，而且红外线并不会穿越不透明物体，因此安全性也大大提升了[7]。
神奇的热辐射了解红外线的特性与应用
神奇的热辐射了解红外线的特性与应用神奇的热辐射——了解红外线的特性与应用热辐射是指物体因对外界的热能传递而发出的电磁辐射。
其中，红外线作为热辐射的一种重要形式，具有独特的特性和广泛的应用。
本文将从红外线的起源与发现、特性、应用等方面进行讨论，带您一起探寻这神奇的热辐射。
一、红外线的起源与发现红外线的起源追溯到19世纪初期。
在1800年，德国物理学家赫歇尔·斯佩特尔（Friedrich Wilhelm Herschel）通过实验发现，在太阳光谱的红色部分以外，还存在一种不可见的辐射。
这种辐射被人们称为红外线。
二、红外线的特性红外线的波长范围在0.75微米至1000微米之间，处于可见光和微波之间。
相比于可见光，红外线具有以下特性：1. 红外线能够穿透空气和一些透明材料，如玻璃和塑料。
2. 红外线能够被大多数物体吸收、反射或传输。
不同物体对红外线的吸收和反射程度不同，因此可以通过红外线热成像来分析物体的不同特性。
3. 红外线是无辐射电磁波，对人体无害，因此在医疗、安防等领域广泛应用。
4. 红外线具有热测量的能力，可以通过红外测温仪等设备来测量物体的温度。
三、红外线的应用领域1. 红外线通信：红外线可以将信息以光的形式传输，例如遥控器、红外线数据传输设备等。
在短距离的通信中，红外线通信具有低功耗、低干扰等优势。
2. 红外线热成像：通过红外线热成像技术，可以显示物体的热分布情况，辅助诊断疾病、检测异常发热等。
在建筑工程、电力设备、机械设备等领域也广泛应用于故障检测和维修。
3. 红外线测温：利用红外线测温仪，可以非接触地测量物体的温度。
广泛应用于工业、冶金、医疗等领域，实现了高温、低温等特殊环境下的精准测温。
4. 红外线安防：通过红外线监控设备，可以实时监测并捕捉到人体的热能，用以预警、监控和防范。
在银行、商店、机场等公共场所起到了重要作用。
5. 红外线夜视：红外线夜视技术利用物体自身的热辐射，通过增强显示器将其转化为可见光，从而实现在黑暗环境中看清目标。
实验红外物理特性及应用实验
透射光强与入射光强之比为：
（5）
原则上，测量出I0、IR、IT，联立（4）、（5）两式，可以求出R与α.下面讨论两种特殊情况下求R与α .5PCzV。
对于衰减可忽略不计地红外光学材料，α =0，e–αL=1，此时，由（4）式可解出：
（6）
对于衰减较大地非红外光学材料，可以认为多次反射地光线经材料衰减后光强度接近零，对图1中地反射光线与透射光线都可只取第一项，此时：jLBHr。
调节电压源，改变发射管电流，记录发射电流与接收器接收到地光功率（与发射光功率成正比）.将发射系统显示窗口切换倒“正向偏压”，记录与发射电流对应地发射管两端电压.1nowf。
改变发射电流，将数据记录于表2中.（注：仪器实际显示值可能无法精确地调节到表2中设定值，应按实际调节地发射电流数值为准）fjnFL。
对衰减严重地材料，用（7）式计算反射率，（8）式计算衰减系数，（9）式计算折射率.
2、发光二极管地伏安特性与输出特性测量
将红外发射器与接收器相对放置，连接电压源输出到发射模块信号输入端2，微调接收端受光方向，使显示值最大.将发射系统显示窗口设置为“发射电流”，接收系统显示窗口设置为“光功率计”.NrpoJ。
图3，图4分别为发光二极管地伏安特性与输出特性.从图3可见，发光二极管地伏安特性与一般地二极管类似.从图4可见，发光二极管输出光功率与驱动电流近似呈线性关系.这是因为：驱动电流与注入PN结地电荷数成正比，在复合发光地量子效率一定地情况下，输出光功率与注入电荷数成正比.dvzfv。
发光二极管地发射强度随发射方向而异.方向地特性如图5，图5地发射强度是以最大值为基准，当方向角度为零度时，其发射强度定义为100％.当方向角度增大时，其放射强度相对减少，发射强度如由光轴取其方向角度一半时，其值即为峰值地一半，此角度称为方向半值角，此角度越小即代表元件之指向性越灵敏.rqyn1。
63红外物理特性及应用实验讲义
红外物理特性及应用实验波长范围在~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外通信技术研究与应用
红外通信技术研究与应用随着科学技术的不断发展，红外通信技术也越来越受到人们的关注。
在现代社会的各个领域，红外通信技术都有着广泛的应用，无论是在民用还是军事领域，都有着不可替代的地位。
本文将从红外通信技术的基本原理、研究现状、应用领域等方面进行分析和探讨。
一、基本原理红外通信技术是基于红外光的传输来实现信息的传递的技术。
红外光波长在0.75微米至1000微米之间，与可见光有着一定的重叠，但其波长更长，能穿透一定的材料并且不易受到干扰。
因此，红外通信技术在一些特殊场合下表现出了比其他通信方式更佳的优势。
红外通信技术的实现需要一套完整的设备，包括红外LED、光电二极管、发射接收电路等组成。
通过红外LED发出的光信号，通过介质（大气、真空、材料）传送到接收器上，并被光电二极管接收并解码。
在这个过程中，需要确保信号的传输能力、速度和可靠性，这是红外通信技术的重点研究内容。
二、研究现状当前，红外通信技术其实已经有比较成熟和先进的应用，比如红外激光通信、红外遥控技术等等。
其中，红外激光通信是应用最广泛的一种方式，其所依赖的激光技术是目前最先进和最可靠的光通信技术之一。
在红外激光通信技术方面，发展重点主要在于提高传输速度和距离。
同时，需要解决的问题也比较多，如光功率的衰减和光路的稳定性等。
在这个领域，通信原理已经比较成熟，但是技术的应用、设备的制造和使用都还存在一定的风险和挑战。
此外，红外通信技术在医疗、安防、航空、交通等领域也有着广泛应用。
例如，在医疗领域，便携式医疗器械可以通过红外通信技术进行传输，实现远程监测、远程诊断等功能；在安防领域，红外摄像头可以检测周围的红外辐射量，实现非接触式的监控和报警；在航空领域，飞机轨迹控制、航空器状态监测等都需要依赖红外通信技术来保障安全。
三、应用领域红外通信技术在不同领域的应用场景也是各异。
以医疗平台为例，现在有很多健康管理APP和设备，这些设备通过蓝牙或者wifi进行数据的传输，但随着用户越来越多，网络带宽和频率识别的难度也会加大，因此使用红外通信就会更加实用。
实验报告红外线的特性与应用
实验报告红外线的特性与应用实验报告：红外线的特性与应用一、引言红外线是一种电磁波，其波长在 076 微米至 1000 微米之间。
红外线在我们的日常生活和众多领域中都有着广泛的应用，从遥控器到医疗诊断，从安防监控到工业生产，红外线技术发挥着重要的作用。
为了更深入地了解红外线的特性和应用，我们进行了一系列实验。
二、红外线的特性（一）热效应红外线的最显著特性之一就是其热效应。
当红外线照射到物体上时，会引起物体分子的振动和转动，从而使物体温度升高。
这一特性在红外加热、红外理疗等方面得到了广泛应用。
（二）穿透能力红外线具有一定的穿透能力，但不同波长的红外线穿透能力有所差异。
例如，短波长的红外线穿透力较弱，而长波长的红外线则能够穿透一些较薄的物质。
（三）反射和折射红外线如同可见光一样，在遇到不同介质的界面时会发生反射和折射。
这一特性在红外光学系统中有着重要的应用。
（四）频谱特性红外线的频谱范围较宽，不同波长的红外线具有不同的特性和应用。
三、实验设备与材料（一）红外发射源使用了红外发光二极管作为红外发射源，能够稳定地发射特定波长的红外线。
（二）红外探测器采用了热释电红外探测器和光电二极管探测器，用于检测红外线的强度和波长。
（三）光学元件包括透镜、反射镜等，用于对红外线进行聚焦、反射和折射。
（四）实验样品准备了不同材质和厚度的物体，如塑料、玻璃、纸张等，以研究红外线的穿透特性。
四、实验过程与结果（一）红外线热效应实验将红外发光二极管对准一块金属片，经过一段时间后，用温度计测量金属片的温度升高情况。
结果发现，金属片的温度明显升高，证明了红外线的热效应。
（二）红外线穿透实验分别用不同波长的红外线照射不同材质和厚度的物体，观察在另一侧探测器接收到的红外线强度。
实验发现，短波长红外线难以穿透较厚的物体，而长波长红外线能够穿透一些较薄的塑料和纸张。
（三）红外线反射和折射实验通过改变红外线入射角度和使用不同折射率的介质，观察红外线的反射和折射情况。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长X 围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是根底研究的重要组成局部。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级构造，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了根底。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及根本特性。
2、 了解局部材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了防止信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进展调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调复原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔假设小于信号带宽，那么不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进展统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比较的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- 〔1〕对上式积分，可得：Lo I I e α-= 〔2〕上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的构造及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外物理特性及应用实验讲义
红外物理特性及应用实验波长范围在~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外物理特性及应用实验备课讲稿
红外物理特性及应用实验红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、了解红外通信的原理及基本特性。
2、了解部分材料的红外特性。
3、了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、了解红外发射管的角度特性。
5、了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：L o I I e α-= （2） 上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外线的特征及应用
红外线的特征及应用红外线是电磁辐射的一种，波长范围从0.75微米到1000微米。
红外线在自然界和科学技术领域具有广泛的应用。
其特征和应用主要有以下几个方面。
首先，红外线具有穿透性。
相较于可见光，红外线具有更强的穿透能力，可以穿透一些不透明材料。
这使得红外线在检测和传输领域有着广泛的应用。
例如，红外线可以被用来检测材料的厚度、结构以及其中的缺陷。
同时，红外线还可以用于红外通信，如红外线遥控器，红外通信系统等。
其次，红外线在测温领域有着重要的应用。
由于物体的温度和其辐射的热辐射强度成正比，因此可以通过测量物体辐射出的红外线强度来确定其温度。
这种原理被广泛应用于医疗、工业和军事等领域。
例如，医疗领域中的体温计就是利用红外线来测量人体的体温。
此外，红外热像仪广泛应用于建筑、电力、安全等行业，用于检测设备的热量分布、故障等。
第三，红外线在红外光谱学中有着重要的作用。
红外光谱学是一种常用的物质结构分析方法，可以通过红外光谱图谱来确定物质的结构和成分。
物质在红外区的吸收、散射和透射都可以提供关于物质性质和结构的信息。
这使得红外光谱学成为有机化学、无机化学、生物化学等研究领域的基础工具。
第四，红外线在军事和安全领域有着广泛的应用。
由于红外线具有穿透力强、无声、无光、难以探测等特点，使其在军事侦察、监视和导航等方面有着重要的作用。
红外线夜视仪和红外热像仪广泛应用于军事设备和警用设备中，用于夜间观察和目标探测。
此外，红外线还可以用于安全系统，如入侵报警系统、人员识别系统等。
第五，红外线还被广泛应用于医学诊断和治疗。
红外线能穿透组织并被吸收，因此可以通过红外成像等方法来观察体内组织的状况。
红外线成像技术在肿瘤的早期检测、血液循环的观察和疾病的诊断等方面有着重要应用。
同时，红外线激光具有较强的穿透力和组织温升效应，可以用于医学治疗，如激光手术、热疗等。
综上所述，红外线具有穿透性强、适用于测温、广泛应用于红外光谱学、军事和安全领域以及医学诊断和治疗等特点和应用。
红外通信系统实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解红外通信系统的基本原理和工作方式。
2. 掌握红外通信系统硬件设计与调试方法。
3. 分析红外通信系统在实际应用中的性能表现。
二、实验原理红外通信系统是一种利用红外线进行信号传输的通信方式。
它主要由发射装置、接收装置、红外发射器和红外接收器等组成。
红外通信系统具有传输速度快、抗干扰能力强、成本低等优点，在家庭、工业等领域有广泛的应用。
三、实验器材1. 红外发射器：用于发送信号。
2. 红外接收器：用于接收信号。
3. 红外通信模块：用于实现红外信号的调制和解调。
4. 51单片机：用于控制整个通信系统。
5. 电源：为实验设备提供能源。
6. 示波器：用于观察和分析信号波形。
四、实验步骤1. 硬件连接：将红外发射器、红外接收器、红外通信模块、51单片机等设备按照电路图连接好。
2. 软件编程：编写程序，实现红外通信模块的初始化、红外信号的调制和解调等功能。
3. 调试与测试：将编写好的程序烧录到51单片机中，观察红外通信模块是否正常工作。
使用示波器观察红外信号的波形，分析信号的调制和解调效果。
4. 性能测试：在不同距离、不同角度、不同光照条件下，测试红外通信系统的通信质量。
五、实验结果与分析1. 硬件连接：按照电路图连接好所有设备，确保连接牢固。
2. 软件编程：编写程序，实现红外通信模块的初始化、红外信号的调制和解调等功能。
3. 调试与测试：将编写好的程序烧录到51单片机中，观察红外通信模块是否正常工作。
使用示波器观察红外信号的波形，分析信号的调制和解调效果。
- 调制效果：观察调制后的信号波形，确保信号波形符合预期。
- 解调效果：观察解调后的信号波形，确保解调后的信号波形与原始信号波形一致。
4. 性能测试：在不同距离、不同角度、不同光照条件下，测试红外通信系统的通信质量。
- 通信距离：在无遮挡、无干扰的情况下，测试红外通信系统的通信距离。
实验结果表明，在10米范围内，通信效果良好。
- 通信角度：在水平方向和垂直方向上，测试红外通信系统的通信角度。
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红外通信特性研究及应用波长范围在~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分．对热辐射的深入研究导致普朗克量子理论的创立．对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具．对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础．现代红外技术的成熟已经打开了一系列应用的大门．例如红外通信，红外污染监测，红外跟踪，红外报警，红外治疗，红外控制，利用红外成像原理的各种空间监视传感器，机载传感器，房屋安全系统，夜视仪等．光纤通信早已成为固定通信网的主要传输技术，目前正积极研究将光通信用于微波通信一直占据的宽带无线通信领域．无论光纤通信还是无线光通信，用的都是红外光．这是因为，光纤通信中，由石英材料构成的光纤在~微米的波段范围内有几个抵损耗区，而无线大气通信中，考虑到大气对光波的吸收，散射损耗及避开太阳光散射形成的背景辐射，一般在~，~微米两个波段范围内选择通信波长．因此，一般所称的光通信实际就是红外通信．【实验目的】1、了解红外通信的原理及基本特性．2、测量部分材料的红外特性．3、测量红外发射管的伏安特性，电光转换特性．4、测量红外发射管的角度特性．5、测量红外接收管的伏安特性．6、基带调制传输实验．7、副载波调制传输实验．8、音频信号传输实验．9、数字信号传输实验．【实验原理】1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来．不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽．载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰．能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求．通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难．红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式．红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输．2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=-（1）对上式积分，可得：L o I I e α-=（2）上式中L 为材料的厚度．材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同．普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段．常用的红外光学材料包括：石英晶体及石英玻璃（它在~微米的波长范围内都有较高的透射率），半导体材料及它们的化合物如锗、硅、金刚石、氮化硅、碳化硅、砷化镓、磷化镓，氟化物晶体如氟化钙、氟化镁，氧化物陶瓷如蓝宝石单晶(Al 2O 3）、尖晶石(MgAl 2O 4)、氮氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化锆，还有硫化锌，硒化锌，以及一些硫化物玻璃，锗硫系玻璃等．光波在不同折射率的介质表面会反射，入射角为零或入射角很小时反射率：21212()n n R n n -=+（3）由（3）式可见，反射率取决于界面两边材料的折射率．由于色散，材料在不同波长的折射率不同．折射率与衰减系数是表征材料光学特性的最基本参数．由于材料通常有两个界面，测量到的反射与透射光强是在两界面间反射的多个光束的叠加效果，如图1所示．反射光强与入射光强之比为：22222244220(1)[1(1)(1)][1]1LL L L R L I R e R R e R e R e R I R e ααααα------=+-+++=+- （4）（4）式的推导中，用到无穷级数1+x+x 2+x 3+ ··· = (1－x)-1．透射光强与入射光强之比为：222244220(1)(1)(1)1L L L L T L I R e R e R e R e I R e ααααα------=-+++=- （5）原则上，测量出I 0、I R 、I T ，联立（4）、（5）两式，可以求出R 与α（不一定是解析解）．下面讨论两种特殊情况下求R 与α ．对于衰减可忽略不计的红外光学材料，α =0，e –αL =1，此时，由（4）式可解出：0/2/R R I I R I I =-（6）对于衰减较大的非红外光学材料，可以认为多次反射的光线经材料衰减后光强度接近零，对图1中的反射光线与透射光线都可只取第一项，此时：图1 光在两界面间的多次反射RIRI=（7）2(1)1lnTI RL Iα-=（8）由于空气的折射率为1，求出反射率后，可由（3）式解出材料的折射率：n=（9）很多红外光学材料的折射率较大，在空气与红外材料的界面会产生严重的反射．例如硫化锌的折射率为，反射率为14％，锗的折射率为4，反射率为36％．为了降低表面反射损失，通常在光学元件表面镀上一层或多层增透膜来提高光学元件的透过率．3、发光二极管红外通信的光源为半导体激光器或发光二极管，本实验采用发光二极管．发光二极管是由P型和N型半导体组成的二极管．P型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子．N型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴．当两种半导体结合在一起形成P-N结时，N区的电子（带负电）向P区扩散，P区的空穴（带正电）向N区扩散，在P-N结附近形成空间电荷区与势垒电场．势垒电场会使载流子空间电荷区图2 半导体P-N结示意图向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N结的净电流为零．在空间电荷区内，P区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区．当加上与势垒电场方向相反的正向偏压时，结区变窄，在外电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，从而在PN结附近产生电子与空穴的复合，并以热能或光能的形式释放能量．采用适当的材料，使复合能量以发射光子的形式释放，就构成发光二极管．采用不同的材料及材料组分，可以控制发光二极管发射光谱的中心波长．V I 图3 发光二极管的伏安特性图4 发光二极管输出特性图3，图4分别为发光二极管的伏安特性与输出特性．从图3可见，发光二极管的伏安特性与一般的二极管类似．从图4可见，发光二极管输出光功率与驱动电流近似呈线性关系．这是因为：驱动电流与注入PN结的电荷数成正比，在复合发光的量子效率一定的情况下，输出光功率与注入电荷数成正比．发光二极管的发射强度随发射方向而异．方向的特性如图5，图5的发射强度是以最大值为基准，当方向角度为零度时，其发射强度定义为100％．当方向角度增大时，其发射强度相对减少，发射强度为最大值之50%处的光轴方向角度称之为方向半值角,此角度越小即代表元件之指向性越灵敏．一般使用红外线发光二极管均附有透镜，使其指向性更灵敏，而图5（a）的曲线就是附有透镜的情况，方向半值角大约在± 7°．另外每一种型号的红外线发光二极管其幅射角度亦有所不同，图5 (b)所示之曲线为另一种型号之元件，方向半值角大约在± 50°．4、光电二极管红外通信接收端由光电二极管完成光电转换．光电二极管是工作在无偏压或反向偏置状态下的PN结，反向偏压电场方向与势垒电场方向一致，使结区变宽，无光照时只有很小的暗电流．当PN结受光照射时，价电子吸收光能后挣脱价键的束缚成为自由电子，在结区产生电子－空穴对，在电场作用下，电子（a）A型管（加装透镜）（b）B型管图5 两种红外发光二极管的角度特性曲线图向N 区运动，空穴向P 区运动，形成光电流．红外通信常用PIN 型光电二极管作光电转换．它与普通光电二极管的区别在于在P 型和N 型半导体之间夹有一层没有渗入杂质的本征半导体材料，称为I 型区．这样的结构使得结区更宽，结电容更小，可以提高光电二极管的光电转换效率和响应速度．图6是反向偏置电压下光电二极管的伏安特性．无光照时的暗电流很小，它是由少数载流子的漂移形成的．有光照时，在较低反向电压下光电流随反向电压的增加有一定升高，这是因为反向偏压增加使结区变宽，结电场增强，提高了光生载流子的收集效率．当反向偏压进一步增加时，光生载流子的收集接近极限，光电流趋于饱和，此时，光电流仅取决于入射光功率．在适当的反向偏置电压下，入射光功率与饱和光电流之间呈较好的线性关系．图7是光电转换电路，光电二极管接在晶体管基极，集电极图6 光电二极管的伏安特性 V+图7 简单的光电转换电路电流与基极电流之间有固定的放大关系，基极电流与入射光功率成正比，则流过R的电流与R两端的电压也与光功率成正比．5、光源的调制对光源的调制可以采用内调制或外调制．内调制用信号直接控制光源的电流，使光源的发光强度随外加信号变化，内调制易于实现，一般用于中低速传输系统．外调制时光源输出功率恒定，利用光通过介质时的电光效应，声光效应或磁光效应实现信号对光强的调制，一般用于高速传输系统．本实验采用内调制．V+调制信号图8 简单的调制电路图9 调制原理图图8是简单的调制电路．调制信号耦合到晶体管基极，晶体管作共发射极连接，流过发光二极管的集电极电流由基极电流控制，R1，R2提供直流偏置电流．图9是调制原理图，由图9可见，由于光源的输出光功率与驱动电流是线性关系，在适当的直流偏置下，随调制信号变化的电流变化由发光二极管转换成了相应的光输出功率变化．6、副载波调制由需要传输的信号直接对光源进行调制，称为基带调制． 在某些应用场合，例如有线电视需要在同一根光纤上同时传输多路电视信号，此时可用N 个基带信号对频率为f 1，f 2…f N 的N 个副载波频率进行调制，将已调制的N 个副载波合成一个频分复用信号，驱动发光二极管．在接收端，由光电二极管还原频分复用信号，再由带通滤波器分离出副载波，解调后得到需要的基带信号．对副载波的调制可采用调幅，调频等不同方法．调频具有抗干扰能力强，信号失真小的优点，本实验采用调频法．图10是副载波调制传输框图．图10 副载波调制传输框图如果载波的瞬时频率偏移随调制信号m(t)线性变化，即：()()d f t k m t ω=（10）则称为调频，k f 是调频系数，代表频率调制的灵敏度，单位为2π赫兹/伏．调频信号可写成下列一般形式：0()cos[()]t f u t A t k m d ωττ=+⎰（11）式中ω为载波的角频率，0()]t f k m d ττ⎰为调频信号的瞬时相位偏移．下面考虑两种特殊情况：假设m(t)为电压为V 的直流信号，则（11）式可以写为：()cos[()]f u t A k V t ω=+（12）（12）式表明直流信号调制后的载波仍为余弦波，但角频率偏移了f k V ．假设m(t)=Ucos Ωt ，则（11）式可以写为：()cos[sin ]f k U u t A t t ω=+ΩΩ（13）可以证明，已调信号包括载频分量ω和若干个边频分量ω±n Ω，边频分量的频率间隔为Ω．任意信号可以分解为直流分量与若干余弦信号的叠加，则（12），（13）两式可以帮助理解一般情况下调频信号的特征．【实验仪器】红外通信特性实验仪，示波器，信号发生器．红外通信特性实验仪由红外发射装置、红外接收装置、测试平台（轨道）以及测试镜片组成．图11 实验系统组成框图图11中，红外发射装置产生的各种信号，通过发射管发射出去．发出的信号通过空气传输或者经过测试镜片后，由接收管将信号传送到红外接收装置．接收装置将信号处理后，通过仪器面板显示或者示波器观察传输后的各种信号．测试镜架的“A”处，可以安装不同的材料，以研究这些材料的红外传输特性．信号发生器可以根据实验需要提供各种信号，示波器用于观测各种信号波形经红外传输后是否失真等特性．红外发生装置、红外接收装置、轨道部分，三者要保证接地良好．红外发射与接收装置面板如图12，图13所示．接收管反向偏压调节观测点接收信号输出地址位显示位光功率计(mW) 光电流(μA) 反向偏压(V)F信号输入观测点 V信号输出地址调整音频信号输入接收管数字信号输入图12 红外发射装置面板图观测点信号输入１信号输入２电压源(V)发射电流(mA)正向偏压(V)外信号输入外信号观测V信号输入频率测量F信号输出地址位显示值地质调整显示调整数字信号输出电压源输出电压源调节音频信号输出发射管发射管图13 红外接收装置面板图【实验内容】1、部分材料的红外特性测量将红外发射器连接到发射装置的“发射管”接口，接收器连接到接收装置的“接收管”接口（在所有的实验进行中，都不取下发射管和接收管），二者相对放置，通电．连接电压源输出到发射模块信号输入端2（注意按极性连接），向发射管输入直流信号．将发射系统显示窗口设置为“电压源”．接收系统显示窗口设置为“光功率计”．在电压源输出为0时，若光功率计显示不为0，即为背景光干扰或0点误差，记下此时显示的背景值，以后的光强测量数据应是显示值减去该背景值．调节电压源，使初始光强I0> 4mW，微调发射器出光与接收器受光方向，使显示值最大．按照表1样品编号安装样品（样品测试镜厚度都为2㎜），微调样品方向，使显示值最大，测量透射光强I T．将接收端红外接收器取下，移到紧靠发光二极管处安装好，微调样品入射角与接收器方位，使接收到的反射光最强，测量反射光强I R．将测量数据记入表１中．表 1 部分材料的红外特性测量初始光强I0＝(mW)对衰减可忽略不计的红外光学材料，用（6）式计算反射率，（9）式计算折射率．对衰减严重的材料，用（7）式计算反射率，（8）式计算衰减系数，（9）式计算折射率．2、发光二极管的伏安特性与输出特性测量将红外发射器与接收器相对放置，连接电压源输出到发射模块信号输入端2（注意按极性连接），微调接收端受光方向，使显示值最大．将发射系统显示窗口设置为“发射电流”，接收系统显示窗口设置为“光功率计”．调节电压源，改变发射管电流，记录发射电流与接收器接收到的光功率（与发射光功率成正比）．将发射系统显示窗口切换倒“正向偏压”，记录与发射电流对应的发射管两端电压．改变发射电流，将数据记录于表2中．（注：仪器实际显示值可能无法精确的调节到表2中设定值，应按实际调节的发射电流数值为准）表2 发光二极管伏安特性与输出特性测量以表2数据作所测发光二极管的伏安特性曲线和输出特性曲线．讨论所作曲线与图3，图4所描述的规律是否符合．3、发光管的角度特性测量将红外发射器与接收器相对放置，固定接收器．将发射系统显示窗口设置为“电压源”，将接收系统显示窗口设置为“光功率计”．连接电压源输出到发射模块信号输入端2，微调接收端受光方向，使显示值最大．增大电压源输出，使接收的光功率大于4mW．然后以最大接收光功率点为0°，记录此时的光功率，以顺时针方向（作为正角度方向）每隔5°（也可以根据需要调整角度间隔）记录一次光功率，填入表3中．再以逆时针方向（作为负角度方向）每隔5°记录一次光功率，填入表3中．表3 红外发光二极管角度特性的测量根据表3中的数据，以角度为横坐标，光强为纵坐标，作红外发光二极管发射光强和角度之间的关系曲线，并得出方向半值角（光强超过最大光强５0％以上的角度）．4、光电二极管伏安特性的测量连接方式同实验2．调节发射装置的电压源，使光电二极管接收到的光功率如表４所示．调节接收装置的反向偏压调节，在不同输入光功率时，切换显示状态，分别测量光电二极管反向偏置电压与光电流，记录于表4中．表4 光电二极管伏安特性的测量以表4数据，作光电二极管的伏安特性曲线．讨论所作曲线与图6所描述的规律是否符合．5、基带调制传输实验发射管和接收管的连接方式不变．将信号发生器信号输出接入发射装置信号输入端1，要求信号频率低于100KHz．将电压源输出连接到发射模块信号输入端2（注意按极性连接），调节电压源为，以提供直流偏置．将发射装置信号输入观测点接入双踪示波器的其中一路，观测输入信号波形．将接收装置信号输出端的观测点接入双踪示波器的另一路，观测经红外传输后接收模块输出的波形．观测信号经红外传输后，波形是否失真，频率有无变化，记入表5中．调节信号发生器输出幅度，当幅度超过一定值后，可观测到接收信号明显失真（参见图9），记录信号不失真对应的输入电压范围于表5中．转动接收器角度以改变接收到的光强，或在红外传输光路中插入衰减板，用遮挡物遮挡，观测对输出的影响，记入表5中．表5 基带调制传输实验对表5结果作定性讨论．6、副载波调制传输实验(1)观测调频电路的电压频率关系将发射装置中的电压源输出接入V-F变换模块的V信号输入，用直流信号作调制信号．根据调频原理，直流信号调制后的载波角频率偏移k V．将F信号输出的“频率测量”接入示波f器，观测输入电压与F信号输出频率之间的V-F变换关系．调节电压源，通过在示波器上读输出信号的周期来换算成频率（也可以直接用频率计读频率）．将输出频率f V随电压的变化记入表6中．表6 调频电路的f-V关系以输入电压作横坐标，输出角频率ωV =2πf V为纵坐标在坐标纸上作图．直线的斜率为调频系数k，求出f k．f(2)副载波调制传输实验通过信号发生器，将频率约为1KHz，幅度Vp-p小于5V的正弦信号接入发射装置V-F变换模块的外信号输入端，再将V-F变换模块F信号输出接入发射模块信号输入端2，用副载波信号作发光二极管调制信号．此时接收装置接收信号输出端输出的是经光电二极管还原的副载波信号，将接收信号输出接入F-V变换模块F信号输入端，在V信号输出端输出经解调后的基带信号．用示波器观测基带信号（将“外信号观测”接入示波器），以及经调频，红外传输后解调的基带信号波形（F-V变换模块的“观测点”），传输后的频率可以从F信号输入的“频率测量”处测得．将观测情况记入表7中．表7 副载波调制传输实验改变输入基带信号的频率（400～5KHz）和幅度，转动接收器角度使输入接收器的光强改变，观测F-V变换模块输出的波形．基带调制是幅度调制，基带传输实验中，衰减会使输出幅度减小，传输过程的外界干扰容易使信号失真．副载波传输采用频率调制，解调电路的输出只与接收到的瞬时频率有关，可以观察到在一定的范围内，衰减对输出几乎无影响，表明调频方式抗外界干扰能力强，信号失真小．对表7结果作定性讨论．7、音频信号传输实验将发射装置“音频信号输出”接入发射模块信号输入端；将接收装置“接收信号输出”端接入音频模块音频信号输入端．倾听音频模块播放出来的音乐．定性观察位置没对正，衰减，遮挡等外界因素对传输的影响，陈述你的感受．8、数字信号传输实验若需传输的信号本身是数字形式，或将模拟信号数字化（模数转换）后进行传输，称为数字信号传输，数字传输具有抗干扰能力强，传输质量高；易于进行加密和解密，保密性强；可以通过时分复用提高信道利用率；便于建立综合业务数字网等优点，是今后通信业务的发展方向．本实验用编码器发送二进制数字信号（地址和数据），并用数码管显示地址一致时所发送的数据．将发射装置数字信号输出接入发射模块信号输入端，接收装置接收信号输出端接入数字信号解调模块数字信号输入端．设置发射地址和接收地址，设置发射装置的数字显示．可以观测到，地址一致，信号正常传输时，接收数字随发射数字而改变．地址不一致或光信号不能正常传输时，数字信号不能正常接收．在改变地址位和数字为的时候，用示波器观察改变时的传输波形（接发射模块的“观测点”），加深对二进制数字信号传输的理解．【实验数据记录】表 1 部分材料的红外特性测量初始光强I0＝(mW)表2 发光二极管伏安特性与输出特性测量表3 红外发光二极管角度特性的测量表4 光电二极管伏安特性的测量表5 基带调制传输实验表6 调频电路的f-V关系表7 副载波调制传输实验【数据处理与分析】1、部分材料的红外特性测量初始光强I0＝(mW)对衰减可忽略不计的红外光学材料，用（6）式计算反射率，（9）式计算折射率．对衰减严重的材料，用（7）式计算反射率，（8）式计算衰减系数，（9）式计算折射率．2、发光二极管的伏安特性与输出特性测量以表2数据作所测发光二极管的伏安特性曲线和输出特性曲线．讨论所作曲线与图3，图4所描述的规律是否符合．3、发光管的角度特性测量根据表3中的数据，以角度为横坐标，光强为纵坐标，作红外发光二极管发射光强和角度之间的关系曲线，并得出方向半值角（光强超过最大光强５0％以上的角度）．4、光电二极管伏安特性的测量以表4数据，作光电二极管的伏安特性曲线．讨论所作曲线与图6所描述的规律是否符合．5、基带调制传输实验对表5结果作定性讨论．6、副载波调制传输实验(1)观测调频电路的电压频率关系以输入电压作横坐标，输出角频率ω=2πf V为纵坐标在坐标纸上作图．直线的斜率为调频系数k，求出f k．f(2)副载波调制传输实验对表7结果作定性讨论．【注意事项】1、发射管与接收管须同轴，应反复微调发射管与接收管，使显示值最大．2、注意保护透镜，勿用手指或其他物品接触镜头光学表面．3、作图请用坐标纸，并按要求认真完成．【预习题】1、发光二极管的发光原理是什么？2、光电二极管是怎样形成光电流的？【思考题】1、副载波调制与基带调制相比，有什么优点？2、光电二极管的光电流大小与哪些因素有关？。