1、儀器 說 明CSY10G型光電傳感器系統實驗儀是為了適應現代光電傳感器實驗教學課程所需而研制的實驗儀器 。其特點是將各種光電傳感器、被測體、信號源、儀表顯示、信號采集、處理電路及實驗所需的溫度、位移、光源、旋轉裝置集中于一機，可以方便地對十種光電傳感器進行光譜特性、光電特性、溫度特性等二十余種實驗。并可根據實驗原理自主開發出更多的實驗內容。實驗儀主要由實驗工作臺、信號控制及儀表顯示、圖象和數據采集、光電轉換/處理電路組成。位于實驗儀頂部的工作臺部分，分別布置有熱釋電紅外傳感器、溫度源、慢速電機、衍射光柵、固體激光器、PSD光電位置傳感器、CCD電荷圖象傳感器、位移平臺、光電器件安裝板、莫爾條紋

2、光柵位移傳感器、光纖傳感器、光電斷續器、旋轉電機等。（詳見實驗儀工作臺布局圖）傳感器：（十種）1、 光敏二極管：由具有光敏特性的PN結制成，不同的二極管光譜范圍是不同的。2、 光敏三極管：具有NPN或PNP結構的半導體光敏管，引出電極二個，較之光敏二極管具有更高的靈敏度。3、 光敏電阻：CdS材料制成，其電阻值隨光照強度而改變。4、 光電池：根據光生伏特效應原理制成的半導體PN結，光譜響應范圍在50100m光波長之間。5、 光斷續器：透過型的紅外發射-接收器件。6、 光纖傳感器：導光型紅外發射-接收傳感器，可測位移、轉速、振動等。7、 PSD光電位置傳感器：一維半導體光點位置敏感傳感器，測試范

3、圍10mm，靈敏度0.01mm。8、 CCD電荷耦合圖象傳感器：物體輪廓與圖象監測，光敏面尺寸4mm×3.5mm。9、 熱釋電紅外傳感器：工作范圍波長510m紅外光,探測距離5m。10、 光柵傳感器：光柵衍射及光柵距測試、光柵莫爾條紋精密位移測試。溫度源：電加熱器，溫升100。光源：12V安全電壓，高亮度鹵鎢燈；各色高亮度LED發光管。慢速電機：控速電機及遮溫葉片組成。位移裝置：位移范圍25mm,精度1m。旋轉電機：轉速02400轉/分。直流穩壓電源：±12V、±2V10V、激光電源、CCD電源。數字電壓/頻率表：3 1/2位顯示，精度1%。微安表：0100A，精

4、度2.5%。 試件插座：位于光電器件模板上，可供實驗者插入隨機所帶附件中提供的光電器件進行實驗比較，試件插座與儀器下部面板上的傳感器接口處的“光敏電阻”、“光電池”、“發光二極管、”的備用插座相并接，實驗時試件可插入試件插座，也可插入相關傳感器的備用插座。實驗選配單元：實驗者可利用儀器提供的電源、電位器、三極管、部分光電器件、儀表及實驗連接線組成光電器件的光譜、照度、伏安特性等測試電路。實驗時，傳感器接入光電轉換/處理電路相應的傳感器接口，按照實驗內容正確操作，確認無誤后開啟電源。實驗者可利用儀器提供的試件插座對相同種類不同型號的光電傳感器進行性能測試比較。請按照說明安裝好圖象卡及實驗軟件，正

5、確進行選項設置，并在詳細了解了實驗軟件內容和操作方法后進行實驗。實驗前應檢查儀器的工作電壓是否正常，實驗連接線是否完好，實驗中應避免電源之間相互短路。圖象卡的視頻線及數據采集卡的通信線務請連接正確。請注意當高亮度光源打開時對儀器有一定的干擾，特別是在小信號數據采集時應避免開燈，光源燈頭及電源線接頭應注意保持接觸良好。CCD攝象機及一體組裝的移動導軌請根據實驗需要按布局圖安裝在導軌基座上。請特別注意：固體激光器插頭不要插入CCD電源插孔，否則會燒壞激光器。光電實驗儀器在實驗時應注意背景光的影響，必要時有些實驗應在暗光下進行。請注意本儀器為實驗性儀器，大多實驗主要是對光電傳感器進行定性的分析演示，

6、而非應用工程中的定量測試。通過完成本實驗儀的實驗內容，期望能對實驗者在光電傳感器方面的認識有所加深，為以后的工程應用打下基礎。儀器使用前應對各項傳感器、公共電路進行檢查，如能完成實驗指導書中的相應內容，則儀器性能正常。實驗一 光敏電阻特性實驗實驗原理:光敏電阻又稱為光導管,是一種均質的半導體光電器件,其結構如圖(1)所示。由于半導體在光照的作用下,電導率的變化只限于表面薄層,因此將摻雜的半導體薄膜沉積在絕緣體表面就制成了光敏電阻，不同材料制成的光敏電阻具有不同的光譜特性。光敏電阻采用梳狀結構是由于在間距很近的電阻之間有可能采用大的靈敏面積,提高靈敏度。實驗所需部件:穩壓電源、光敏電阻、負載電阻

7、（選配單元）、電壓表、各種光源、遮光罩、激光器實驗步驟:1、 測試光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻觀察光敏電阻的結構,用遮光罩將光敏電阻完全掩蓋,用萬用表測得的電阻值為暗電阻R暗,移開遮光罩，在環境光照下測得的光敏電阻的阻值為亮電阻，暗電阻與亮電阻之差為光電阻，光電阻越大，則靈敏度越高。在光電器件模板的試件插座上接入另一光敏電阻，試作性能分析。2、 光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流按照圖(3)接線，電源可從+2+8V間選用，分別在暗光和正常環境光照下測出輸出電壓V暗和V亮則暗電流L暗=V暗/RL,亮電流L亮=V亮/RL，亮電流與暗電流之差稱為光電流，光電流越大則靈敏度越高。分別測出兩種光敏電阻

8、的亮電流，并做性能比較。3、光敏電阻的光譜特性： 圖（2）幾種光敏電阻的光譜特性用不同的材料制成的光敏電阻有著不同的光譜特性，見圖（2）光敏電阻的光譜特性曲線。當不同波長的入射光照到光敏電阻的光敏面上，光敏電阻就有不同的靈敏度。按照圖(3)接線,電源電壓可采用直流穩壓電源的負電源。用高亮度LED（紅、黃、綠、藍、白）作為光源，其工作電源可選用直流穩壓電源的正電源。發光管的接線可參照圖（15）。限流電阻用選配單元上的1K100K檔電位器，首先應置電位器阻值為最大，打開電源后緩慢調小阻值，使發光管逐步發光并至最亮，當發光管達到最高亮度時不應再減小限流電阻阻值,確定限流電阻阻值后不再改變。依次將各發

9、光管接入光電器件模板上的發光管插座，發光管與光敏電阻頂端可用附件中的黑色軟管連接。分別測出光敏電阻在各種光源照射下的光電流，再用激光教鞭、固體激光器作為光源，測得光電流，記錄兩種光電阻的光譜特性：紅_黃_綠_藍_白_激光教鞭_固體激光器_。4. 伏安特性: 光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系。按照圖(3)分別測得偏壓為2V、4V、6V、8V、10V時的光電流，并嘗試高照射光源的光強，測得給定偏壓時光強度的提高與光電流增大的情況。將所測得的結果填入表格并作出V/I曲線。5. 溫度特性:光敏電阻與其他半導體器件一樣,性能受溫度影響較大.隨著溫度的升高電阻值增大,靈敏度下降。請按圖(3)測試電

10、路，分別測出常溫下和加溫(可用電烙鐵靠近加溫或用電吹風加溫，電烙鐵切不可直接接觸器件)后的伏安特性曲線。6. 光敏電阻的光電特性：在一定的電壓作用下，光敏電阻的光電流與照射光通量的關系為光電特性見圖（4）所示。 圖（4）光敏電阻的光電特性 圖（3）的實驗電路電源可選用+12V穩壓電源，適當串入一選配單元上的可變電阻，阻值在10K左右。發光LED接直流穩壓電源的210V電壓檔，調節電路使發光管剛好發光，將發光管與光敏電阻頂端相連接，蓋上遮光罩，測得光電流_，然后依次將發光管工作電壓提高為4V，6V，8V，10V，測得光電流。或：置于暗光條件下，打開高亮度光源燈光，調節光源與光敏電阻的距離和照射角

11、度，改變光敏電阻上入射光的光通量，觀察光電流的變化。注意事項: 實驗時請注意不要超過光電阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV 光源照射時燈膽及燈杯溫度均很高，請勿用手觸摸，以免燙傷。實驗二 光電阻的應用-暗光亮燈電路實驗原理:按照圖(5),在放大電路中,當光照度下降時晶體管T基極電壓升高，T導通,集電極負載LED流過的電流增大,LED發光,這是一個暗通電路.。 實驗所需部件:光敏電阻、光敏燈控電路(或實驗選配單元)、電壓表實驗步驟:1. 將光敏電阻接入光敏燈控電路。調節控制電位器,使其在自然光下負載發光二極管不亮。2. 分別用白紙、帶色的紙、書本和遮光板擋住光照，觀察燈控電路的亮燈情

12、況。其原理與馬路燈光控制情況是否相同?3. 根據圖(5)暗通電路原理,試設計一個亮通電路.實驗三 光敏二極管特性實驗實驗原理:光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。光敏二極管結構見圖(6)。實驗所需部件:光敏二極管、穩壓電源、負載電阻、遮光罩、光源、電壓表(自備4 1/2位萬用表).、微安表實驗步驟:按圖(7)接線,注意光敏二極管是工作在反向工作電壓的。由于硅光敏二極管的反向

13、工作電流非常小，所以應提高工作電壓，可用穩壓電源上的±10V或±12V串接。1、 暗電流測試用遮光罩蓋住光電器件模板,電路中反向工作電壓接±12V,打開電源，微安表顯示的電流值即為暗電流，或用4 1/2位萬用表200mV檔測得負載電阻RL上的壓降V暗，則暗電流L暗=V暗/RL。一般鍺光敏二極管的暗電流要大于硅光敏二極管暗電流數十倍。可在試件插座上更換其他光敏二極管進行測試比較。2、 光電流測試:取走遮光罩，讀出微安表上的電流值,或是用4 1/2位萬用表200mv檔測得RL上的壓降V光,光電流L光=V光/RL。3、 靈敏度測試:改變儀器照射光源強度及相對于光敏器件的

14、距離，觀察光電流的變化情況。4、 光譜特性測試:不同材料制成的光敏二極管對不同波長的入射光反應靈敏度是不同的。由圖（8）可以看出，硅光敏二極管和鍺光敏二極管的響應峰值約在80100m，試用附件中的紅外發射管、各色發光LED、光源光、激光光源照射光敏二極管，測得光電流并加以比較。圖（8）光敏管的伏安特性曲線 圖（9）光敏二極管的光譜特性曲線 注意事項:本實驗中暗電流測試最高反向工作電壓受儀器電壓條件限制定為±12V（24V），硅光敏二極管暗電流很小，不易測得。實驗四 光敏管的應用-光控電路實驗目的:了解光敏管在控制電路中的具體應用。實驗所需部件:光敏二極管或光敏三極管、光控電路、光源、

15、電壓表實驗步驟:1. 按圖(10)接線,注意光敏管的極性。調節控制電路,使其在自然光下負載發光管不亮。2. 分別用白紙帶色的紙書本和遮光板改變改變光敏管的光照，觀察控制電路的亮燈情況。實驗五 光敏三極管特性測試實驗原理：光敏三極管是具有NPN或PNP結構的半導體管，結構與普通三極管類似。但它的引出電極通常只有兩個，入射光主要被面積做得較大的基區所吸收。光敏三極管的結構與工作電路如圖（11）所示。集電極接正電壓，發射極接負電壓。實驗所需部件：光敏三極管、穩壓電源、各類光源、電壓表（自備4 1/2位表）、微安表、負載電阻實驗步驟：1、 判斷光敏三極管C、E極性，方法是用萬用表歐姆20M測試檔，測得

16、管阻小的時候紅表棒端觸腳為C極，黑表棒為E極。2、 暗電流測試：按圖（11）接線，穩壓電源用±12V，調整負載電阻RL阻值，使光敏器件模板被遮光罩蓋住時微安表顯示有電流，這即是光敏三極管的暗電流，或是測得負載電阻RL上的壓降V暗，暗電流LCEO=V暗/RL。（如是硅光敏三極管，則暗電流可能要小于10-9A，一般不易測出。3、 光電流測試：取走遮光罩，即可測得光電流I光，通過實驗比較可以看出，光敏三極管與光敏二極管相比能把光電流放大（1+HFE）倍，具有更高的靈敏度。3、 伏安特征測試： 光敏三極管在給定的光照強度與工作電壓下，將所測得的工作電壓Vce與工作電流記錄，工作電壓可從

17、77;4V±12V變換，并作出一組V/I曲線。4、 光譜特性測試：對于一定材料和工藝制成的光敏管，必須對應一定波長的入射光才有響應。按圖（11）接好光敏三極管測試電路，參照光敏二極管的光譜特性測試方法，分別用各種光照射光敏三極管，測得光電流，并做出定性的結論。5、 光電特性測試： 圖（12）光敏三極管的溫度特性 圖（13）光敏三極管的光電特性曲線在外加工作電壓恒定的情況下，照射光通量與光電流的關系見圖（13），用各種光源照射光敏三極管，記錄光電流的變化。 6、 溫度特性測試：光敏三極管的溫度特性曲線如圖（12）所示，試在圖（11）的電路中，加熱光敏三極管，觀察光電流隨溫度升高的變化情

18、況。 思考題：光敏三極管工作的原理與半導體三極管相似，為什么光敏三極管有兩根引出電極就可以正常工作？實驗六 光敏三極管對不同光譜及光強的響應實驗原理： 在光照度一定時，光敏三極管輸出的光電流隨波長的改變而變化，一般說來，對于發射與接收的光敏器件，必須由同一種材料制成才能有此較好的波長響應，這就是光學工程中使用光電對管的原因。實驗所需部件： 光敏三極管、發光二極管（包括紅外發射管、各種顏色的LED）、試件插座、直流穩壓電源、電壓表（自備4 1/2位）實驗步驟：1、 按圖（14）接好光敏三極管測試電路，電路中的光敏三極管為紅外接收管，電路中的光源采用紅外發光二極管，必須注意發光二極管的接線方向。發

19、光二極管的光都是通過頂端的透鏡發射的，因此實驗時必須注意二極管與三極管的相對位置。(頂端透鏡相對)2、 接好如圖（15）所示的發光二極管電路，注意發光二極管限流電阻阻值的調節，發光二極管可插在試件插座上。實驗中發光電路可用多種顏色的LED。3、 用黑色膠管將發光二極管與光敏三極管對頂相連，并用遮光罩將它們罩住，如果光譜一致的話則測試電路輸出端信號變化較大，反之則說明發射與接收不配對，需更換發光源。4、 調整發光二極管發光強度（可調節電位器）或改變與光敏管的相對位置，重復上述實驗。注意事項：發光二極管限流電阻一定不能太小，否則將損壞發光源。實驗七 光電池特性測試.實驗原理: 光電池的結構其實是一

20、個較大面積的半導體PN結，工作原理即是光生伏特效應,當負載接入PN兩極后即得到功率輸出。實驗所需器件: 兩種光電池、各類光源、測試電路、電壓表(4 1/2位)自備、微安表、激光器實驗步驟:圖(16)為光電池結構原理及測試電路。1. 光電池短路電流測試：光電池的內阻在不同光照時是不同的，所以在測得暗光條件下光電池的內阻后,應選用相對小得多的負載電阻。(這樣所測得的電流近似短路電流)試用阻值為5、10、20、30的負載電阻接入測試電路。打開光源，在不同的距離和角度照射光電池，記錄光電流的變化情況，可以看出，負載電阻越小，光電流與光強的線性關系就越好。2. 光電池光電特性測試：光電池的光生電動勢與光

21、電流和光照度的關系為光電池的光電特性。用遮光罩蓋住光電器件模板，用電壓表或4 1/2位萬用表測得光電池的電勢，取走遮光罩，打開光源燈光，改變燈光投射角度與距離，即改變光電池接收的光通量，測量光生電動勢與光電流的變化情況，可以看出，它們之間的關系是非線性的，當達到一定程度的光強后，開路電壓就趨于飽和了。光電池光譜特性測試：光電池的光譜特性可參見圖（18）所示，硒光電池的光譜響應范圍 3070µm，硅光電池的光譜響應在50100µm。3. 光電池接入圖（16）測試電路，在各種光照條件下（自然光、白熾燈、日光燈、光源光、激光）測得光生電勢與光電流，或按光電器件光譜特性的測試方法，

22、將各種光源在額定工作電壓下光照光電池時產生的光電勢、光電流做比較。 圖（18）光電池的光譜特性曲線4 光電池伏安特性測試： 圖（19）光電池的伏安特性曲線當光電池負載為電阻時，光照射下的光電池的輸出電壓與電流的關系。見圖（19）。曲線與橫坐標的交點為光電池開路電壓值，與縱坐標的交點為短路電流值。當接入負載電阻RL時，負載線RL與伏安特性曲線的交點為工作點，此時光電池的輸出電流與電壓的乘積為光電池的輸出功率P光。圖（19）硅光電池的光電特性曲線5 按照本實驗步驟1，分別測得在不同負載條件下，光電池的輸出功率，求得最佳工作點。6.將光電池分別串、并聯,測出其工作性能與輸出功率,并得出定性的結論。注

23、意事項: 光電池串、并聯時請注意電壓極性，以免電壓相互抵消或短路。實驗八 光電池應用-光強計實驗所需部件:光電池(或串或并均可)、光強測試電路單元實驗步驟:1. 按圖(20)將光電池接入光電池實驗單元，注意電池極性。發光二極管接入時也應注意極性。2. 調節光電池受光強度，分別在光照很暗、正常光照和光照很強時觀察兩個發光二極管不亮、稍亮、兩個都很亮，這樣就形成了一個簡易的光強計。思考題：如何將此電路改造成可更細分光照強度的光強計?實驗九 紅外光敏管應用-紅外檢測實驗所需部件:紅外光敏二極管及三極管、測試電路單元、紅外發射管、其他熱源、LED發光二極管實驗步驟: 1. 按圖(21)將紅外光敏二極管

24、（三極管）及發光LED接入電路，注意元件極性。2. 將紅外發光二極管接入圖(15)所示工作電路，發光二極管逐步靠近紅外光敏管，調節發光管限流電阻，觀察電路輸出端電壓是否有變化。3. 將熱源逐步靠近紅外光敏管,觀察電路反應情況。4. 用其他類型的發光管代替紅外發光二極管,看電路是否能動作。注意事項：紅外發射與紅外接收光敏管必須光譜特性一致，紅外發射管的發射功率如太小也會使電路不動作。實驗十 光纖位移傳感器原理實驗原理: 本實驗儀中所用的為傳光型光纖傳感器,光纖在傳感器中起到光的傳輸作用，因此是屬于非功能性的光纖傳感器。光纖傳感器的兩支多模光纖分別為光源發射及接收光強之用，其工作原理如圖(22)所

25、示。光纖傳感器工作特性曲線如圖(23)所示。一般都選用線性范圍較好的前坡為測試區域。實驗所需部件: 光纖、光電變換器、放大穩幅電路、紅外發射及檢測電路（光纖變換電路內）、反射物（電機葉面）、電壓表.實驗步驟:1. 觀察光纖結構：一支發射、另一支為接收的多模光纖為半圓形結構，光纖質量的優劣可通過對光照射觀察光通量得出結論。2. 光電傳感器內發射光源是近紅外光,接收近紅外信號后經穩幅及放大。判斷光電變換器中兩個安裝孔位置具體為發射還是接收可采用如以下辦法:將光纖變換器電壓輸出端接電壓表輸入端，光電變換塊四芯航空插頭接入光纖變換器四芯插座，將雙支光纖的其中一根插入光電變換塊中的一孔，觀察電壓表輸出情

26、況。將接通電源的紅外發光管靠近光纖探頭，如VO端有電壓輸出則此孔為接收放大端，如單獨插入另一孔,光纖探頭靠近接通電源的紅外光敏三極管,探測電路動作則說明此孔為紅外光源發射。3. 將兩根光纖均裝入光電變換塊,裝入時注意不要過分用力,以免影響到變換塊中光電管的位置。分別將光纖探頭置于全暗無反射和對準較強光源的照射，光纖變換器輸出電壓應分別為零和最大值。注意事項: 光纖三端面均經過精密光學拋光,其端面的光潔度直接會影響光源損耗的大小,需仔細保護。禁止使用硬物、尖銳物體碰觸，遇臟可用鏡頭紙擦拭。如非必要，最好不要自行拆卸，觀察光纖結構一定要在實驗老師的指導下進行。實驗十一 光纖傳感器應用-測溫傳感器實

27、驗原理: 光纖變換電路中的紅外接收-放大部分如接收熱源中的紅外光，輸出電壓就會隨溫度變化。實驗所需部件: 光纖、光電變換塊、光纖變換電路、電壓表、熱源、移動平臺。實驗步驟:1. 將一根光纖插入實驗十中已確定的光電變換塊中的接收孔,并將端面朝向光亮處，使輸出電壓Vo變化,確定無誤，并用緊定螺絲固定位置。2. 將光纖探頭端面垂直對準一黑色平面物體（最好是黑色橡膠、皮革等）壓緊，此時光電變換器VO端輸出電壓為零。3. 將光纖探頭放入一個完全暗光的環境中，電路VO端輸出為零。用手指壓住光纖端面，即使在暗光環境中，電路也有輸出，這是因為人體散射的紅外信號通過光纖被紅外接收管接收后經放大后轉換成電信號輸出

28、。4. 將光纖探頭靠近熱源（或是探頭垂直與散熱片緊貼），打開熱源開關，觀察隨熱源溫度上升，光電變換器VO端輸出變化情況。注意事項:光纖探頭應避免太靠近熱源電加熱絲,以免損壞探頭及護套。實驗者也請勿用手觸摸加熱片，以免燙傷。實驗十二 光纖傳感器-位移測試實驗所需部件: 光纖、光電變換塊、光纖變換電路、電壓表、反射片(電機葉片)、位移平臺實驗步驟:1. 將光纖、光電變換塊與光纖變換電路相連接,注意同一實驗室如有多臺光電傳感器實驗儀,由于光電變換塊中的光電元件特性存在不一致,則光纖變換電路中的發射接收放大電路的參數也不一致，故請做實驗之前將光纖光電變換塊和實驗儀對應編號,不要混用,以免影響正常實驗。

29、2. 光纖探頭安裝于位移平臺的支架上用緊定螺絲固定,電機葉片對準光纖探頭,注意保持兩端面的平行。3. 盡量降低室內光照,移動位移平臺使光纖探頭緊貼反射面，此時變換電路輸出電壓Vo應約等于零。4. 旋動螺旋測微儀帶動位移平臺使光纖端面離開反射葉片，每旋轉一圈(0.5毫米)記錄Vo值,并將記錄結果填入表格,作出距離X與電壓值mv的關系曲線。5. 從測試結果可以看出,光纖位移傳感器工作特性曲線如圖(23)所示分為前坡和后坡。 前坡范圍較小，線性較好。后坡工作范圍大但線性較差。因此平時用光纖位移傳感器測試位移時一般采用前坡特性范圍。根據實驗結果試找出本實驗儀的最佳工作點。（光纖端面距被測目標的距離）實

30、驗十三 光纖傳感器-轉速與振動測試實驗所需部件: 光纖、光電變換塊、光纖變換電路、測速電機、電壓/頻率表、示波器實驗步驟:1. 光纖變換電路中Fo端輸出為整形電路輸出，它可以將光纖探頭所測到脈動信號整形為標準的5VTTL電平輸出，以供儀器中的數據采集卡計數之用。根據實驗十二的結果,將光纖探頭安裝與距電機反射葉片最佳工作點處。2. 開啟轉速電機,調節轉速，用示波器觀察Vo端輸出電壓波形和經過整形的Fo端輸出方波的波形，如Fo端無輸出則可能是Vo端輸出電壓過高,可適當降低放大增益，直至FO端有方波輸出為止。3. 用示波器或頻率計讀出電機的轉速。4. 示波器探頭接于光電變換器VO端，放大器增益置最大

31、，根據實驗十二結果，探頭安裝在距反射葉片的最佳工作點處。開啟電源與旋轉電機，調節示波器，以能穩定地觀察輸出波形為好。讀出相鄰輸出波形峰值之差，根據位移測試標定結果，判斷旋轉電機葉片的抖動情況，得出電機轉動是否平穩的結論。注意事項：測試電機葉片時輸出電壓峰值之差是比較小的，所以要特別注意背景光的影響。實驗十四. 光耦合器件-光斷續器實驗原理: 光耦合器件是由發光與受光器件組成,輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，只能由光來傳遞信號。光耦合器又分光電耦合器和光斷續器兩種,所用的發光、受光器件都相似。光電耦合器主要用于電路的隔離,光斷續器主要是用來測試目標物體的有無，功能的不同使它們的安裝結構不同，本實

32、驗儀中的光耦合器件為光斷續器。圖(24)為光斷續器原理圖。實驗所需部件: 光斷續器、轉速電機、電壓/頻率表、示波器、整形電路實驗步驟:1. 觀察光斷續器的結構：這是一種透過型的光斷續器,近紅外發光二極管發出的光信號經光敏達林頓電路接收放大整形后輸出，光斷續器發射光電源信號由光耦電路中的±12V電源提供。（光耦合器單元中V1、V2端口）2. 連接好光斷續器的光源激勵電源及Vo端與頻率表的實驗接線，開啟電機,用示波器觀察光斷續器輸出端Vo的轉速波形。3. 將Vo端輸出的電壓波形接入整形電路，從整形電路輸出的為標準的5VTTL電平，此信號可用做數據采集頻率計數信號。電機轉速 （轉/秒）頻率

33、表讀數÷2思考題:光電耦合器與光斷續器主要是元件安裝位置上的差別,試想如果將光斷續器作為光電耦合器是否可能?在結構上應做什么改變?實驗十五 菲涅爾透鏡性能實驗實驗原理: 菲涅爾透鏡是一種精密的光學系統,專門是用來與熱釋電紅外傳感器配套使用。其結構如圖(25)所示。它由經過特殊設計的透鏡組構成，上面的每個透鏡單元都只有一個不大的視場，相鄰兩個單元透鏡的視場即不連續也不重疊,都相隔一個盲區。當熱源在透鏡前運動時,順次從某一單元透鏡視場進入又退出，透鏡的功能就是將連續的熱源信號變成斷續的輻射信號,使熱釋電傳感器能正常工作。實驗所需部件: 菲涅爾透鏡、激光器(或其它經過聚焦的光源)實驗步驟:

34、 仔細觀察菲涅爾透鏡結構,用激光器從正面照射菲涅爾透鏡,用一白紙放在透鏡下做投射光背景面。當激光光點照射到透鏡正面并相對移動時,白紙上的投射光會出現一個接一個的斷續光斑,而光斑始終都是集中在透鏡中部的。實驗十六 紅外光傳感器-熱釋電紅外傳感器性能實驗原理:熱釋電紅外傳感器的具體結構和內部電路如圖(26)所示，主要由濾光片、PZT熱電元件、結型場效應管FET及電阻、二極管組成.。其中濾光片的光譜特性決定了熱釋電傳感器的工作范圍。本儀器所用的濾光片對5m以下的光具有高反射率，而對于從人體發出的紅外熱源則有高穿透性，傳感器接收到紅外能量信號后就有電壓信號輸出。實驗所需部件: 熱釋電紅外傳感器、慢速電

35、機、熱釋電處理電路、電加熱器、電壓表實驗步驟:1. 將菲涅爾透鏡裝在熱釋電紅外傳感器探頭上,探頭方向對準熱源方向,按圖標符號將傳感器接入處理電路，接好發光二極管。開啟電源,待電路輸出穩定后開啟熱源,同時將慢速電機葉片撥開不使其擋住熱源透射孔。2. 隨熱源溫度上升,觀察熱釋電紅外傳感器的Vo端輸出電壓變化情況。可以看出傳感器并不因為熱源溫度上升而有所反應。3. 開啟慢速電機,調節轉速旋鈕,使電機葉片轉速盡量慢,不斷的將透熱孔開啟遮擋。此時用電壓表或示波器觀察輸出電壓端Vo就會發現輸出電壓隨熱源的變化而變化。當達到告警電壓時,則發光管閃亮。4. 逐步提高電機轉速,當電機轉速加快,葉片斷續熱源的頻率

36、增高到一定程度時,傳感器又會出現無反應的情況，請分析這是什么原因造成的？(可結合熱釋電紅外傳感器工作電路原理分析)注意事項：慢速電機的葉片因為是不平衡形式，加之電機功率較小，所以開始轉動時請用手撥動一下。實驗十七 紅外光傳感器-熱釋電紅外傳感器人體探測實驗所需部件: 熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡、電壓表實驗步驟:1. 將實驗十六中傳感器的安裝方向調整180°面對儀器前實驗者，連接傳感器探頭與處理電路,輸出端Vo接電壓表。2. 開啟電源,待電路穩定后,實驗者從探頭前經過,移動速度從慢到快,距離從近到遠,觀察傳感器的反應，記錄下傳感器最大探測距離。3. 在探頭前裝上菲涅爾透鏡,重復步驟（

37、2）,并嘗試在探頭的不同視場范圍進入,記錄下裝透鏡后最大的探測距離和探測角度。加深對菲涅爾透鏡作用的了解。實驗十八. 光電位置敏感器件-PSD傳感器實驗原理:PSD(position sensitive detector)是一種新型的橫向光電效應器件,當入射光點照在器件光敏面上時,激發光生載流子而產生電流I，光生電流的大小與光點的大小無關,只和光點在器件上的位置有關系。當光點位于器件中點(原點)時,光生電流I1=I2，根據這一原理,將PSD器件兩極電流I1、I2變換成電壓信號后再進行運算即可知道光點的位置。PSD器件工作原理見圖(27)實驗所需器件: PSD基座(器件已裝在基座上)、固體激光器

38、、反射體、PSD處理電路、電壓表實驗步驟:1. 通過器件上端圓形觀察孔觀察PSD器件及在基座上的安裝位置,連接好PSD器件與處理電路,開啟儀器電源,輸出端Vo接電壓表,此時因無光源照射,PSD前聚焦透鏡也無因光照射而形成的光點照射在PSD器件上,Vo輸出的為環境光的噪聲電壓,試用一塊遮光片將觀察圓孔蓋上,觀察光噪聲對輸出電壓的變化。2. 將激光器插頭插入“激光電源”插口，激光器安裝在基座圓孔中并固定。注意激光束照射到反射面上時的情況，光束應與反射面垂直。旋轉激光器角度，調節激光器光點，（必要時也可調節PSD前的透鏡）使光點盡可能集中在器件上。3. 仔細調節位移平臺，用電壓表觀察輸出電壓VO的變

39、化，當輸出為零時，再分別測兩個信號電極I1、I2端口的電壓值，此時兩個信號電壓應是基本一致的。4. 從原點開始，位移平臺分別向前和向后位移10mm,因為PSD器件對光點位置的變化非常敏感，故每次螺旋測微儀旋轉5格（1/10mm）,并將位移值（mm）與輸出電壓值（V0）記錄列表，作出V/X曲線，求出靈敏度S，SV/X。根據曲線分析其線性。注意事項：實驗中所用的固體激光器光點可調節，實驗時請注意光束不要直接照射眼睛，否則有可能對視力造成不可恢復的損傷。每一支激光器的光點和光強都略有差異，所以對同一PSD器件，光源不同時光生電流的大小也是不一樣的。實驗時背景光的影響也不可忽視，尤其是采用日光燈照明時

40、，或是儀器周圍有物體移動造成光線反射發生變化時，都會造成PSD光生電流改變，致使單元V0輸出端電壓產生跳變，這不是儀器的毛病。如實驗時電壓信號輸出較小，則可調節一下激光器照射角度，使輸出達到最大。實驗十九 PSD器件特性光電特性實驗目的：了解PSD器件對入射光強度改變的反應及光點大小對光生電流的影響。實驗所需器件激光器、激光教鞭、小型聚焦燈泡（自備）、PSD器件及放大變換電路、電壓表、示波器實驗步驟：1、 在實驗十八的基礎上調整位移平臺前后最大位置，使光點盡量靠近PSD器件邊緣，如位移范圍不夠則可將激光器在激光器座中的位置前后作些調整。2、 開啟激光電源，記錄激光照射時VO端輸出值。3、 將光

41、源更換成激光教鞭或聚光小燈泡，記錄下不同光源照射時輸出端的VO值。4、 調節PSD入射光聚焦透鏡（或激光器調焦透鏡），使光斑放大，依次重復步驟1、2，觀察輸出電壓的變化。5、 根據實驗結果作出PSD器件光電特性的定性結論。實驗二十 光柵衍射實驗光柵距的測定實驗目的：了解光柵的結構及光柵距的測量方法。實驗所需部件：光柵、激光器、直尺與投射屏（自備）。實驗步驟：1、 激光器放入光柵正對面的支座中用緊定螺絲固定，接通激光電源后使光點對準光柵中點。2、 在光柵后面安放好投射屏，觀察到一組有序排列的衍射光斑，與激光器正對的光斑為中央光斑，依次向兩側為一級、二級、三級衍射光斑。如圖（28）所示。請觀察光斑

42、的大小及光強的變化規律。3、 根據光柵衍射規律，光柵距D與激光波長、衍射距離L、中央光斑與一級光斑的間距S存在下列的關系：（式中單位：L、S為mm，為nm, D為m）根據此關系式，已知固體激光器的激光波長為650nm，用直尺量得衍射距離L、光斑距S，即可求得實驗所用的光柵的光柵距。4、 嘗試用激光器照射用做莫爾條紋的光柵，測定光柵距，了解光斑間距與光柵距的關系。5、 將激光器換成激光教鞭，測定其波長。實驗二十一 光柵衍射測距實驗續實驗二十實驗步驟：按照光柵衍射公式，已知光柵距、激光波長、光斑間距，就可以求出衍射距離L。將激光對準衍射光柵中部，在投射屏上得到一組衍射光斑，根據公式求出L。調整投射

43、屏與光柵的距離，并盡可能試用不同的激光器，將測得的各參數L、S、D、填入表格，以驗證公式。實驗數據表序號1234L(mm)S(mm)D(m)實驗二十二 光柵莫爾條紋原理實驗原理：如果把兩塊光柵距相等的光柵平行安裝，并且使光柵刻痕相對保持一個較小的夾角時，透過光柵組可以看到一組明暗相間的條紋，即為莫爾條紋。莫爾條紋的寬度B為： B=P/sin 其中P為光柵距。光柵刻痕重合部分形成條紋暗帶，非重合部分光線透過則形成條紋亮帶。光柵莫爾條紋的兩個主要特征是：判向作用：當指示光柵相對于固定不動的主光柵左右移動時，莫爾條紋將沿著近于柵線的方向上下移動，由此可以確定光柵移動的方向。位移放大作用：當指示光柵沿著與光柵刻線垂直方向移動一個光柵距D時，莫爾條紋移動一個條紋間距B，當兩個等距光柵之間的夾角較小時，指示光柵移動一個光柵距D，莫爾條紋就移動KD的距離。K=B/D1/。B=D/2sin/2d/，這樣就可以把肉眼看不見的柵距位移變成清晰可見的條紋位移，實現高靈敏的位移測量。實驗所需部件：光柵組、移動平臺實驗步驟：1、 安裝好主光柵與指示光柵，使兩光