课程设计指导书
声光控延时照明电路的设计与制作
物理学院光科12 专用
扬州大学物理教学实验中心
2015年11月
光电检测课程设计任务书
项目名称：声光控延时照明电路
一、设计目的
根据光电检测技术知识，以及可获得技术书籍与电子文档，初步形成电子设计过程中收集、阅读及应用技术资料的能力；熟悉电子系统设计的一般流程；掌握分析电路原理、工程计算及对主要技术性能进行测试的常见方法；学会使用电路仿真分析软件在计算机上进行电路设计与分析的方法。
二、任务与要求
设计一个声光触摸三控延时照明电路，满足以下基本要求：
（1）在白天，光照好，不管过路者发出多大声音，都不会使灯泡发亮。
（2）夜晚光暗，过路者发出声响，电路就会控制灯泡点亮。
（3）人走后，几十秒后自动关闭。
（4）当声控和光控两个电路一方或同时损坏时，就由按键开关控制电路继续正常工作，提供照明。
（5）负载采用手电筒常用的3.8V/0.3A小电珠。
光控部分采用可见光光敏电阻，声控部分采用驻极体电容话筒。系统采用四节干电池供电。实验室提供主要元器件如下：
NE555
CD4011
驻极体电容话筒
光敏电阻
三极管
小灯泡
电阻、电容等
三、任务安排
四、课程设计报告要求
1、任务说明
2、目录
3、正文
（1）总体方案框图设计
（2）单元电路具体设计
（3）计算器件参数值
（4）选择相关元器件
（5）画出总体设计电路图
（6）组装调试的内容，如使用的主要仪器和仪表、调试电路的方法和技巧、测试的数据和波形并与计算结果进行比较分析、调试中出现的故障、原因及排除
方法。
4、课程设计的收获及体会
5、参考文献
6、元件清单
附录
1.光控电路
在电子电路中，常用光敏器件构成光控电路。所谓光敏器件通常是指能将光能转变成为电信号的半导体传感器。常用的光敏器件有光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管。
1.1. 光敏电阻的制作材料及其结构原理
光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。如图1所示。
图1 光敏电阻结构示意图及图形符号
在本设计中光敏电阻是R L，正如原理所说，在白天由于光照强度大，R L 光敏电阻的阻值很小，前一级电信号来时，由于阻值小使得R L两端的电压很低，无法使后一级电路正常工作，从而使灯炮在白天不会亮；在而夜晚光敏电阻R L的阻值很大，前一级来信号时，由于阻值大使得R L两端的电压高，所以能够使下一级正常工作。
1.2. 光敏电阻器的特性及主要参数
光敏电阻器是根据半导体的光敏导电效应制成的，使用时给它施加以直流或交流偏压。它是用硫化镉(CdS)或硒化镉(CdSe)材料制成的特殊电阻器，它对光线非常敏感。无光线照射时呈高阻态，暗阻值一般可达1．5M欧姆以上；有光照时材料中变激发出自由电子与空穴，使其电阻减小，随着照度的增高，电阻值迅速降低，亮阻值可小至1k欧姆以下。可见光敏电阻的暗值与亮阻值之比约为1500倍，暗阻愈高愈好。
光敏电阻器的外型及符号如图所示。其结构特征是把条状的光敏材料封装在圆形管壳内，有的还用玻璃透明材料制成防护罩。和普通电阻器一样，它也有两根引线。
光敏电阻器的主要参数见表1：
表1 几种光敏电阻器的参数
1.3. 光敏电阻的检测
用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。
将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减些小此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。
将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。
2.声控电路
声控电路的组成主要由声控传感器、声音信号放大器、控制电路、驱动
电路及执行电路等组成。
2.1. 声传感器(驻极体话筒)
声传感器是声控电路的重要器件，它的作用是用来接受声控信号，把声控信号转换成电信号。常用的声传感器有驻极体电容话筒、压电蜂鸣器及扬声器等，使用的较多的是驻极体电容话筒。驻极体电容话筒是一种有源声音传感器，它具有灵敏度高、体积小、使用方便等特点。
1．驻极体话筒的结构与原理
驻极体话筒的工作原理如图2所示。
图 2 驻极体话筒工作原理图
话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q=CU所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。实际上驻极体话筒的内部结构如图3所示。
图3 驻极体话筒内部结构
由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。内部电气原理如图4所示。
图4 内部电气原理图
电容器的两个电极接在栅源极之间，电容两端电压既为栅源极偏置电压Ucs，Ucs变化时，引起场效应管的源漏极之间Idc的电流变化，实现了阻抗变换。一般话筒经变换后输出电阻小于2千欧。
2．驻极体话筒极性的判别
驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图3所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线。
3．驻极体话筒的特性参数
(1)．工作电压Uds1．5～12V，常用的有1．5V，3V，4．5V三种。
(2)．工作电流Ids0．1～1mA之间。
(3)．输出阻抗一般小于2K（欧姆）。
(4)．灵敏度单位：伏/帕，国产的分为4档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）。
(5)．频率响应一般较为平坦。
(6)．指向性全向。
(7)．等效噪声级小于35分贝。
光电检测原理与技术课程设计 光电准直系统
一、引言 准直系统是利用光学自准原理，利用小角度测量或可转化位小角度测量的一种常用技术测试仪器。所谓光电准直系统就是光学准直系统与光电技术结合的产物。它具有测量精度高的优点，在精密，超精密定位方面有重要的作用。 小角度测量有多种方法，本实验主要采用平面反射镜的光学杠杆原理，在探测光斑移动时使用CCD来经行图像的采集。 关键字：光学杠杆光学准直系统望远镜系统照明系统 CCD 二、基本原理： （一）光学准直系统的基本原理 这部分系统，通常是由光源，位于物镜焦平面上的分划板和物镜三部分组成，望远镜实际上是准直装置的你应用，它是将入射的平行光在其焦平面上，然后再用目镜直接观察光斑的变化。 图2.1 准直系统原理 图2.2 望远镜系统工作原理 一个准直管和一个望远镜组合，两个装置的光轴在一条直线上，我们将看到从发光点F发出的光线通过准直管的物镜变为平行于主光轴的光束，进入望远镜的物镜之后在汇聚到F点；同样发自焦平面上另一点F1的光线射出准直管后变成方向平行与光轴的光束，它在进入望远镜后汇聚于其焦平面的F1点。因此，线位移之比等于两系统焦距之比。由于平行光束成像的位置位移的由他的方向所确定，而不受平行光束在进入透镜前所走过的距离的影响，所以与发光点F及F1相关的像F及F的位置不依赖于准直管和望远镜之间的距离。 在准直管的前面放置一个全反射镜，准直管发出的平行光束再由它本身来接受，就相当与集准直管与望远镜一体，这就是准直的原理。 将一个刻度线的图像以平行光束（准直光）的形式投射到反射镜上，该反射镜将其光束反射回准直系统。如果反射镜与光轴垂直则光束将返回其自身。如果反射镜倾斜一个角度α，则其反射光将于2α反射回来。根据反射光的倾斜程度，自准图像将会以更大的角度发生位移。通过测量自准直图像在X轴Y轴上的唯一可以测量得反射镜的角度变化。自准直已为平行光。其测量结果不受距离的影响。 图2.3 准直管简易图 2.1.2 高斯系统 为了使目镜不受光源遮挡，高斯系统的自准直仪光路在其光轴上加有析光镜。测微平行光管具有类似的光学系统，只是用立方棱镜代替了析光镜，立方棱镜由两个直角镜胶合而成，其中一棱镜的胶合面镀有析光膜。这种光学系统有一个盲区，当这自准直像与原中心十字丝靠得很近或有重叠部分时便无法使双刻线瞄准，因而也就测不出相应的反射镜偏转角。 图2.4 高斯自准（1） ｌ、光源２、聚光镜３、分光镜４、分划板５、准直镜 ６、反射镜７、目镜组８、目镜焦平面 下图是高斯系统的另一种光路安排，其特点是把析光镜（立方棱镜）放在物镜组的焦平面之前，这样由于其分光作用物镜就有两个共轭的焦平面。一个焦平面放置十字线分划板ｌ并被光源照明，另一焦平面放置双刻线分划板５。这种安排能使自准直象与原分划板分开（在视场中不再直接看到原分划板１），从而避
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。
《光电材料与器件》实验指导书 何宁编 桂林电子科技大学信息与通信学院 2008年12月
实验一光电池及LED光源特性测试 一．实验目的 1 理解光电池的光电转换机理及主要特性参数。 2 理解LED光源的电光转换机理、驱动方式及主要特性参数。 3 掌握两种器件的应用及参数的测试方法。 二．实验内容 1 测量光电池的开路电压、短路电流和伏安特性。 2 测量LED光源的驱动特性及电光转换效率。 三．实验原理 光电池是由一个面积较大的PN结构成，它是一种直接将光能转换成电能的光电器件，这种器件是利用光生伏特效应，当光线照射到P-N结上时，就会在P-N结两端出现电动势（P区为正；N区为负），若负载接入PN结两端，光电池就有功率输出。光电池对不同的波长的光反映的灵敏度是不同的，按制作材料不同可分为硅光电池和硒光电池，光谱特性如图1所示。 图1 光谱特性图2 光电特性 图1中硅光电池的光谱响应范围是波长4000?——12000?，在波长为8000?时达到峰值，而硒光电池的峰值出现在5000 ?左右，波长的范围是3800——7500?，1埃=0.1nm。 图2中硅光电池的开路电压与光照是一种非线性关系，当光照强度在200勒克斯时就趋向饱和。而短路电流在很大的范围内与光照成线型关系，因此使用光电池作为测量元件使用时，应该把它当成电流源的形式来研究，因为短路电流与光强是线性的，处理起来比较方便，而不要当成电压源使用。需要说明的是这里说的短路电流与开路电压与平时意义上不同，它是指外负载电阻相对与内阻非常小时候的电流值，以及外负载很大时的端电压。实验时外负载电阻<15Ω时，就认为是短路电流，而>5.0K时，就认为是开路电压。经实验证明外负载越小线性度越好。 不同颜色的光有不同的波长，因此光电池的光照频率也不同，光电池的频率特性是指输出电流随调制光的频率变化的关系，图3分别表示硅光电池与硒光电池的频率响应曲线，可见硅光电池有较好的频率特性，而硒光电池则较差。太阳能辐射能量主要集中在1.3-32um的波长范围，表面温度近6000K的太阳能辐射出的能量95%以上的部分分布在波长小于2um的光谱范围。而对于温度为几百K的物体其辐
《光电检测课程设计》 2016 年 12 月
目录 摘要 (3) 1绪论 (4) 1.1课题研究的意义 (4) 1.2国内外现状 (4) 2视觉测量系统 (5) 2.1直射型激光三角法测位移原理 (5) 2.2双光路激光三角法测厚原理 (6) 2.3测厚原理及特点 (6) 2.4光路系统特点 (8) 3图像处理部分 (9) 3.1图像预处理 (9) 3.2阈值的确定 (10) 3.3厚度的确定 (10) 4结论 (12) 参考文献 (13)
摘要：精确测量薄板类材料的厚度，讨论了激光器光束轴心线与成像透镜光轴夹角与系统分辨率的关系，并基于最小二乘法拟合得出了光斑距离与被测物厚度的函数关系式，最后通过标定实验对系统精度进行了实验论证。结果表明，该系统消除了双光路激光三角法上下测量系统难以同步的问题，分辨率高，精度控制在 10μm，良好地满足了工业测量的需求。 关键词：激光三角法最小二乘法薄板厚度
1.绪论： 1.1课题研究的意义 随着材料加工技术的发展和测试计量技术水平的提高，材料厚度的检测对仪器测量精度提出了更高的要求，同时也由在线测量逐步取代离线机械式测量。冷轧钢板作为汽车制造、机械加工、船舶制造、土木建筑和轻工业等领域的原材料具有广泛的用途，热镀锌工艺常用来进行钢板的防锈处理，据统计，全球每年产锌量大约一半被用在于钢板防锈处理上，因而，镀锌板厚度的高精度检测关系到镀锌工艺的优化和锌层用量的合理规划。针对镀锌板厚度高精度在线检测问题，提出了一种单镜头双光路激光三角测厚模型，该模型相对传统双光路激光三角测厚法而言，通过改进光路设计将分置于上下两条光路中的光电探测器合二为一，避免了两条独立光路中图像探测器难以同步工作的问题，使得测量结果不受被测物抖动的影响. 激光测厚的优势在于不接触被测物且测量精度高，可解决一些以往难以解决的问题，因此在实际应用中受到广泛青睐．激光三角法在线厚度测量通常都在Ｃ型机架上进行，而Ｃ型机架在大震动环境里自身难以避免震动，这导致上、下两组测量探头相对位置发生变化，产生测量误差．目前消除震动的方法有：震动隔离、震动补偿［１］等，其中震动隔离方法硬件设计较复杂，且不能消除Ｃ型机架自身震动［１］；传统的震动补偿法不能满足上、下探头测量数据与Ｃ型机架微位移变化厚度补偿数据的同步性．因此，仍不能很好地满足在线动态高精度测量的要求． 1.2国内外现状 现在，世界上激光三角法薄板在线测厚过程存在两个典型的问题：（１）被测工件在工件传输线上向前运动时伴有沿着激光束方向的前后轻微跳动；（２）Ｃ型机架在大震动环境里自身震动，这些问题会引起测量误差．对此，提出了三同步激光三角法厚度测量方法．该法利用ＣＣＤ同步驱动技术［２］，在同一时刻采集３组测量探头数据，其中，上、下两组测量探头对被测物体厚度进行测量；
1、光电测试技术的发展，从功能上来看具有什么特点： 1、 从静态测量向动态测量发展； 2、 从逐点测量向全场测量发展； 3、 从低速测量向高速测量发展，同时具有存储和记录功能。 2、测量中应遵循的原则：阿贝原则，封闭原则 3、人眼进行调焦的方法中最简单、最常用的是清晰度法和消视差法。 人眼的对准不确定度和调焦不确定度 最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。 清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。 消视差法是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。 用望远镜调焦的目的是提高精度、准确度 4、 光电对准按功能原理分类： a) 光度式：普通光度式、差动光度式 b) 相位式:光度式的基础上加入一个调制器即成为相位式 5、 关于光具座： 测量焦距时使用玻罗板 6、 分辨率测试技术有几种判据？ ? 瑞利（Rayleigh ）判据认为，当两衍射斑中心距正好等于第一暗环的半径时，人眼刚 能分辨开这两个像点，这时两衍射斑的中心距为 ? 道斯（Dawes ）判据认为，人眼刚能分辨两个衍射像点的最小中心距为 ? 斯派罗（Sparrow ）判据认为，当两个衍射斑之间的合光强刚好不出现下凹时为刚可 分辨的极限情况，两衍射斑之间的最小中心距为 例：假设汽车两盏灯相距r =1.5m ，人的眼睛瞳孔直径D=4mm ，问最远在多少米的地方，人眼恰好能分辨出这两盏灯? 1－平行光管 2－透镜夹持器 3－测量显微镜 4－ 测微目镜 5－导轨 1 2 3 4 5 0'1.22 1.22f F D σλλ==0 1.02F σλ=00.947F σλ=
传感器原理与应用 实 验 指 导 书 自动化工程学院
目录 1实验一应变片单臂电桥性能实验 1实验二应变片半桥性能实验 1实验三应变片全桥性能实验 实验四压阻式压力传感器测量压力特性实验 实验五差动变压器的性能实验 实验六差动变压器测位移特性实验 1实验七电容式传感器测位移特性实验 1实验八线性霍尔传感器测位移特性实验 1实验九开关式霍尔传感器测转速实验 1实验十磁电式转速传感器测转速实验 1实验十一光电传感器测量转速实验 实验十二电涡流传感器测量位移特性实验 实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验实验十四被测体面积对电涡流传感器特性影响实验* 实验十五气敏传感器实验 实验十六湿度传感器实验
CSY－2000型传感器与检测技术实验台 说明书 一、实验台的组成 CSY－2000型传感器与检测技术实验台由主机箱、传感器、实验电路(实验模板)、转动源、振动源、温度源、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。 1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；传感器信号调理电路；智能调节仪；计算机通信口；主机箱上装有电压、气压等相关数显表。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。主机箱右侧面装有供电电源插板及漏电保护开关。 2、振动源（动态应变振动梁与振动台）：振动频率3Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz～12 Hz左右）； 3、转动源：手动控制0转/分～2400转／分、自动控制300～2200转／分。 4、温度源：常温～200℃。 5、气压源：0～20Kpa（连续可调）。 6、传感器：基本型有箔式应变片(350Ω)传感器(秤重200g)、扩散硅压力传感器(20Kpa)、差动变压器(±4mm)、电容式位移传感器(±2.5mm)、霍尔式位移传感器(±1mm)、霍尔式转速传感器(2400转/分)、磁电转速传感器(250转/分～2400转/分)、压电式传感器、电涡流传感器(1mm)、光纤位移传感器(1mm)、光电转速传感器(2400转/分)、集成温度(AD590)传感器(室温～120℃)、K热电偶(室温～150℃)、E热电偶(室温～150℃)、Pt100铂电阻(室温～150℃)、Cu50铜电阻(室温～100℃)、湿敏传感器(10～95％RH)、气敏传感器(50～2000ppm)等。 7、调理电路(实验模板)：基本型有电桥及调平衡网络、差动放大器、电压放大器、电荷放大器、电容变换器、电涡流变换器、光电变换器、温度变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器。增强型增加相应的配套实验模板。 8、实验台：尺寸为1600×800×750mm。实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。 二、电路原理
《光电子技术实验》指导书 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 2010年12月 实验规则及注意事项 由于本实验课所用设备属于高技术实验系统，许多组件价格昂贵，易于损坏，所以实验者在做实验前应该充分复习实验大纲上的内容，实验者在做实验时应注意以下几点事项： 1．操作光纤时应注意不能用力拉扯光纤，不能随意弯曲光纤。实验时不要用手碰动与实验无关的光纤部分。 2．实验调节电流时注意不要使工作电流超过限额。电流过大有可能损坏光源和光探测器以及其它有源器件。 3．不能直视光纤、激光器出射的光束！ 4．调节光学微调架时要小心、轻力，严禁强力搬拧光学微调架。 目录 实验1：光源与光纤耦合调整及光纤损耗特性测量实验 (4) 实验2：光纤温度传感系统特性实验 (8) 实验一.光源与光纤耦合调整及光纤损耗特性测量实验 一．实验目的 （1）了解提高光源与光纤耦合效率的原理及方法。重点掌握光路调整及光纤处理的基本方法。
（2） 了解光纤损耗的定义，掌握光纤衰减的测试方法。 二． 实验原理 1． 光源与光纤耦合调整实验原理 （1） 直接耦合：这种方法将光纤的端面直接靠近光源的发光面，为了保证耦合 的效率，光纤的端面必须经过特殊处理，而且光纤端面与光源发光面的距离要尽可能的近。光源的发光面不应该大于纤芯的横截面面积，这是为了避免较大的耦合损耗。通常带尾纤的光源都使用这种耦合方式。这种耦合方法对光源耦合封装工艺技术要求较高。 （2） 使用透镜耦合：具体方法描述如下——将光源发出的光通过透镜聚焦到光 纤的纤芯上，可以使光源与光纤的耦合效率提高。具体原理见图1。 五维调节架五维调节架 图1.透镜耦合 （3） 利用五维调节架对光纤入端及出端进行位置调整，使输出功率达到最大。 （4） 耦合效率的计算（适合所有的耦合方法）： 2 1P P ≡η 其中P 1为输出功率，P 2为输入功率。 2． 光纤损耗特性测量实验 光纤衰减是光纤中光功率减少量的一种度量，它取决于光纤的工作波长类型和长度，并受测量条件的影响。
光电脉搏检测电路设计报告 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 ?目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 ?意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号 系统设计 1.测量信号的特征
传感器与检测技术实验指导书电气工程学院自动化专业 专业名称 班级 学生姓名 学号 实验成绩 辽宁工业大学 2013年9月
目录 实验一电阻应变式传感器特性实验 (1) 实验二电容传感器特性实验 (5) 实验三电涡流式传感器特性实验 (8) 实验四压电式传感器特性实验 (12) 实验五光电式传感器特性实验 (15) 实验六热电式传感器特性实验 (20) 附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (26) 附录二CSY-V8.1软件操作说明书 (27)
实验一电阻应变式传感器特性实验 一、实验目的 1．熟悉电阻应变式传感器的结构。 2．了解单臂、半桥和全桥测量电路工作原理和性能。 3．比较单臂与半桥、全桥的不同性能，了解各自特点及全桥测量电路的优点。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。 2．对半桥测量电路而言，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。 3．全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U O3＝EKε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验仪器及材料 1．应变式传感器实验模板（应变式传感器－电子秤）、砝码盘、砝码；
课程设计(论文)说明书 题目：光电检测报警器 院（系）：信息与通信学院 专业：电子信息工程 学生姓名：宋永胜 学号：1200220624 指导教师：张法全 职称：副教授 2014年１１月２0 日
摘要 本设计是基于红外对管（反射式）和LM311电压比较器的光电检测报警器。 红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收管配合在一起使用时候的总称。本次设计使用红外对管（反射式）构成光电转换元件。 LM311电压比较器主要功能是电压的比较。在本次设计中LM311的功能是比较两输入端电压数值的高低，使输出翻转，去控制蜂鸣器。LM311设计运行在更宽的电源电压：从标准的±15V运算放大器到单5V电源用于逻辑集成电路。其输出兼容RTL,DTL 和TTL以MOS电路。此外，LM311可以驱动继电器，开关电压高达50V，电流高达50mA。 关键字：红外对管；红外线发射管；红外线接收管；LM311电压比较器；逻辑集成电路 Abstract This design is the photoelectric detection alarm for pipe and the LM311 voltage comparator based infrared.Infrared tube is the infrared transmitting tube and an infrared photosensitive receiving tube, or an infrared receiving tube, or an infrared receiving head with term when used together. The design of infrared tube to form a photoelectric conversion element.The main function of LM311 voltage comparator voltage comparison, comparing the two input voltage value level, to make the output flip, to control the buzzer to achieve the purpose of control. The design and operation of LM311 in the power supply voltage and wider: from + 15V operational amplifier to standard single 5V power supply used in logic integrated circuit. The output is compatible with RTL, DTL and TTL in MOS circuit. In addition, LM311 can drive a relay, switch voltage up to 50V, current up to 50mA. Keywords: infrared emitting diode and a photosensitive receiving tube,；LM311 voltage comparator,；logic integrated circuit
课程设计总结报告 课程名称：《光电技术》课程设计学生姓名：邓跃斌、付炜、黑阳超、林松系别：物理与电子学院 专业：电子信息科学与技术 指导教师：雷立云 2012年11月29日
目录 一、设计任务书 (3) 1、课题 (3) 2、目的 (3) 3、设计要求 (3) 二、实验仪器 (3) 三、设计框图及整体概述 (4) 四、各单元电路的设计方案及原理说明 (4) N E定时器构成多谐振荡器作调制电源 (5) 1、用555 N E电路结构 (5) （1）555 N E定时器组成的多谐振荡器 (5) （2）由555 （3）发射端电路 (6) L F放大器构成接收放大电路 (7) 2、用353 （1）光放大器 (7) （2）光比较放大器 (7) 五、调试过程及结果 (8) 1、调试的过程及体会 (8) 2、调试结果 (8) 六、设计、安装及调试中的体会 (9) 七、对本次课程设计的意见及建议 (9) 八、参考文献 (10) 九、附录 (10) 1、整体电路图 (10) 2、课程设计实物图 (10) 3、元器件清单 (11)
一、设计任务书 1、课题 光电报警系统设计与实现。 2、目的 本课程设计的基本目的在于巩固电子技术、光电技术、感测技术以及传感器原理等方面的理论知识，从系统角度出发，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，并养成严谨务实的工作作风。通过个人收集资料，系统设计，电路设计、安装与调试，课程设计报告撰写等环节，初步掌握光电系统设计方法和研发流程，逐步熟悉开展工程实践的程序和方法。 3、设计要求 （1）基本要求 用555 N E构成占空比为0.5多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参数选择进行分析说明；选用324 L M构成比较放大器进行报警电路设计；画出所做实验的全部电路图，并注明参数；记录调试完成后示波器输出的各测量点电压波形。 （2）扩展要求（选做） 分析影响作用距离的因素，提出提高作用距离的措施；设想光电报警系统的应用场合，并根据不同应用提出相应电路的设计方案。如需要闪烁报警，电路如何设计？ 二、实验仪器 多功能面包板………………………………………………………………1块T D S.60M H z.1Gs s双通道数字存储波示器………………………1台1002 YB A A直流稳压电源…………………………………………………1台17333 万用表………………………………………………………………………1台
?（一）检测 一、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量病归属到某一范围带，以此来 判别被测参数是否合格或参数量是否存在。测量时将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量队标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 在自动化和检测领域，检测的任务不仅是对成品或半成品的检验和测量，而且为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象使之处于人们选定的最佳状况，需要随时检测和测量各种参量的大小和变化等情况。这种对生产过程和运动对象实时检测和测量的技术又称为工程检测技术。 测量有两种方式：即直接测量和间接测量 直接测量是对被测量进行测量时，对以表读数不经任何运算，直接的出被测量的数值，如：用温度计测量温度，用万用表测量电压 间接测量是测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系是计算出被测量的数值。 如：功率P与电压V和电流I有关，即P=VI，通过测量到的电压和电流，计算出功率。 直接测量简单、方便，在实际中使用较多；但在无法采用直接测量方式、直接测量不方便或直接测量误差大等情况下，可采用间接测量方式。 光电传感器与敏感器的概念 传感器的作用是将非电量转换为与之有确定对应关系得电量输出，它本质上是非电量系统与电量系统之间的接口。在检测和控制过程中，传感器是必不可少的转换器件。 从能量角度出发，可将传感器划分为两种类型：一类是能量控制型传感器，也称有源传感器；另一类是能量转换传感器，也称无源传感器。能量控制型传感器是指传感器将被测量的变换转换成电参数（如电阻、电容）的变化，传感器需外加激励电源，才可将被测量参数的变化转换成电压、电流的变化。而能量转换型传感器可直接将被测量的变化转换成电压、电流的变化，不需外加激励源。 在很多情况下，所需要测量的非电量并不是传感器所能转换的那种非电量，这就需要在传感器前面加一个能够把被测非电量转换为该传感器能够接收和转换的非电量的装置或器件。这种能够被测非电量转换为可用电量的元器件或装置成为敏感器。例如用电阻应变片测量电压时，就需要将应变片粘贴到售压力的弹性原件上，弹性原件将压力转换为应变力，应变片再将应变力转换为电阻的变化。这里应变片便是传感器，而弹性原件便是敏感器。敏感器和传感器随然都可对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测量转换为可用非电量，而传感器是把被测非电量转换为电量。 二、光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器，广泛应用 于自动控制、宇航和广播电视等各个领域。 光电传感器主要噢有光电二极管、光电晶体管、光敏电阻Cds、光电耦合器、继承光电传感器、光电池和图像传感器等。主要种类表如下图所示。实际应用时，要选择适宜的传感器才能达到预期的效果。大致的选用原则是：高速的光电检测电路、宽范围照度的照度计、超高速的激光传感器宜选用光电二极管；几千赫兹的简单脉冲光电传感器、
目录 第一章光电报警红外遥控实验仪说明............................................... - 2 - 一、内容简介 (2) 二、实验仪说明 (3) 第二章实验指南 ................................................................................ - 5 - 一、实验目的 (5) 二、实验内容 (5) 三、实验仪器 (5) 四、实验原理 (6) 1、光电报警系统设计原理 (6) 2、单路红外遥控电路设计原理 (10) 五、注意事项 (12) 六、实验步骤 (12) 1、红外发光二极管驱动电流测试实验 (12) 2、锁相环原理及应用测试实验 (13) 3、利用锁相环设计光电报警实验 (13) 4、信号检波设计光电报警系统实验 (15) 5、单路红外遥控设计实验 (17) 6、自拟红外报警系统实验 (18) 7、自拟红外遥控系统实验 (19) 七、思考题 (20)
第一章光电报警红外遥控实验仪说明 一、内容简介 GCGDBJ-B型光电报警及红外遥控实验仪是光电检测器件应用实验仪，是一种半自拟实验，利用一些光电器件及外围电路设计成实现某种实际应用的功能的产品模型，如光电报警、红外遥控等等。光学器件采用金属封装，并配备有光学导轨，设计调节记录方便。电路部分模块化功能设计，有电源模块、光调制模块、光电弱信号放大模块、判决模块、锁相环模块、报警保持模块、报警电路、电子器件设计区等几部分组成，各功能模块的输入输出留有连接插座，实现的功能独立，选用不同的模块以实现不同的功能。另外，还配备有大量的电源输出、电阻、电容、二极管、粗调电位器、细调电位器、运算放大器，作为学生自已设计以及扩展使用，提高学生动手动脑能力。 光电报警系统是采用砷化镓发光管组成的发射系统，在发射和接收系统之间有红外光束警戒线。当警戒线被阻断时，接收系统发出报警信号。要求系统在给定器件的条件下作用距离尽可能远。 红外遥控与电视的遥控器原理一样，通过发射编码，接收解码的方式识别所发射的数据，再对所解码的数据进行处理。
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。
西安邮电大学 实验报告 课程名称：光电系统嵌入式开发与应用实验 院系名称：电子工程学院光电子技术系 学生姓名：郭欣（27） 专业名称：光电信息科学与工程 班级：光电1308 指导教师：余娟 时间：2015年月日至2015年月日
实验三：红外报警系统 一、实验目的 1、了解发光二极管的具体应用； 2、练习自拟简单的光电系统试验； 3、了解主动式和被动式光电报警系统设计原理； 4、利用单片机进行数据采集与分析并进行声音和光报警。 二、实验器材 1、51开发板一套； 2、TSAL6200为红外发光二极管； 3、HS0038B红外一体化接收头。 三、实验原理 1、主动式红外报警 主动红外入侵报警器是由发射部分和接收部分组成，发射部分是由发光源、光源驱动组成；接收部分是由光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。 工作思路为：由接收部分中的红外光电传感器把光信号转换成电信号，经过电路处理后传给报是一种红外线光束遮挡型报警器，发射部分中的红外发光二极管在驱动的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8～0.95微米之间)，经过防范区到达接收部分，构成了一条警戒线。正常情况下，接收部分收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收部分收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。 2、应用器件介绍 发射部分和接收部分均采用单片机进行控制，红外发射和接收采用与红外遥控相同的红外发射接器件。发射部分主要器件为TSAL6200，接收部分主要器件为HS0038B。 （1）TSAL6200为红外发射二极管，波长为940nm。 （2）HS0038B为一红外一体化接收头，其内部接收红外信号频率为38kHz，周期约26μs，它同时对信号进行放大、检波、整形得到TTL 电平的编码信号，再送给单片机。管教图如下
英文原文 1.5 Experimental Setup Due to the many concepts and variations involved in performing the experiments in this project and also because of their introductory nature, Project 1 will very likely be the most time consuming project in this kit. This project may require as much as 9 hours to complete. We recommend that you perform the experiments in two or more laboratory sessions. For example, power and astigmatic distance characteristics may be examined in the first session and the last two experiments (frequency and amplitude characteristics) may be performed in the second session. A Note of Caution All of the above comments refer to single-mode operation of the laser which is a very fragile device with respect to reflections and operating point. One must ensure that before performing measurements the laser is indeed operating single-mode. This can be realized if a single, broad fringe pattern is obtained or equivalently a good sinusoidal output is obtained from the Michelson interferometer as the path imbalance is scanned. If this is not the case, the laser is probably operating multimode and its current should be adjusted. If single-mode operation cannot be achieved by adjusting the current, then reflections may be driving the laser multimode, in which case the setup should be adjusted to minimize reflections. If still not operating single-mode, the laser diode may have been damaged and may need to be replaced. Warning The lasers provided in this project kit emit invisible radiation that can damage the human eye. It is essential that you avoid direct eye exposure to the laser beam. We recommend the use of protective eyewear designed for use at the laser wavelength of 780 nm. Read the Safety sections in the Laser Diode Driver Operating Manual and in the laser diode section of Component Handling and Assembly (Appendix A) before proceeding. 1.5.1 Semiconductor Diode Laser Power Characteristics 1.Assemble the laser mount assembly (LMA-I) and connect the laser to its power supply. We will first collimate the light beam. Connect the laser beam to a video monitor and image the laser beam on a white sheet of paper held about two to ten
传感器（检测与转换）实验指导书 李欣编著
目录 实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验 (3) 实验二电阻式传感器的半桥性能实验 (6) 实验三电阻式传感器的全桥性能实验 (8) 实验四变面积式电容传感器特性实验 (10) 实验五差动式电容传感器特性实验 (13) 实验六差动变压器的特性实验 (14) 实验七自感式差动变压器的特性实验 (16) 实验八光电式传感器的转速测量实验 (18) 实验九接近式霍尔传感器实验 (20) 实验十涡流传感器的位移特性实验 (22) 实验十一温度传感器及温度控制实验(AD590) (24) 实验十二超声波传感器的位移特性实验 (27) 附录一计算机数据采集系统的使用说明 (29) 附录二检测与转换技术(传感器)实验台使用手册 (31)
实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验 一、实验目的 1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。 2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。 3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。 二、实验所用单元 电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。 三、实验原理及电路 1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。 2、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。 1─外壳2─电阻应变片3─测杆4─等截面悬臂梁 5─面板接线图 图1-1 电阻应变式传感器 3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R1、R2、R3为固定，R为电阻应变片，输出电压U O＝EKε，E为电桥转换系数。