光电实验讲义(谢1、2)

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1、光电传感器实验讲义顾定安编河海大学物理实验中心2003．10光电传感器应用实验仪器介绍光电传感器是一种将光信号转变为电信号的光电转换器件。由于光电器件灵敏度高、响应速度快、可靠性高、结构简单、使用方便，而且具有“非接触测量”的特点，因此在自动检测和控制系统中有着十分广泛的应用。光电器件工作的物理基础是光电效应。在光的作用下，电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。受光照的物体导电率发生变化，或者产生一定方向电动势的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管、光电池等。光电传感器应用实验主要利用CSY10G型光电传感器系统实验仪完成一系列基于内光电效应的光

2、电器件的应用实验。比较简单的光电器件包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、光断续器等；特殊用途的光电器件有PSD光电位置传感器、热释电红外传感器、光纤传感器、CCD电荷耦合图象传感器等。光电传感器系统实验仪将各种光电传感器、被测体、信号源、仪表显示、信号采集、处理电路及实验所需的温度、位移、光源、旋转装置等集中于一机。仪器顶部工作台上安装各种传感器和测试部件，包括热释电红外传感器、温度源、慢速电机、衍射光栅、固体激光器、PSD光电位置传感器、CCD电荷图象传感器、位移平台、光电器件安装板、莫尔条纹光栅位移传感器、光纤传感器、光电断续器、旋转电机等，其布局如图1；正面面

3、板为控制操作和测量显示面板，包括直流稳压电源、电压/频率表、微安表、电机开关及调速旋钮、光源和热源开关等，布局如图2上半部分；水平面板用于各种传感器件和相应的检测电路模块的连接，其接口布局如图2的下半部分。图1工作台布局图工作台的光电器件板上已装有七个器件和一个备用试件插座，器件分布如图2的右上角所示。其中ab为光敏二极管、cd为红外光敏管、ef为光敏三极管、gh为红外接收管、ij为光电阻、kl为光电池、mn为发光二极管、op为试件插座。上述器件的引脚分别与水平面板上相应的器件连接插孔相通，实验时只要用导线直接在水平面板上连接即可。注意光电器件板上的试件插座分别与水平面板上的

4、光敏电阻Ⅱ、光电池Ⅱ、发光二极管Ⅱ、Ⅲ相通，以便插上不同的试件时使用相应的器件连接插孔。水平面板上包括实验选配、光敏灯控、光敏三极管、光电池光强测试、光耦合器、PSD光电位置、热释电红外探测、光纤变换、红外检测等九个模块。实验选配模块包括三个可调电阻和两个三极管，可供实验时选用。使用时要接上适当的电源。其他八个模块已接上相应的电源，只要连接有关的光敏器件和发光二极管即可正常工作，其“Vo”端输出光敏传感器响应光信号后产生的电压信号，可连接电压表读出。光电传感器系统实验仪提供十种传感器：1、光敏二极管：由具有光敏特性的PN结制成，不同的二极管光谱范围是不同的。2、光敏三极管：具

5、有NPN或PNP结构的半导体光敏管，引出电极二个，较之光敏二极管具有更高的灵敏度。3、光敏电阻：CdS材料制成，其电阻值随光照强度而改变。4、光电池：根据光生伏特效应原理制成的半导体PN结，光谱响应范围在50~100μm光波长之间。5、光断续器：透过型的红外发射-接收器件。6、光纤传感器：导光型红外发射-接收传感器，可测位移、转速、振动等。7、PSD光电位置传感器：一维半导体光点位置敏感传感器，测试范围≤10mm，灵敏度≥0.01mm。8、CCD电荷耦合图象传感器：物体轮廓与图象监测，光敏面尺寸4mm×3.5mm。9、热释电红外传感器：工作范围波长5~10μm红外光,探测距离

6、≥5m。10、光栅传感器：光栅衍射及光栅距测试、光栅莫尔条纹精密位移测试。其他器材包括：温度源：电加热器，温升≤100℃。光源：12V安全电压，高亮度卤钨灯；各色高亮度LED发光管。慢速电机：控速电机及遮温叶片组成。位移装置：位移范围25mm,精度1μm。旋转电机：转速0~2400转/分。直流稳压电源：±12V、±2V~10V、激光电源、CCD电源。数字电压/频率表：31/2位显示，精度1%。微安表：0~100μA，精度2.5%。光电传感器系统实验仪内置数据采集和通信模块，通过串行通信电缆与计算机相连接。需要采集的电信号由正面面板上电压/频率表下方的“IN”端口接入；采集方式

7、及采集指令由微机（点击相关图标按钮）通过串行口发出，实验仪完成数据采集后通过串行口把数据传送给计算机显示。计算机配置图象卡可采集CCD摄象机的视频信号。测试软件可以利用图象信息进行简单的处理和测量。注意事项：实验时要随时注意仪器的工作电压是否正常，应杜绝电源之间相互短路。CCD摄象机及一体组装的移动导轨请根据实验需要按布局图安装在导轨基座上。请特别注意：固体激光器插头不要插入CCD电源插孔，否则会烧坏激光器。请注意当高亮度光源打开时对仪器有一定的干扰，特别是在小信号数据采集时应避免开灯，光源灯头及电源线