光电传感实验

光电传感器实验

（二）辐射度与光度学

一、实验目的

了解辐射度学与光度学的区别。

二、实验内容

1、测量当前环境的照度值；

2、测量普通光源在供电电压不同的情况下的光照度；

3、测量不同颜色光在同一供电电压下的光照度；

4、测量激光器的光照度；

5、测量激光器的光功率值。

三、实验仪器

ZY13OFSens12SB 主机箱

普通光源,遮光筒,半导体激光器,光照度计探头,光功率计探头, 滤色片（七色）, 支架, 导线.

四、实验原理

辐射度单位和光度单位是两套不同的体系。辐射度单位适用于整个电磁波段，光度学只适用于可见光波段。本实验可以帮助学生理解这两种概念体系的区别和联系。

以电磁波形式或粒子（光子）形成传输的能量，它们可以用光学条件反射、成像或色散，这样能量传输及其传播过程称为光辐射。

为了对光辐射进行定量描述，存在着辐射单位和光度单位两套不同的体系，表2-1是常用的辐射度量和光度量之间的对应关系。

在光度单位中，发光强度是基本单位，定义为一个光源发出频率为540×1012 Hz的单色辐射。若在一给定方向上的辐射光度为1/683（W/Sr），则该光源在该方向上的的发光强度为1cd（坎德拉）。

本实验中备有普通光源和激光光源两种，普通光源的光谱为连续光谱。利用滤色片或通过分光镜后，可以提供红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器，发射的激光波长一般为630-680纳米。激光颜色为红色。本实验使用的激光器激光波长为650纳米。

五、数据记录与处理

表2-1 不同输入电压下的照度值

由表可以看出光照度值随输入电压的增大而增大。

表2-2不同波长下的照度值

光照度，即通常所说得勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。光照度是表明物体被照明程度的物理量。光照度与照明光源、被照表面及光源在空间的位置有关，大小与光源的光强和光线的入射角的余玄成正比，而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比。由表2-2可以看出光照度与波长没有明确的关系。

由表2-3可以看出激光器的光照度值随电压的变大二变大但是没有普通光源的变化率大。

由表2-4可以看出激光器的光功率随着输入电压的增大而增大。

六、实验思考题

辐度学和光度学的区别？光功率和光照度的区别？

答：对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学；在可见光波段内，考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学。

光功率，即光在单位时间内所做的功。光照度，即通常所说得勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。光照度是表明物体被照明程度的物理量。

七、实验总结

通过做本实验了解了光照度的概念以及与它有关的物理量以及具体关系，即光照度与照明光源、被照表面及光源在空间的位置有关，大小与光源的光强和光线的入射角的余玄成正比，而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比。

（三）光敏电阻实验

一、实验目的

了解光敏电阻工作原理、光照特性、伏安特性和光谱响应特性。

二、实验内容

1、光敏电阻暗电阻和亮电阻的测量；

2、光敏电阻光照特性测量；

3、光敏电阻伏安特性测量；

4、光敏电阻光谱特性测量。

三、实验仪器

ZY13OFSens12SB 主机箱，普通光源，遮光筒，cds 光敏电阻，光照度计探头，光电器件实验（一）模板，滤色片（七色），支架，导线。

四、实验原理

光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。

光敏电阻的暗电阻越大．而亮电阻越小．则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M欧，甚至高达100MΩ，而亮电阻即使在正常白昼条件下也可降到1kΩ以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。

光照特性、伏安特性和光谱特性是光敏电阻的基本特性。

五、数据记录与处理

图3-1 光照度与电流关系图

由图可以看出随着光照度的增大光电流随之增大，则表明光敏电阻阻值不断减小。

表3-3 不同光照度下的电压与电流

光照度/Lx

电流/uA

电压/V

1.25 2 3 4 5

100 0.32 0.52 0.79 1.06 1.33

300 0.55 0..88 1.33 1.78 2.21

500 0.70 1.12 1.69 2.25 2.67

图3-2 不同光照度下的电压与电流关系

由图可以看出相同光照条件下阻值基本保持不变，随着光照值增大图像斜率也增大即阻值减

滤色片颜色红橙黄绿青蓝紫波长/nm 650 610 570 530 480 450 400 10Lx照度下的电流0.99 1.16 1.36 1.37 0.82 1.37 0.84

图如下。

图3-3 波长与电流关系图

由图可以看出波长与电流没有明确的关系。

六、实验思考题

光敏电阻和普通电阻主要有什么不同？它有哪些特点？

答：光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，光敏电阻随光照强度的增加而变大。普通电阻随温度升高而变小。

特点：灵敏度高、光谱响应、光谱特性好、光照特性、温度系数/稳定性好、一致性强的性能.

七、实验总结

通过做本实验了解了光敏电阻的特性随光强的增大而增大，以及其光谱特性。但在做实验过程中由于滤光片不能很好的辨认与之对应使得做出的结果有点不符常规。希望老师贴上标签以便确认。

（五）光敏三极管特性实验

一、实验目的

了解光敏三极管工作原理、光照特性、伏安特性和光谱相应特性。

二、实验内容

1、光敏三极管的光照特性测量；

2、光敏三极管的伏安特性测量；