光电传感器测量系统的设计

光电传感器测量系统的设计

检测技术与应用课程设计报告

系别自动化工程系

班级

姓名

学号

指导教师

2011年1月

光电传感器测量系统的设计

一、设计目的

1、了解光电式传感技术的基本原理，掌握光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池传感器等的结构、原理、特性及使用注意事项。掌握光电效应的概念。

2、了解各种光电元件的性能参数指标及一些其他特性。

3、掌握数字光照度计的使用方法。

4、了解典型传感器的技术指标，重点掌握传感器的设计要求。

5、掌握正确调试电路的方法。

6、掌握常用仪器设备的正确使用方法，利用开放式传感器实验

箱更具体的了解光电传感器的工作原理和应用，学会简单传感器

控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。

7、掌握基本的传感器设计方法，进一步了解常规敏感元器件的工作原理和特性，

二、设计任务及要求

1.测量光照强度与电压的关系并作出正确的曲线及图表。

2.根据所提供的设备，正确选择传感器、相关元件。

计算机、LabVIEW虚拟仪器软件和DRLAB快速可重组综合实验台为必选设备；

传感器的范围已经给定，选择正确传感器并写出选择依

据、其他元件可根据自己需求自行选择；

尽量写出其他可以实现测量目的的其他相关传感器。

3.论述基本原理，并画出相关电路图。

论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理；电路图参考教材电路自己设计。

4.按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路。

在调试电路时注意各元件的性能参数指标，避免损坏。

光电传感器在不同的光强不同的温度下所对应的电阻值均不相

同，不同的环境下所得到的结果差别较大，但对结

果进行分析得出的特性与光电传感器特性相一致，因所处环境的差别本结果仅作为参考。

硬件调试中注意将光电传感器靠近光源，将光照度计靠近光电传感器，操作的正确性可以有效减小误差。

注意遮蔽周围环境的强光，特别是在日光灯下进行操作时要小心

谨慎。

5.参考已完成的脚本，使用LabVIEW来设计光电传感

器虚拟仪器，包括前后面板。

脚本中的控件自己任意选择（注意：不能和已完成的脚本完全一样）。脚本中应注出自己与合作者的姓名、班级等信息。

6.软硬件结合验证，并调试，直到测试正确。

给出测量的结果和分析，包括数据数据表格和曲线关系等。

三、选择的仪器和设备

1.计算机。

bVIEW 虚拟仪器软件，使用的是LabVIEW 821

LabVIEW虚拟仪器软件：（1）它是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。（2）LabVIEW集成了

与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX

等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。（3）LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。（4）LabVIEW应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括前面板（front panel ）、流程图（block

diagram ）以及图标/连结器（icon/connector）三部分。（5）LabVIEW程

序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW

特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。

3.DRLAB快速可重组综合实验台。

4.开放式传感器实验箱。采用开放式系统结构。

5.光敏三极管。

光敏三极管又称为光电三极管、光电晶体管，其结构与普通三极管相似，都具有电流放大作用，只是基极电流不仅受基极电压控制，还受光照的控制。光敏三极管工作时各极所加电压与普通三极管相同，集电结反向偏置，发射结正向偏置，及集电极接正电压，其发射极接负电压。光照射发射

结产生的光电流，相当于基极电流，因此集电极电流是光电流的B 倍。当光照射时，在集电结附近产生光生电子一一空穴对，载流子在内建电场作用下，电子流向集电极，空穴流向基极，相当于外界向基极注入了控制电流。而基极、集电极、发射极又构成一个具有放大作用的三极管，完成光电流的放大。光敏三极管的基本特性包括光谱特性、伏安特性、光照特性、温度特性和响应特性等。光谱特性是指在入射光照度一定时，输出的光电流随光波波长的变化而变化；伏安特性显示出光敏管的

光电效应性质，因为在无偏压时，光敏三极管仍有光电流输出，它在不同照度下的输出特性和普通三极管在不同基极电流时的输出特性一样；光照特性显示了光敏三极管的光电流与照度的关系；温度特性对其输出电流影响较小，但对暗电流影响却十分明显；响应速度比光敏二极管慢得多。

6.电阻、光源、跳线等。

四、总体设计

（一）设计方案

1.传感器的选择：光敏三极管（光电传感器），如图1-1、

1-2、1-3 所示。

图1-1光敏三极管

图1-2光敏三极管简单等效电路图图1-3光敏三极

管电路图

光敏三极管是光电转化半导体器件，具有NPN或PNP吉

构的半导体管。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做的较小，入射光主要被基区吸收。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。它的发射结与光敏二极管一样具有光敏特性。它的集电结与普通晶体管一样，可以获得电流增益。光照射发射结产生的光电流相当于基极电流，因此集电极电流是光电流的& szlig;倍，

所以光敏三极管比光敏二极管有更高的灵敏度，但噪声也比光敏二极管大。在结构上，为了保证入射光可靠地作用于发射结，基区面积做得较大，发射区面积做的较小。将光敏三极管接在电路中时，它的集电极接正电压，发射机接负电压