光电检测实验报告

题    目：   光电检测实验报告                  

姓    名：    孙鹏                                      

学    院：    自动化学院                          

专    业：    测控与仪器                       

班    级：     232122                           

学    号：    20121003920                     

    指导老师：    莫  文  琴                       

1.学习掌握光电二、三极管的工作原理

2.学习掌握光电二、三极管的基本特性

3.了解光电二、三极管应用差异

     光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也约大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

1.光电二极管暗电流测试实验

将光电二极管单元中的采样电阻开关打到200M；将光电二极管探头放入频率特性光源的圆筒中；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。打开电源开关，记下电压表读数，根据Ii=V/Rf，计算暗电流大小=       29pA        。

2.光电二极管光电流测试实验

将光电二极管单元中的采样电阻开关打到10K；将光电二极管探头放入光谱盒后面的传感器安装孔；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。打开电源开关，记下电压表读数，根据Ii=V/Rf，计算光电流大小.

3.光电二极管伏安特性测试实验

将光电二极管与电流表串联接入电路中，并将探头放入光谱盒后面的传感器安装孔；输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。分别改变采样电阻，把电流表、电压表的读数填入表中

光照度为210 lx时

光照为200 lx时

光照为150 lx时

根据实验2和实验3的结果，画出光电二极管的伏特特性曲线。

4.光电二极管频率特性测试实验

将光电二极管单元中的采样电阻开关打到2K；将光电二极管探头放入频率特性光源的圆筒中；将其输出V0接入示波器第一通道，示波器的第二通道接频率特性单元探测孔。比较示波器两波形，分析光电二极管的频率特性，响应时间为    26us            。

5.光电二极管光谱特性测试实验

将光电二极管单元中的采样电阻开关打到5K；将光电二极管探头放入光谱盒后面的传感器安装孔；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。按下光源开关，调节光强至最大。旋转光谱调整螺母，依次改变狭缝的透过光谱，并记下此时电压读数。

6.光电三极管暗电流测试实验

将光电三极管单元中的采样电阻开关打到200M；将光电三极管探头放入频率特性光源的圆筒中；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。打开电源开关，记下电压表读数，根据Ii=V/Rf，计算暗电流大小=        38.5pA        。

7.光电三极管光电流测试实验

将光电三极管单元中的采样电阻开关打到10K；将光电三极管探头放入光谱盒后面的传感器安装孔；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。按下光源开关，调节光强至最大。打开电源开关，记下电压表读数，根据Ii=V/Rf，计算光电流大小。

8.光电三极管伏安特性测试实验

光电三极管与电流表串联后连接到电路中；将光电三极管探头放入光谱盒后面的传感器安装孔；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档；分别改变采样电阻，把电流表、电压表读数填入下表。

照度：400lx

   照度：300lx

  照度：200lx

根据实验2和实验3的结果，画出光电三极管的伏特特性曲线。

9.光电三极管频率特性测试实验

将光电三极管单元中的采样电阻开关打到2K；将光电三极管探头放入频率特性光源的圆筒中；将其输出V0接入示波器第一通道，示波器的第二通道接频率特性单元探测孔。比较示波器两波形，分析光电三极管的频率特性，响应时间为     24us             。

10.光电三极管频谱特性测试实验

将光电三极管单元中的采样电阻开关打到5K；将光电三极管探头放入光谱盒后面的传感器安装孔；将其输出V0接入电压表，电压表测量范围至20V档。按下光源开关，调节光强至最大。旋转光谱调整螺母，依次改变狭缝的透过光谱，并记下此时电压读数。

1.了解光开关（反射式、对射式）的工作原理及其特性

2.了解并掌握使用光开关测量转速的原理及方法

     光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输资讯中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在电脑数位通信及即时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加其工作之可靠性。本实验介绍两种器件，反射式和对射式光电传感器。

按电路符号将对射式光耦中的“发射二极管”和“接收三极管”接入电路。

1.对射式光开关实验（非调制）

请说明对射式光耦处在转盘不同位置时，转速测量电路中发光二极管的状态；并简述理由。

     光耦与圆孔处于相对时，LED灯亮；光耦与铁板相对时，LED灯熄灭。

     对射式光耦经过转盘圆孔时，由于二极管发射的光照到光敏三极管上，二极管输出电流，转速测量驱动三极管导通，转速测量电路的发光二极管发亮；当反射式光耦正下方为铁盘即离开圆孔时，发光二极管发射的光没有被光敏二极管接受时，光敏三极管几乎没有电流输出，使转速测量电路的三极管截止，转速测量电路的发光二极管不亮。

2.反射式光开关实验（非调制）

请说明反射式光耦处在转盘不同位置时，转速测量电路中发光二极管的状态；并简述理由。

    光耦与圆孔处于相对时，LED熄灭；光耦与铁板相对时，LED灯亮。

    反射式光耦经过转盘圆孔时，由于二极管发射的光没有直接透射没有反射到接受光敏三极管上，输出为低电平，转速测量驱动三极管没有导通，转速测量电路的发光二极管不亮；当反射式光耦正下方为铁盘即离开圆孔时，发光二极管发射的光被光敏三极管接受，输出电流，使转速测量电路的三极管导通，转速测量电路的发光二极管导通。

3.对射式光开关实验（调制）

按电路符号将对射式光耦中的“接收三极管”接入电机下方的解调电路，用手拨动电机转盘，使接收三极管可以通过电机转盘上的圆孔接收到发射二极管的发射光。调节“中心频率”旋钮，当锁相环的中心频率与调制频率基本一致时，锁相环输出一低电平，发光二极管熄灭。请分析原因？

    当电机转盘上的圆孔接收到发射二极管的发射光时，光耦输出导通，调制信号可以进入锁相环电路，当锁相环的中心频率与调制频率基本一致时输出为低电平，而此时LED灯会熄灭。

4.反射式光开关实验（调制）

为什么要对光耦发射的光进行调制？此时，“发射二极管”发出的光强是如何变化的？

    光耦其实是电气隔离开光，当输入信号需要抽样采集时，可以用光耦进行调制，产生一定频率一定占空比的开关信号，这样可以分离不同信号，也可以隔离因电信号产生的干扰。发光二极管接受到的是脉冲信号，可以通过调制光耦的开关占空比调节发光二极管的强度。因为实验中光耦的调制有电机控制，且占空比固定，转速可调（即调制频率可调），随着电机转速的加速，发光二极管由一闪一灭的效果逐渐变得不闪灭，光线给人一种错觉越来越暗，其实发光的功率没有变。  

5.对射式光开关转速测量实验

      当圆孔转到光耦下，发光二极管点亮，当圆孔远离光耦时，发光二极管熄灭；调节转速，会发现发光二极管跳动的速度越来越快，最后发现二极管感觉常亮了。

  6反射式光开关转速测量实验

     当圆孔转到光耦下，发光二极管熄灭，当圆孔远离光耦时，发光二极管点亮；调节转速，会发现发光二极管跳动的速度越来越快，最后发现二极管感觉常亮了。由于圆孔的位置比铁板少，相同速度下，发光二极管的亮度强于反射式二极管发射的亮度。

7   光音频调制/解调实验

按照电路符号把对射式光耦中的“发射二极管”和“接收三极管”接入仪表的音频调制电路。请思考反射式光电开关和对射式光电开关，分别在转盘处于什么位置时，喇叭会发出声音？说明了什么？

     反射式，光耦处相对于于铁板时，由于发射二极管的光被接受三极管接受，光耦三极管导通，驱动喇叭发音；对射式，光耦处于圆孔对面时，由于发射二极管的光被接受三极管接受，光耦三极管导通，驱动喇叭发音。

1.了解光纤位移传感器工作原理及其特性

2.了解并掌握光纤位移传感器测量位移的方法

1.光纤位移光学系统组装调试实验

2.光纤位移传感器输出信号误差补偿实验

旋转测微头使反射片贴紧光纤位移传感器端面（x=0），用数字电压表测量第二级放大器的输出电压。若不为零，将补偿调零电位器接入放大器+端。调节“增益”电位器的大小，调节补偿调零电位器使电压输出为零；进一步减小电压表量程（2V/200mV），调节补偿调零电位器，使电压输出为零。

3.光纤位移传感测距实验

数字电压表置2V档，旋转测微头使反射光逐渐离开光纤传感器端面，观察反射片上光斑的变化，并每隔0.1mm读出数字电压表显示值，填入表中。

根据上述数据，作出光纤位移传感器的位移特性图

4.实验误差分析

计算前坡、后坡输出的灵敏度S、线性度L的大小。

由光标指示可得前坡灵敏度为17.6mV/mm,后坡输出灵敏度为-9.2mV/mm.前坡的线性度强于后坡。说明光纤位移传感器在微小距离内有一定的线性度，超过其最大反射强度后，其线性度降低。

5.光纤位移传感器测速实验

简述为什么要对光纤接收的信号电压进行调节，再进行测速？

光纤测速只测量入射光与反射光是否在同一传输路径上的开关量，由于环境外界光源的干扰即电子器件本身的噪声，直接采集光强的信息需要复杂的转换电路及程序算法才能确定每次入射光与反射光是否处于同一通道内，若对光纤接受的信号电压事先进行调节，当光纤信号电压达到某一阈值时，光通道连接上，否则断路，这样只需知道开关信号就可以知道入射光与反射光是否接通。