光电技术创新实训平台实验指导书

目录

实验仪说明 ..................................................... 错误!未定义书签。实验一、光控开关设计实验........................................ 错误!未定义书签。实验二、光照度计设计实验. (5)

实验三、光电报警设计实验 (8)

实验四、红外遥控设计实验 (13)

实验五、PSD位移测试设计实验 (21)

实验六、热释电报警器设计实验 (24)

实验七、光电转速计设计实验 (27)

实验八、光电测距设计实验 (30)

实验九、太阳能充电器设计实验 (33)

实验十、颜色识别系统设计实验 (38)

实验十一、光电开关里程表设计实验 (44)

实验仪说明

一、产品介绍：

光电技术是光学、电子学和计算机科学知识的高度集中，是跨学科的边缘技术。光电技术广泛应用于工农业和家庭生活等各领域。在这些领域中，几乎都涉及将光辐射信息转换为电信息的问题，即光辐射的检测问题。因此光电检测技术是光电技术的核心和重要组成部分。光电检测具有非接触、实时和高精度等特点，其技术得到迅速发展。光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的。它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。

GCGDCX-B型光电技术创新实训平台针对光电器件应用设计而开发，提供多种（可选）光电器件的应用模块、设计模块、以及设计中所需要的电子元器件，并配备有各种电源接口。学生根据所提供的实验模块进行设计，或根据所提供的实验模块进行二次开发，提高学生动手动脑能力及创新意识。

二、系统组成：

整个系统分4部分：

1、主机箱：主机箱主要为各设计模块提供电源供给以及模块固定。一个主机箱可以安

放六个设计模块。

2、实验模块：通过各实验模块完成各应用实验。

3、设计性实验物料：二次开发实验用。

4、导轨结构件组件：固定各种光电器件用。

实验一、光控开关设计实验

一、实验目的

1、了解和掌握光敏电阻光控开关应用原理

2、了解和掌握光控开关电路原理

二、实验内容

1、光敏电阻光控开关实验

2、设计性实验

三、实验仪器

1、光电创新实验仪主机箱

2、光控开关实验模块

3、连接线

4、万用表

四、实验原理

1、光敏电阻的结构与工作原理

光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。

光敏电阻的结构很简单，下图（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半????

??

?

(a)(b)(c)

导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，如图（b）所示。图（c）为光敏电阻的接线图。

2、本实验通过改变照射到光敏电阻上光强大小来控制继电器的开关状态，从而控制发光二极管指示灯的亮和灭。

五、注意事项

1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。

2、金色测试钩说明：Vlm为比较器输入电压测试点、Vyz为阈值电压测试点。

六、实验步骤

1、光敏电阻输出端金色插座对应接到“IN”端金色插座，“OUT”端对应接到继电器正负端。

2、打开电源开关，用万用表测量Vlm端电压，用手遮挡光敏电阻，分别记下明、暗时Vlm 电压。

3、调节阈值电压使Vyz值在明暗电压值之间。

4、用手遮挡光敏电阻，观察指示灯指示状况。

七、设计性实验

光控开关原理图如下，IN1 和CON1为光敏电阻输入端。U8为运算放大器，型号为OP07，此运算放大器构成比较器电路。当3脚电压高于2脚电压时输出高电平，三极管Q4截止继电器不吸合，发光二极管不发光。反之2脚输出低电平，三极管Q4导通，继电器得电导通，发光二极管发光。

八、思考题

分析光敏电阻应用场合。

实验二、光照度计设计实验

一、实验目的

1、了解和掌握光电池在光照度计上的应用原理

2、了解和掌握光照度计结构原理

3、了解和掌握光照度计电路设计原理

二、实验内容

1、光照度计测量光照度实验

2、光照度计设计实性验

三、实验仪器

1、光电创新实验仪主机箱

2、光照度计&光功率计设计模块

3、照度计探头

4、连接线

4、万用表

四、实验原理

光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（λ）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。

光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度I的点光源，在相距L处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即：

2

E

/L

I

式中：E——光照度，单位为Lx；

I——光源发光强度，单位为cd；

L——距离，单位为m。

光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如下图所示：

图 3-1

图中D为光探测器，图3-2为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；C为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满足余弦关系。余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫透射材料上时，光探测器接收到的始终是漫射光。余弦校正器的透光性要好；F为V（λ）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数V （λ），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行V（λ）匹配。匹配基本上都是通过给光探测器加适当的滤光片（V（λ）滤光片）来实现的，满足条件的滤光片往往需要不同型号和厚度的几片颜色玻璃组合来实现匹配。当D接收到通过C和F的光辐射时，所产生的光电信号，首先经过I/V变换，然后经过运算放大器A放大，最后在显示器上显示出相应的信号定标后就是照度值。