信号与测试技术实验报告光纤光电传感实验

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1、1一11状电段2—尢畀体光纤光电传感实验一、实验目的1.了解光纤传感器原理及位移测量的原理；2.了解光敏电阻和光电开关的工作原理及应用。二、实验仪器光纤光电传感器实验模块，示波器：DS5062CE,微机电源：WD990型,±12V,万用表：VC9804A型，电源连接电缆，螺旋测微仪三、实验原理1.光敏电阻由半导体材料制成的光敏电阻，工作原理基于内光电效应，当掺杂的半导体薄膜表面受到光照时，其导电率就发生变化。不同的材料制成的光敏电阻有不同的光谱特性和时间常数。由于存在非线性，因此光敏电阻一般用在控制电路中，不适用作测量元件。信号变换器图2光敏电阻

2、图1光敏电阻应用电路示意2.红外发光管与光敏三极管光敏三极管与半导体三极管结构类似，但通常引出线只有二个，当具有光敏特性的PN结受到光照时，形成光电流，不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，光敏三极管较之光敏二极管能将光电流放大(1+hFE)倍，因此具有很高的灵敏度。与光敏管相似，不同材料制成的发光二极管也具有不同的光谱特性，由光谱特性相同的发光二极管与光敏三极管组成对管，安装成如图3形式，就形成了光电开关（光耦合器或光断续器）。2(b)外发光二■■2—光■三■■3-XH4-引■进过■尢■響0的结构图3透过型光断续器结构1.光纤传感器反射式

3、光纤传感器工作原理如图4所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一束为光源发射，近红外二级管发出的近红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器件转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。!1!实验步骤（-）光敏电阻实验（1）观察光敏电阻，分别将光敏电阻置于光亮和黑暗之处，测量其亮电阻和暗电阻，暗电阻和亮电阻之差为光电阻值。记录亮电阻和暗电阻。在给定工作电压下，通过亮电阻和暗电阻的电流为亮电流和暗电流，其差为光敏电阻

4、的光电流。光电流越大，灵敏度越高。（2）在光纤光电传感器实验模块上，将光敏电阻接入暗灯控制电路的输入端插座。（3）连接微机电源和光纤光电传感器电源接口，其中电缆的橙蓝线为+12V,白蓝线为・12V,隔离皮（金色）为地，切记勿接错！（4）暗灯控制电路输出端VOut接万用表和示波器；万用表置电压档；打开电源开关和示波器、万用表开关。（5）改变光敏电阻的光照程度，观察示波器、万用表的变化，记录变化现象;调节“光电阻暗灯控制"旋钮，观察不同光照强度下输出电压的变化情况，记录变化现象。（二）光电开关（1）观察光电开关结构:传感器是一个透过型的光断续器，工作

5、波长3uni左右,可以用来检测物体的有无，物体运动方向等。反射体茨卩…位移0)234567mm图4反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线（2）连接光断续器与光断续器的插孔（R、G、B分别连接红线.绿线、黑线）连接电源与光纤光电传感器实验模块的电源接口，示波器接光断续器的变换器输出端Vout。（3）打开电源，用手转动旋转电机叶片分别挡住与离开传感光路，观察输出端信号波形。（4）调节“电机转速控制"旋钮，调节转速，在示波器上观察VoiU端连续方波信号输出，记录方波信号的特性（周期、频率等），计算旋转电机转速（最后以转/分为单位）。转速测量公式为:转

6、速二频率示值一2（5）记录几个不同转速的方波图形，求出电机转度，写入实验报告中。（三）光纤传感器（1）观察光纤结构：本实验仪所配的光纤探头为半圆型结构，由数百根导光纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。（2）电源与光纤光电传感器实验模块电源接口；连接光纤探头至光纤位移传感器的“光纤探头接入"插孔；光纤探头装到光纤探头安装支架上，探头垂直对准反射片中央（镀珞圆铁片），螺旋测微仪装到支架上，以带动反射镜片位移。（3）打开电源开关，光纤位移传感器变换器的Vout端接电压表，适当调节“光纤变换增益''旋钮及光线探头和螺旋测微仪的位置，使当最大电压处不

7、饱和。（4）首先旋动测微仪使其刻度为0,调节探头紧贴反射镜片（如两表面不平行可稍许扳动光纤探头角度使两平面吻合），此时Vout^O,然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔0.2mm记录一数值，直到无法记录数据为止。将数据填入表1。（5）根据表格所列结果，作出电压•位移曲线，指出线性工作范围。观察光纤传感器输出特性曲线的前坡与后坡波形，通常测量用的是线性较好的前坡范围。五、数据处理（1）写出光敏电阻的实验现象并进行分析;现象：将光敏电阻置于光亮和黑暗之处，测量其亮电阻为2/IOkQ,暗电阻为66・0kQ。当光敏电阻的光照程度较强时，LED灯不亮，

8、万用表输出电压U1=0.11V;当光敏电阻的光照程度较弱时，LED灯亮，万用表输出电压U2=2.03V,光照程度变化时，示波器波形有跳变