光电传感器技术实验指导
太原理工大学物理与光电工程学院太原理工大学测控技术研究所
2014年10月21日
实验一光敏电阻特性参数及其测量
1、光敏电阻伏安特性实验
1.1、实验目的
通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。
1.2、实验仪器
① GDS-Ⅲ(或Ⅳ)型光电综合实验平台1 台；
② LED 光源1 个；
③光敏电阻 1 个；
④通用光电器件实验装置 2 只
⑤光电器件支杆 2 只；
⑥连接线 20 条；
⑦示波器探头2 条；
☆注意事项：LED发光二极管正负极性问题（从侧面观察两条引出线在管体内的形状，较小的是正极），与之对应的通用光电器件实验装置中，白螺钉一端为正极，黑螺钉一端为负极。通用光电器件引线红色为正，黑色为负。
1.3、实验原理
某些物质吸收了光子的能量后，产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导(或电阻)随入射光度量变化器件，称为光电导器件或光敏电阻。
当光敏电阻受到光的照射时，其材料的电导率发生变化，表现出阻值的变化。光照越强，它的电阻值越低。因此，可以通过一定的电路得到输出信号随光的变化而改变的电压或电流信号。测量信号电压或电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）将急剧变化，因此电路中电流将迅速增加。便可获得光敏电阻随光或时间变化的特性，即光敏电阻的特性参数。
1.4、实验步骤
利用图1实验装置可以测量出光敏电阻的伏安特性，并能够画出其伏安特性曲线。
实验过程可以采用如下步骤：下面利用光电综合实验平台提供的硬件资源，模拟示波、模拟伏安特性以及其功能软件，直接对光敏电阻进行伏安特性的测量实验，在计算机界面上直接得到光敏电阻的伏安特性曲线。
具体实验步骤如下：
a. 电路接通无误后将LED与光敏电阻闭合、固定，接通平台电源，进入如平台软件的主界面，在主界面中点击“伏安特性实验”选项。在参数设置框中对伏安特性实验的参数进行设置，主要有两项，分别是采样频率（250Hz）——阶梯波与扫描锯齿波的工作频率，和发出锯齿波的级数选择(4级)。点击示波器进行观测。
b. 执行“返回”，更换采集方式。返回到主界面后，单击“数据采集”菜单，显示屏将显示出光敏电阻的伏安特性曲线，保存数据。
1.5、实验结果及分析
测量光敏电阻伏安特性。
思考：图1中R2、R3的作用。
2、光敏电阻时间响应特性实验
2.1、实验目的
通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。
2.2、实验仪器
① GDS-Ⅲ(或Ⅳ)型光电综合实验平台1 台；
② LED 光源1 个；
③光敏电阻 1 个；
④通用光电器件实验装置 2 只
⑤光电器件支杆 2 只；
⑥连接线 20 条；
⑦示波器探头2 条；
2.3、实验原理
(1) 弱辐射条件下的时间响应
设入射辐射如右图上方的方波所示光脉冲，其辐射通量Φe 表示为：
光敏电阻的光电导率Δσ和光电流I e 随时间变化的规律为如上图下方所示的输出波形，其变化规律为：
与I e0分别为弱辐射作用下的光电导率和光电流的稳态值。
式中Δσ
显然，当t >> r 时，Δσ=Δσ0，Ie =I e0；当t = τr时，Δσ =0.63Δσ0，I =0.63I e0；τ
定义为光敏电阻的上升时间常数，即光敏电阻的光电流上升到稳态值IΦe0的63%所需要的时间。
r
停止辐射时，入射辐射通量Φe 与时间的关系为：
同样，可以推导出停止辐射情况下的光电导率和光电流随时间的变化规律
当t =τ f 时，Δσ0下降到Δσ=0.37Δσ0，I e0 下降到I =0.37I e0；当t >>τ f 时，Δσ0与I e0 均下降到0；可见，在辐射停止后，光敏电阻的光电流下降到稳态值的37%所需要的时间称为光
。
敏电阻的下降时间常数，记为τ
f
显然，光敏电阻在弱辐射作用下的上升时间常数τr 与下降时间常数τ f 近似相等。
（2）强辐射条件下的时间响应
如右图所示为较强的辐射通量Φe（图的上方）脉冲作用于光敏电
阻时的输出波形（图的下方波形），无论对本征型还是杂质型的光敏
电阻，光激发载流子的变化规律由下式表示，其中，设入射辐射为方波
脉冲
光敏电阻电导率σ的变化规律为：
其光电流的变化规律为：
显然，当t>>τ时，Δσ=Δσ0，I e=I e0；当t=τ时，Δσ=0.76Δσ0，I e=0. 76 I e0。在强辐射
定义为强辐射作用下的上升时间常数。入射时，光敏电阻的光电流上升到稳态值的67%所需要的时间τ
r
当停止辐射时，由于光敏电阻体内的光生电子和光生电荷需要通过复合才能恢复到辐射作用前的稳定状态，而且随着复合的进行，光生载流子数密度在减小，复合几率在下降，所以，停止辐射的过渡过程要远远大于入射辐射的过程。停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为：
2.4、实验步骤
利用图1实验装置可以测量出光敏电阻的时间响应特性，并能够画出其时间响应特性曲线。
具体实验步骤如下：
a. 电路接通无误后将LED与光敏电阻闭合、固定，接通
平台电源，进入如平台软件的主界面，在主界面中点击“时间响应实验”选项。然后，再从时间响应
实验栏的“采样频率”选项中设置适当的频率，最后，采用两个示波探头CH1 与CH2 分别接在电阻R
e
端测量方波输入脉冲和光敏电阻变换电路的输出上，然后点击“采集数据”菜单。“时间相应测量结果的界面”，界面分为两部分，上部显示加在光敏电阻上的输入方波脉冲的波形，其横轴为时间坐标，显示以方波脉冲光作用到光敏电阻上，下部分为光敏电阻变化电路的输出信号，对比上下两部分波形，观测光敏电阻的时间响应特性。
b.调节R2，使得方波信号工作在非饱和状态。测量光敏电阻在强（R1=510Ω）、弱（R1=1MΩ）两种辐射作用下时间响应特性。例如，弱辐射的上升时间测量方法为：上升曲线边缘处点击鼠标右键，在上升到稳态50%点击鼠标右键，弱辐射条件下光敏的上升时间为两者差，可从界面右下角处直接读出。
2.5、实验结果及分析
测量光敏电阻在强、弱两种辐射作用下时间响应特性，并分别计算出对应的上升、下降时间，将结果进行比较。关机与结束
①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；
②先将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验二光电二极管的特性参数及其测量
1、实验目的
硅光电二极管是最基本的光生伏特器件，掌握了光电二极管的基本特性参数及其测量方
法对学习其他光伏器件十分有利。通过该实验，要熟悉光电二极管的光电灵敏度、时间响应、
光谱响应等特性。
2、实验仪器
①GDS-Ⅲ(或Ⅳ)型光电综合实验平台1 台；
②LED 光源1 个；
③光电二极管1 只；
④通用光电器件实验装置 3 只；
⑤光电器件支杆2 只；
⑥连接线20 条；
⑦示波器探头2 条；
☆注意事项：LED与光电二极管的区别以及正负极性问题（从顶端看去，能够看出它们的差异，光电二极管的光敏面积，即显深颜色部分，较大；发光二极管没有）。光电二极管的长引脚为正、短引脚为负。通用光电器件引线红色为正，黑色为负。
3、实验原理
光电二极管是典型的光生伏特器件，它只有一个PN 结。光电二极管的全电流方程为：
式中前一项称为扩散电流，也称为暗电流，用I d 表示；后一项为光生电流，常用IP 表示。显然，扩散电流I d 与加在光电二极管上的偏置电压U有关，当U=0 时，扩散电流为0。扩散电流I d 与偏置电压U的关系为：
式中，I D 为PN 结的反向漏电流，与材料中的杂质浓度有关；q 为电子电荷量，k 为波尔曼常数，T为环境的绝对温度。显然，上式描述了光电二极管的扩散电流与普通二管没有什么区别。而与入射辐射有关的电流I p 为：
式中，h为普朗克常数，α为硅材料的吸收系数，d 为光电二极管在光行进方向上的厚度，λ为入射光的波长。显然，对单色辐射来讲，当光电二极管确定后，上述参数均为常数。
因此，结论为光电二极管的光电流随入射辐射通量Φe，λ线性变化，式中的负号表明光生电流的方向与扩散电流的方向相反。
4、实验内容
①光电二极管伏安特性的测量；
②光电二极管时间响应特性的测量；（选作）
5、实验步骤
①光电二极管伏安特性的测量
a.将LED、光电二极管接入中通用光电器件实验装置（注意正负极性），按图1搭建电路。电路检查无误后将LED与光电二极管闭合，避免杂散光的影响，打开实验平台开关。
b. 调出光电综合实验平台的执行软件界面，在界面上先选中“伏安特性实验”。点击界面上的“示波器”，所示的示波器显示界面，选择通道1 为红色，通道2 为蓝色，再点击“开始”菜单，屏幕上将显示出各通道输入信号的波形。
c. 调节电路参数，使输出信号波形的每个台阶的高度均有一定的差异，高度尺寸不太小或太大，此时光电二极管的变换电路调得比较合适。点击停止按键，然后在主界面上再点击“数据采集”，保存光电二极管器件的伏安特性曲线图。
②光电二极管时间响应特性的测量
a. 按图2搭建电路，电路检查无误后，进行“时间响应实验”。
b. 调节电路参数，观测时间响应特性，并保存。
6、实验结果及分析
①测量光电二极管的伏安特性曲线。
②测量光电二极管的时间响应特性曲线。
关机与结束
①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；
②先将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验三PSD位置传感器实验
1.实验目的
通过PSD 光电位置传感器的原理实验，掌握光伏器件的横向效应和利用横向效应制造出的光点位置传感器（PSD），并了解有关PSD 的应用技术。
2. 实验仪器
①GDS-Ⅲ（或Ⅳ）型光电综合实验平台主机1 台；
②一维PSD 光电位置传感器及其夹持器1 件；
③点状半导体激光器1 只；
④二维调整架1 只；
3.实验内容
将装载有点光源的被测物体所发出的圆形光点落入到一维PSD 器件上，其两个电极分别输出两路电流，电流强度的和与差值与光点距器件中心位置的距离有关，因此，可用电流强度来度量光点在PSD 上的位置，既用电流测出被测物体的位置。
4. 实验原理
如右图所示为PIN型PSD器件的结构示意图，它由3层构成，上面
为p型层，中间为i型层，下面为n型层；在上面的p型层上设置有两个电极，两电极间的p型层除具有接受入射光的功能外还具有横向分布电阻的特性。即p型层不但为光敏层，而且是一个均匀的电阻层。
当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为x A时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电极的电流I0为I1与I2之和。即：
若以PSD器件的几何中心点O为原点，光斑中心距原点O的距离为x A，则：
利用上式即可测出光斑能量中心对于器件中心的位置x A，它只与电流I1和I2的和、差
及其比值有关，而与总电流无关。
5. 实验步骤
a.搭建实验装置。从实验平台备件箱中取出PSD 实验装置，并将其用支持架固定在光电综合实验平台上。固定的时候要求PSD 光敏面与光学平台台面平行。然后再将点状半导体激光器（LD 光源）装置安装到下面装有二维调整架上，使二维调整架能够沿PSD 长度
方向微调，构成右图所示的结构。
b. 将激光器LD电源正极与Vcc连接，负极与50Ω电阻串联后接地。串联电阻的作用为防止电路电流过大烧坏激光器。
c. PSD器件搭设。PSD有三个引脚：红、黄、黑，红色引脚接电流表正极，黄色引脚接另一电流表正极，黑色引脚分别接入电流表负极。
d. 打开试验台开关，调节调整架位置，使激光器的光斑落在PSD的中间位置，分别读出I1与I2的值。然后调节微调器，使光斑沿PSD敏感面移动，边移动边记录电流I1与I2的值，从调整架或微调器上测出位移量△X，观测并记录位移量与电流变化量的关系。
6. 实验结果及分析
画出△X与I1-I2的关系曲线。思考入射光电大小对测量结果的影响。
关机与结束
①将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新作上述实验；若合理，可以关机；
②先退出计算机软件，关掉计算机电源，再将实验平台的电源关掉；
③最后，将所用的配件放回配件箱；将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验四非接触物体外形尺寸的测量实验
1、实验目的
本实验是在光电综合实验平台上利用线阵CCD 相机、非接触测量物体尺寸的基本部件和成像物镜等自行搭建的方法来完成，通过实际搭建的测量系统使学生的动脑分析、动手操作的能力大幅度提升，对系统的认识程度也会得到提升与锻炼。
2、实验所需仪器设备
①GDS-Ⅲ(或GDS-Ⅳ)型光电综合实验平台1 台；
②线阵CCD 相机1 台；
③50mm 焦距的成像物镜1 只；
④被测物夹持器1 只；
⑤模拟被测杆件3mm、5mm、8mm 各1 只；
⑥远心照明光源1 只；
⑦磁性表座3 只；
⑧若用GDS-Ⅳ型光电综合实验平台时，必须配置PC 计算机1 台；
3、利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理
线阵CCD 的输出信号包含了CCD 各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体
尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。
CCD 输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。将被测物体A 置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD 像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。
图4-1 线阵CCD测量尺寸物体外径原理图
当被均匀照明的被测物体A 通过成像物镜成像到CCD 的像敏面上时，被测物体像黑白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD 及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图4-1 右侧所示的时序电压信号（输出波形）。根据输出波形，可以测得物体A 在像方的尺寸D′，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A 的实际尺寸D
D = D′ /β（4-1）
显然，只要求出D′，就不难测出物体A 的实际尺寸D。
线阵CCD 的输出信号U O 随光强的变化关系为线形的，因此，可用U O 模拟光强分布。
采用二值化处理方法将物体边界信息（图4-1 中的N1 与N2）检测出来是简单快捷的方法。
有了物体边界信息便可以进行上述测量工作。
4、实验内容
①建立非接触测量物体外形尺寸的基本结构；
②观测二值化处理过程中CCD 的输出信号；
③在进行二值化阈值电平调整的过程中，观察阈值电平的调整对测量值的影响；
④进行光学系统放大倍率的标定；
5、实验步骤
①先从配件箱中找出所需仪器设备（配件），在光学平台上用磁性表座将远心照明光源安装与固定在平台的一侧，可以参考然如图4-2 所示的结构图。
②再用磁性表座将被测物固定装置安放到远心照明光源前（距光源20mm 为最佳），模拟被测物杆件的顶端应高出光源出光的上端（远心照明光源正极接+5V,负极接1K电位器，然后接地）；
③再用一个磁性表座将平台提供的TCD1252 线阵CCD 相机安装固定到平台的另一侧（如图4-2 所示），安装时要注意相机的中心高度与远心照明光源光轴中心尽量等高；
④将50mm 成像物镜连同接圈一起安装到线阵CCD 相机上；
⑤用平台提供的电源将远心照明光源点亮，用白纸观察被测物在远心光源下所成的像，调整被测物的位置，使被测物的像位于视场中间部位，然后将屏向相机镜头方向移动，直到镜头，并使器像恰好在镜头的中部。到此，目视粗调完成。
图4-2 平台上尺寸测量实验装置系统图
⑥在光学平台上找到LCCD（线阵CCD）的7 针插座，将相机的电缆线上的7 孔插座插到其上；
⑦启动光电综合实验平台的计算机电源，进入“带实验装置”文件夹，点击之，弹出如图各种实验软件选项，找到尺寸测量软件；
⑦在被测夹持器中夹入5mm被测杆件，计算放大倍率并进行标定；
6、实验结果及分析
①建立非接触测量物体外形尺寸的基本结构；
②对二值化处理过程中CCD 的输出信号进行观测；
③在进行二值化阈值电平调整的过程中，观察阈值电平的调整对测量值的影响；
④写出实验总结报告，解释为何不同阈值下测量结果有差异，造成这种差异的原因有几点。
关机与结束
①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；
②先将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验五利用线阵CCD测量物体的倾斜角度
1、实验目的
应用彩色线阵 CCD 可以测量物体的倾斜角度，学习利用线阵CCD 测量被测物体倾斜角度的方法能够帮助学生进一步掌握线阵CCD 的基本应用问题，培养学生充分发挥想象力，增强创新设计能力。
2、实验所需仪器设备
① GDS-Ⅲ（或Ⅳ）型光电综合实验平台1 台；
② TCD1251D 相机1 台；
③模拟物体倾斜角度实验装置 1 台；
④ 50mm 焦距成像物镜1 台；
⑤远心照明光源 1 只；
⑥磁性表座底座 3 只；
3、利用彩色线阵CCD测量物体倾斜角度的原理
利用线阵 CCD 测量物体倾斜角度的方法有很多，其实质都属于尺寸测量和位移量测量的类型。常用的测量方法有两种。第一种方法为用单色线阵CCD 的测量方法，在如图5-1所示中的水平粗线代表线阵CCD 的像敏单元阵列，假设被测物体的轴线与像元排列方向垂直，线阵CCD 将测出它的直径宽度为D，当该物体旋转了角度α后，CCD 测量出来的宽度值也发生变化，变为D S。
被测物的倾斜角度α的计算公式为
α＝cos-1 ( D / D S ) （5-1）
图5-1 测倾斜方法
4、实验内容
①学习利用彩色线阵CCD 测量被测物体倾斜角度的基本原理。
②掌握利用彩色线阵CCD 测量倾角的方法。
5、实验步骤
①从平台备件箱中取出3 只磁性表座、支杆、模拟物体倾斜角度实验装置、远心照明光源和
TCD1251D 相机；
④在GDS-Ⅳ型平台上搭建时，应该参考如图5-2所示的结构进行搭建，同样，倾斜实验装置应该靠近远心照明光源；
图5-2 在Ⅳ型平台上搭建倾角测量系统
⑤将远心照明光源用平台上的电源将其点亮（可以利用平台上的所有资源），使模拟倾斜的被测物图像能够被线阵CCD相机所接收；
⑥将50mm 成像物镜安装到相机上；
⑦将相机的电缆线与平台的“LCCD”接口接好；
⑧将GDS-Ⅲ型光电综合实验平台的计算机启动，并调出事先装好的角度测量实验软件，弹出如图5-3 所示的软件界面；
图5-3 平台上搭建倾斜角度测量实验软件界面
⑨先将被测量的杆件至于垂直放置，在软件界面“尺寸测量”框中点击“宽度D”，测量出杆件的直径D，然后，再将杆件调到倾斜一定的角度，再点击“宽度D S”，测量出倾斜放置时的D S 值，此时，在角度测量窗内就可以读到倾角角度值。
6、实验结果及分析
①根据彩色线阵CCD 测量被测物体倾斜角度的基本原理，对被测杆件进行角度测量；
②写出实验总结报告，思考光源与被测物间的距离变化会有什么样的影响？
关机与结束
①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要
重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；
②先将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验六用线阵CCD测量物体的振动
1、实验目的
①通过搭建物体振动的实验系统掌握系统的结构与构成；
②通过实验掌握系统结构参数对测量结果的影响。
③学习用线阵CCD 测量物体振动参数的方法。
2、所需器材
①GDS-Ⅲ（或Ⅳ）型光电综合实验平台1 台；
②TCD1251D 相机1 台；
③YHZD-Ⅰ型振动实验装置1 台；
④远心照明光源1 只；
⑤磁性表座2 只；
⑥支杆 2 只；
⑦PC 计算机（在只有GDS-Ⅳ型平台情况）1 台；
3、实验原理
物体振动的测量常需要测量的振动参数为振幅、频率和相位。用线阵CCD 测量这些参数的测量
原理结构如图6-1 所示。利用安装在光学成像物镜像面上的线阵CCD 对振动过程中的物进行成像并其边界信息连续地采样输出，测量电路不断地找出被测物体像的中心在线阵CCD 向面上的位置，显然，它是时间的函数，设其为W(t)。如果物体做周期运动，则函数W(t)为周期函数，周期T 的倒数为物体振动的频率f；W(t)最大值与最小值之差的一半应该为物体的振动幅度。如何采集物体像在线阵CCD 像面上位置的函数W(t)是测量物体振动的关键。
图6-1振动测量原理图
线阵CCD 在驱动脉冲的作用下周期性地输出每个像元所接收的光强信息，其周期为行同步脉冲Fc 的周期，也为线阵CCD 的积分时间t ing。在同步脉冲Fc 的周期内利用二值化数据采集方法或A/D 数据采集方法总能够测出被测物体像中心在CCD 像敏面上的位置，它便是时间的函数W(t)。而Fc 的周期或t ing 为采样的间隔时间，它相当于显示曲线坐标架的横轴刻度，其纵轴坐标应为物体中心的位置值。因此，连续不断地采集物体图像的中心位置便可以获得函数W(t)，测出物体的振动状况。
4、实验内容
①测量被测杆件做正弦运动时的振动状态，画出振动波形图；
②根据振动波形图计算出它的振动周期、振幅与初相位。
5、实验步骤
搭建完成后就可以进行测量物体振动的实验，具体步骤为：
①先在光电综合实验平台上将远心照明光源点亮；
②将TCD1251D 相机的电缆线连接到平台的“LCCD”插座上，并接通电源，执行振动实验程序，弹出振动实验主界面，观测被测杆件的像（输出波形），调整被测杆件与相机间的距离，直到能够观测到较为清晰的图像（波形的前后沿陡直）后，再用镜头上的调焦环仔细调整好焦距，然后将系统锁定；
③再将振动实验装置的电源接入平台提供的+12V 和地（GND）上，振动实验装置将驱动振动杆件做往复正弦振动，其振动速度可由调节旋钮调节；
图6-2 GDS-Ⅳ平台上搭建振动实验
④杆件振动后，界面上部将实时显示被测杆像每个瞬间在线阵CCD 像面上的位置（如图6-3 所示），而下部则显示出它位置的时间变化量，既运动波形；
图6-3 振动测量实验软件界面
⑤点击界面下方的“计算”菜单，界面上将出现系列操作步骤的提升，按着提示内容进行操作便能够完成放大倍率的计算工作。完成放大倍率的计算后，程序将自动计算出振动幅度等各种参数，并显示在界面上。
⑥将实验数据存储到自己指定的文件夹内，如果有条件，可以将实验结果以图形格式（jpg）保存，以便后用。
6、实验结果及分析
①测量被测杆件做正弦运动时的振动状态，画出振动波形图；
②根据振动波形图计算出它的振动周期、振幅与初相位。
③调整拖动振动实验装置的电机转速，观察振动曲线的变化情况。
④在振动测量实验中采用“固定阈值”与“浮动阈值”对振动测量的结果有无影响？用不同的“固定阈值”进行实验，观察测量结果是否发生变化？
关机与结束
①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；
②先将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
传感器原理与应用实 验指导书
实验一压力测量实验 实验目的： 1．了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 2．比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点，了解全桥测量电路的优点。 3．了解应变片直流全桥的应用及电路标定。 二、基本原理： 1．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 2．不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。 3．全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4
时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。 4. 电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)、自备测试物。 四、实验步骤： 1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、 R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
照度实验报告 一、背景 作业场所的合理采光与照明，对生产中的效率、卫生和安全都有重要的意义。它是工作 场所设计中的重要项目，无论是天然采光还是人工照明，其主要目的都是给人们的生活和生 产提供必需的视觉条件。 适当的照度设计应遵循工效学的原则，使照度设置达到保证物体的轮廓立体视觉，有利 于辨认物体的高低，深浅，前后远近及相对位置，有利于眼睛的辨色能力，有利于大视野， 降低疲劳、减少错误和工伤事故的发生。提高照度值可以提高识别速度和主体视觉，从而提 高工作效率和准确度。但照度值提高到使人产生眩光时，会降低工作效率。此外，利用照明 设计对人的情绪的影响，根据场所功能的需求，可使光环境对人产生兴奋或抑制的作用。在 绿色照明理念的指导下，人工照明应考虑节能和环保的要求。 二、实验目的 正确熟悉和使用照度计，采集光环境数据，并通过分析数据来判断光环境的照度是否合 理，假如不合理则提出合理的改善措施。 三、实验场所 上海海洋大学图书馆二楼大厅自习室（室外） 四、实验要求 1、照度采集 2、对自习室的照度情况进行分析 3、分析光照度合理性，并提出改善措施 五、分析 1、主观分析 （1）、主观评价调查数据 （2）、主观评价结果分析 a、计算每个项目的评分s(n): s(n)= 式中，s（n）为第n个项目的评分 p（m）为第m个状态的分值，其中，p（1）=0，p（2）=10，p（3）=50，p（4）=100， v （n,m）为第n个评价项目的第m个状态所得的票数。所以： s(1)= s(2)= s(3)= s(4)= s(5)= s(6)= =16.4 =10.8 =12.4 =12.6 =12.4 =12.6 s(7)= s(8)= s(9)= s(10)= b、计算总的光环境指数 s s= =9.2 =8.2 =9.4 =10 式中，w（n）为第n个评价项目权值，设其权值均为1 所以: s=11.4 为了便于分析和确定评价结果,本方法将光环境质量按光环境的指数范围分为四个质量 等级,其质量等级的划分及其含意如下表所示: 因为10<11.4<=50所以根据上表的结论，本实验的光环境质量等级为3，含义是： 问题较大 2、客观分析（照度数据采集及分析）（1）、照度采集现场 在进行照度值测量的时间点上我们选择了一个晴朗的下午2点~3点之间，光照十分充足， 因为时间和条件的限制就没有对阴天和晚上进行测量和分析。 图书馆二楼自习室现场
现代(传感器)检测技术实验 实验指导书 目录 1、THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 2、实验一金属箔式应变片——电子秤实验 3、实验二交流全桥振幅测量实验 4、实验三霍尔传感器转速测量实验 5、实验四光电传感器转速测量实验 6、实验五 E型热电偶测温实验 7、实验六 E型热电偶冷端温度补偿实验 西安交通大学自动化系 2008.11
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 一、概述 “THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。 实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。 1.主控台 (1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调； (2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能； (3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能； (4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V； (5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级； (6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能； (7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm； (8)计时器：0～9999s，精确到0.1s； (9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。 2.检测源 加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C； 转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm； 振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。 3.各种传感器 包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。包括扭矩传感器、光纤压力传感器、超声位移传感器、PSD位移传感器、CCD电荷耦合传感器：、圆光栅传感器、长光栅传感器、液位传感器、涡轮式流量传感器。 4.处理电路 包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、V/I、F/V转换电路、直流电机驱动等 5.数据采集 高速USB数据采集卡：含4路模拟量输入，2路模拟量输出，8路开关量输入输出，14位A/D 转换，A/D采样速率最大400kHz。 上位机软件：本软件配合USB数据采集卡使用，实时采集实验数据，对数据进行动态或静态处理和分析，双通道虚拟示波器、虚拟函数信号发生器、脚本编辑器功能。
实验平台介绍 传感器教学实验系列nextsense是针对传感器教学，虚拟仪器教学等基础课程设计的教学实验模块。nextsense系列配合泛华通用工程教学实验平台nextboard使用，可以完成热电偶、热敏电阻、RTD热电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器的课程教学。课程提供传感器以及调理电路，内容涵盖传感器特性描绘、电路模拟以及实际测量等。 图1 nextboard实验平台 nextboard具有6个实验模块插槽；提供两块标准尺寸的面包板，用户可自搭实验电路；为NI 数据采集卡提供信号路由，可完全替代NI数据采集卡接线盒功能，轻松使用数据采集卡资源；还为实验模块和自搭电路提供电源，既可用于有源电路供电，也可作为外接设备供电。 实验模块区共有6个插槽，分别为4个模拟插槽Analog Slot 1-4，2个数字插槽Digital Slot 1-2。数据采集卡的模拟通道和数字通道分配到实验模块区的Analog Slot 和Digital Slot 上。Analog Slot 模拟插槽用于那些需要使用模拟信号的实验模块。Digital Slot 数字插槽用于那些需要同时使用多个数字信号或脉冲信号的实验模块。 图2 模拟插槽和数字插槽
特别需要注意的是： （1）在使用所有模块之前，都要先区分模块的类型：带有正弦波标记的为模拟实验模块，需要插在Analog Slot 上使用；带有方波标记的为数字模块，需要查在Digital Slot 上使用。如果插错插槽，会导致模块工作不正常，甚至损坏模块。 （2）插拔实验模块前关闭nextboard电源。 （3）开始实验前，认真检查模块跳线连接，避免连接错误而导致的输出电压超量程，否则会损坏数据采集卡。 Nextboard的连线： （1）电源线，把220V的电源通过一个15V的直流变压器，送到实验台上。 （2）数据采集卡，将数据采集卡的插头与实验台可靠连接。
光电计数器实验报告 学生姓名李志 学号081244115 专业名称光信息科学与技术 指导教师易煦农 时间日期2011-10-19 摘要 21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理 的基础技术，是获取信 息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。 光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计
数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。 【关键词】光电效应光电传感器光电计数器 ABSTRACT The 21st century is the age of information, it is the access to information, treatment information, use of the information age. Sensing and detection technology is important because it is the access to information and the information necessary to deal with the underlying technology, is access to information and means of processing information, unable to get information you won't be able to use information. Photoelectric sensor is a light signal into an electric signal of the sensor. It is the theoretical basis of the photoelectric effect. These effects can be broadly divided into three categories. The first type is outside of the photoelectric effect, namely, in daylight, can make the tungsten surface. Use this effect caused by device with vacuum photocell, photomultiplier tubes, etc. The second category is the photoelectric effect, i.e., in the light, can make the electrical resistivity of the material change. Such devices include various types of photosensitive semiconductor. The third category is photo voltaic effect, in the light, the objects within the EMF EMF, this is called light-induced electromotive force. This class of
2012/4/29
彩色线阵CCD传感器系列实验 实验时间：2012年4月27日星期五 （一）实验目的： 1．了解并学习CCD的使用、驱动原理和功能特性等。 （二）实验内容： 1．本实验共分为以下四个实验部分，主要内容为: 1）线阵原理及驱动 2）特性测量实验 3）输出信号二值化 4）线阵CCD的AD数据采集 （三）实验仪器： 1．双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台， 2．彩色线阵CCD多功能实验仪YHCCD－IV一台 3．实验用PC计算机及A/D数据采集基本软件 （四）实验结果及数据分析： 一、线阵原理及驱动 1）驱动频率与周期 表格 1 驱动频率与周期实验结果
由于对不同驱动频率示值，对应不同驱动频率，当显示数值为0时，f=1Mhz；为1时，f=500Khz；为2时，f=250Khz；为3时，f=125Khz； 对应F1，F2频率始终是驱动信号的8分之一，而RS则为F1，F2频率的2倍； 现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系； 2）积分时间测量 表格 2 积分时间测量结果 现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系； 二、特性测量实验 表格 3 输出信号幅度与积分时间的关系0档
对应曲线： 图表 1 输出信号幅度与积分时间的关系0档 表格 4 输出信号幅度与积分时间的关系 1档
图表 2 输出信号幅度与积分时间的关系1档 表格 5 输出信号幅度与积分时间的关系2档
物联网 实验指导书 四川理工学院通信教研室 2014年11月
目录 前言 (1) 实验一走马灯IAR工程建立实验 (5) 实验二串口通信实验 (14) 实验三点对点通信实验 (18) 实验四 Mesh自动组网实验 (21) 附录 (25) 实验一代码 (25) 实验二代码 (26) 实验三代码 (28) 实验四代码 (29)
前言 1、ZigBee基础创新套件概述 无线传感器网络技术被评为是未来四大高科技产业之一，可以预见无线传感器网络将会是继互联网之后一个巨大的新兴产业，同时由于无线传感网络的广泛应用，必然会对传统行业起到巨大的拉动作用。 无线传感器网络技术，主要是针对短距离、低功耗、低速的数据传输。数据节点之间的数据传输强调网络特性。数据节点之间通过特有无线传输芯片进行连接和转发形成大范围的覆盖容纳大量的节点。传感器节点之间的网络能够自由和智能的组成，网络具有自组织的特征，即网络的节点可以智能的形成网络连接，连接根据不同的需要采用不同的拓扑结构。网络具有自维护特征，即当某些节点发生问题的时候，不影响网络的其它传感器节点的数据传输。正是因为有了如此高级灵活的网络特征，传感器网络设备的安装和维护非常简便，可以在不增加单个节点成本同时进行大规模的布设。 无线传感器网络技术在节能、环境监测、工业控制等领域拥有非常巨大的潜力。目前无线传感器网络技术尚属一个新兴技术，正在高速发展，学习和掌握新技术发展方向和技术理念是现代化高等教育的核心理念。 “ZigBee基础创新套件”产品正是针对这一新技术的发展需要，使这种新技术能够得到快速的推广，让高校师生能够学习和了解这项潜力巨大的新技术。“ZigBee基础创新套件”是由多个传感器节点组成的无线传感器网络。该套件综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种技术领域，用户可以根据所需的应用在该套件上进行自由开发。 2、ZigBee基础创新套件的组成 CITE 创新型无线节点（CITE-N01 ）4个 物联网创新型超声波传感器（CITE-S063）1个 物联网创新型红外传感器（CITE-S073）1个 物联网便携型加速度传感器（CITE-S082）1个 物联网便携型温湿度传感器（CITE-S121 ）1个 电源6个 天线8根 CC Debugger 1套（调试器，带MINI USB接口的USB线，10PIN排线）物联网实验软件一套
光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫
实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。 注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。
实验一 金属箔式应变片性能实验 （一）金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： εK R R =? 式中R R ?为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数， l l ?=ε为电阻丝长度相对变化， 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受 力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压4 1ε EK U O =。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V 电源、土4V 电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1．应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的1R 、2R 、3R 、4R 。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别， Ω====3504321R R R R ，加热丝阻值为Ω50左右。 2．接入模板电源上15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器3W R 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端i V 相连，调节实验模板上调零电位器4W R ，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。 3．将应变式传感器的其中一个应变片1R (模板左上方的1R )接入电桥作为一个桥臂与5R 、6R 、7R 接成直流电桥（5R 、6R 、7R 模块内已连接好） ，接好电桥调零电位器4W R ，接上桥路电源上4V （从主控箱引入）如图1—2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源
传感器实验指导书 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
传感器与检测技术实验 指导教师：陈劲松
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理： 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： ρ ρ ?+?-?=?S S l l R R （2） 式中的l l ?为电阻丝的轴向应变，用ε表示， 常用单位με（1με=1×mm mm 610-）。若径向应变为r r ?，电阻丝的纵向伸长和横 向收缩的关系用泊松比μ表示为）（l l r r ?-=?μ，因为S S ?=2（r r ?），则（2）式可以写成： l l k l l l l l l R R ?=???++=?++?=?02121）（）（ρρμρρμ （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是 ） （ρερ?，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。
传感器测速实验报告 院系： 班级： 、 小组： 组员： 日期：2013年4月20日
实验二十霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 利用霍尔效应表达式：U H=K H IB，当被测圆盘上装有N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器，当转盘上的磁钢转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V，转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分。 四、实验步骤 1、根据下图所示，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，调节探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、黑（ ），不能接错。 3、将霍尔传感器的输出端插入数显单元F，用来测它的转速。 4、将转速调解中的转速电源引到转动源的电源插孔。 5、将数显表上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示电机的转速。 6、调节电压使转速变化，观察数显表转速显示的变化，并记录此刻的转速值。
五、实验结果分析与处理 1、记录频率计输出频率数值如下表所示： 电压（V) 4 5 8 10 15 20 转速（转/分）0 544 930 1245 1810 2264 由以上数据可得：电压的值越大，电机的转速就越快。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔 是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。
《传感器原理及应用》实验指导书闻福三郭芸君编著 电子技术省级实验教学示范中心
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 实验仪器 1、传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 2、万用表 MY60 1个 三、 实验原理 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 εσE = （2） 式中：ζ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 四、 实验内容与步骤 1、应变式传感器已装到应变传感器模块上。用万用表测量传感器中各应变片R1、R 2、R 3、R4，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、将主控箱与模板电源±15V 相对应连接，无误后，合上主控箱电源开关，按图1-1顺时针调节Rw2使之中间位置，再进行放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（如四根粗实线），把电桥调零电位器Rw1，电源±5V ，此时应将±5V 地与±15V 地短接（因为不共地）如图1-1所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、按表1-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表1-1中。
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
广东技术师范学院实验报告 学院：自动化专业：自动化班级： 08自动化 成绩： 姓名：学号： 组 别： 组员： 实验地点：实验日期：指导教师签名： 实验十二项目名称：光电转速传感器测速实验 一、实验目的 了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 二、基本原理 光电式转速转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光电二极管接受转换成电 信号，由于转盘上有相间的6个孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉冲计数 处理即可得到转速值。 三、需用器件与单元 光电转速传感器、直流电源5V、转动源及2~24V直流电源、智能转速表。 四、实验步骤 1．光电转速传感器已经安装在传感器实验箱（二）上。 2．将+5V直流源加于光电转速传感器的电源端。 3．将光电转速传感器的输出接到面板上的智能转速表。 4．将面板上的0~30V稳压电源调节到5 V，接入传感器实验箱（二）上的转动电源处。 5．调节转动源的输入电压，使转盘的速度发生变化，观察转速表上转速的变化。 电压(V) 5 6 7 8 9 10 11 12 频率 （HZ) 45 60 78 95 113 130 150 169 6．调节转动源的输入电压，使转盘的转速发生变化，把界面切换到示波器状态，观察传感器输出波形的变化。 电压越大，波形越窄。 五、注意事项 1．转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿电机里面的晶体管。 2．转动源的输入电压不可超过24V，否则容易烧毁电机。 3．转动源的输入电压不可低于2V，否则由于电机转矩不够大，不能带动转盘，长时间
实验报告2 ――光电传感器测距功能测试 1．实验目的： 了解光电传感器测距的特性曲线； 掌握LEGO基本模型的搭建； 熟练掌握ROBOLAB软件； 2．实验要求： 能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。 3．程序设计： 编写程序流程图并写出程序，如下所示：
ROBOLAB程序设计： 4．实验步骤： 1)搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。 2)用ROBOLAB编写上述程序。 3)将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。点击ROBOLAB 的RUN按钮，传送程序。 4)取一红颜色的纸板（或其他红板）竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直 方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。 5)将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小 车，进行光强信号的采样。从直尺上读取小车的位移。 6)待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进行数据采集， 将数据放入红色容器。共进行四次数据采集。 7)点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进行同时显示、平 均线及拟和线处理。 8)利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。再利用小车位 移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关 系表达式。 5．调试与分析 a)采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。采得数据如下所示。
b)在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如图所示： c)对上述平均值曲线进行线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358；
4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
五、实验报告 1、 画出电路图，并说明设计原理。 2、 列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V ，测试表格1. 曲线图：画图说明，x 坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y 坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k 欧姆（负载两端电压），100欧和100K 欧两电阻可以得到两条曲线。 O 1 2 3 4 5 UK UR1UR2 3、 说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困 难及解决方法。
光电式传感器测转速实验报告 ——传感器与检测技术 班级：1321202 专业：测控技术与仪器学号：201320120209 姓名：林建宇
1.实验目的： 1）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法； 2）掌握测量和显示电路的设计方法； 3）了解光电式传感器以及示波器的使用方法。 2.实验基本原理： 光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如下图所示。 光耦测转速实验原理框图 3.需用器件与单元： 主机箱中的直流稳压电源、示波器、电压表、频率\转速表；转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。 4.实验步骤： （1）、按图1所示接线，并且接上示波器，将直流稳压电源调到10V档。
图1、光电传感器测速实验接线示意图 （2）、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节电机控制旋钮，F/V表以及示波器就会显示相应的频率f，计算转速为n=10f。实验完毕，关闭主、副电源。 5、实验结论与总结 组数 1 2 3 4 5 6 仪器频率108 133 166 186 232 373 示波器频率106.083 134.913 167.949 188.170 232.125 373.892 转速1080 1330 1660 1860 2320 3730 （注：转速单位为转/分钟） 平均误差?△=∑△i/6 (i=6) ?△≈0.855 σ≈1.070 总结：通过计算可知标准差较小，仪器准确率较高。由仪器和示波器所测的两种频率，其中示波器所显示的为标准值。根据上面实验观察到的波形，由于孔所占比例小，所以方波的高电平比低电平要宽。光电式传感器测转速方法简单，易于实现。
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光电传感器实验心得 篇一：光电传感器实验 Dh-sJ3光电传感器物理设计性实验装置 （实验指导书） 实 验 讲 义 请勿带走 杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司 Dh-sJ3光电传感器物理设计性实验装置 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光
敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的ApD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、ccD图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。 一、实验目的 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线
《传感器技术》实验指导书 权义萍 南京工业大学自动化学院
目录 实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (3) 实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7) 实验三电容式传感器的位移特性实验 (9) 实验四压电式传感器振动实验 (11) 实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13) 实验六电涡流传感器综合实验 (15) 实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)
实验一金属箔式应变片单臂、半桥性能比较实验 一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，电桥工作原理和性能。 二、基本原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改 善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。 三、需用器件与单元： 应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已 接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右 图1－1 应变式传感器安装示意图
光电探测技术 实验报告 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴
实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。 二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。
三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 2、伏安特性 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果 填入表格并做出V/I曲线。 图1光敏电阻的测量电路 偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I 四、实验数据 实验数据记录如下： 光电流： E/V246810 U/V0.090.210.320.430.56 I/uA1427.54255.270.5 暗电流：0.5uA 实验数据处理：