1、传感技术综合实验单元实验指导书一、电子测量与检测实验须知传 感 技 术 综 合 实 验 的 目 的 使 学 生 在 掌 握 各 类 传 感 器 的 理 论 及 其 检 测 技 术 、 信 号 调 理 电路 和 光 电 检 测 技 术 基 础 上 ， 能 合 理 选 择 和 利 用 传 感 器 测 量 各 种 工 程 上 常 见 的 物 理 量 。 这 是本 专 业 本 科 学 生 必 须 掌 握 的 基 本 技 能 。 要 求 学 生 通 过 实 际 操 作 ， 培 养 独 立 思 考 、 独 立 分 析和 独 立 实 验 的 能 力 。 为 使 实 验 正 确 、 顺 利 地 进 行 ， 并
2、 保 证 实 验 设 备 、 仪 器 仪 表 和 人 身 的 安全 ， 在 做 检 测 与 转 换 技 术 实 验 时 ， 需 知 以 下 内 容 。1实验预习实验前，学生必须进行认真预习，掌握每次实验的目的、内容、线路、实验设备和仪器仪表、测量和记录项目等，做到心中有数，减少实验盲目性，提高实验效率。2电源（1）实验桌上通常设有单相（或三相）交流电源开关和直流电源开关，由实验室统一供电，实验前应弄清各输出端点间的电压数值。（2）实 验 桌 （ 或 仪 器 ） 上 配 有 直 流 稳 压 电 源 ， 在 接 入 线 路 之 前 应 调 节 好 输 出 电 压 数 值 ， 使之 符 合 实 验
3、线 路 要 求 。 特 别 是 在 实 验 线 路 中 ， 严 禁 将 超 过 规 定 电 压 数 值 的 电 源 接 入 线 路 运行 。（ 3） 在 进 行 实 验 线 路 的 接 线 、 改 线 或 拆 线 之 前 ， 必 须 断 开 电 源 开 关 ， 严 禁 带 电 操 作 ， 避免 在 接 线 或 拆 线 过 程 中 ， 造 成 电 源 设 备 或 部 分 实 验 线 路 短 路 而 损 坏 设 备 或 实 验 线 路 元 器 件 。3实验线路（1）认真熟悉实验线路原理图，能识图并能按图接好实验线路。（2）实验线路接线要准确、可靠和有条理，接线柱要拧紧，插头与线路中的插孔的结合要插
4、准插紧，以免接触不良引起部分线路断开。（3）线路中不要接活动裸接头，线头过长的铜丝应剪去，以免因操作不慎或偶然原因而触电，或使线路造成意想不到的后果。（4）线路接好后，应先由同组同学相互检查，然后请实验指导教师检查同意后，才能接通电源开关，进行实验。4仪器仪表（1）认真掌握每次实验所用仪器仪表的使用方法、放置方式（水平或垂直） ，并要清楚仪表的型号规格和精度等级等。（2）仪器仪表与实验线路板（或设备）的位置应合理布置，以方便实验操作和测量。（3）仪器仪表上的旋钮有起止位置，旋转时用力要适度，到头时严禁强制用力旋转，以免损坏旋钮内部的轴及其连接部分，影响实验进行。（4）测试前应根据估算的物理量数
5、值先选择好仪表的量限，然后将仪表接入线路测试点。对于指示仪表，应清楚所选量限的刻度数值；被测量值通常应处在仪表上量限的一半以上，顺指针方向读数，以减少读数误差。（5）实验用仪表一般应在实验线路稳定运行后接入线路测试，并同时观察指示情况，如超过量限应立即断开连接。特别指出，对于电流表应严禁先接入线路后再合电源开关，以避免闭合开关瞬时的冲击电流使指示仪表损坏。（6）所选用仪表的内阻与被测元件或电路的电阻的配合要恰当，测试方法要合适，以减少测试误差。5对实验中异常现象的处理在实验过程中，如发现异常火花、异声、异味、冒烟、过热等现象，应立刻断开电源开关，保持现场，并请指导教师一起检查原因。6实验结束整
6、理（1）实验完成后，应将实验记录交指导教师检查认可后，方可拆线。（2）实验结束后，应先断开电源开关，然后才能拆线。（3）将实验桌上的仪器仪表和实验线路板摆放整齐，将连接导线归拢整齐并放入实验桌抽屉内。二、传感技术综合实验报告书写要点实验报告是实验的总结，它应用理论对实验数据、实验波形和实验现象加以分析，从中得出有价值的结论。每个学生都应在实验完成后及时写出分析中肯、结论简洁、字迹工整的实验报告。这不仅能深化理论学习的内容，而且能培养正确总结实验工作和进行科学实验的能力。检测与转换技术实验报告书写要点如下：（1）题目、系别、班级、实验人（姓名、学号） 、同组人、日期。（2）实验目的。（3）实验线
7、路。（4）实验内容及其做法简述。（5）实验分析。 将原始记录整理为便于分析的形式，如数据换算、表格、曲线等； 应用实验数据、实验波形和实验现象，分析实验线路或元器件的物理特性、实现功能、技术指标。分析电路的性质、定理、规律，或分析实验中的新发现，指出它的趋势和研究的方向等； 书中每个实验中的实验报告分析提示，仅供学生实验分析时参考，应不拘泥于所提出的项目。（6）实验结论：对实验分析进行概括或指出实验题目的研究方向。（7）附：原始记录，以及测量仪器仪表的名称、型号规格、精度等级、量限，所使用设备的型号规格和主要参数。三、实验项目设置与内容序号实验名称 内容提要实验学时实验类型开出要求1. 金属箔
8、式应变片连接成单臂、半桥、全桥后的性能比较 2 验证 必开2. 磁电式转速传感器测速实验3. 压阻传感器测量压力特性 2 验证 必开4. 热电阻测温原理及输出特性 2 验证1 传感器测量特性实验5. 热电偶测温原理及输出特性 2 验证任选其一2 传感器测量位移实验 两种或两种以上传感器测位移实验，比较其测量特性 2 验证 必开3 传感器测量振动实验 两种或两种以上传感器测振动实验，比较其测量特性 2 验证 必开4 光纤传感器测量振动实验 光纤传感器测位移特性及其测振应用 2 设计 必开5 LED 光电转换特性实验 LED 电流注入与辐射功率的关系及其测量方法 2 验证 必开6光电探测器相对光谱
9、响应度测试实验掌握光电探测器原理及其使用，光谱响应度概念及其测量方法 2 验证 必开实验一 传感器测量特性试验（一）金属箔式应变片电桥性能实验1实验目的了解电桥测量电路的特点。2实验原理在全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的两只接入邻边，如图 13.1 所示。当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出为Uo=KE （13.1）式中，E 为电桥电源电压。式（13.1）表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图 13.13实验仪器THSRZ-1 型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为应变传感器实验模块，托盘，砝码，
10、数显电压表，15V、4V 电源，万用表（自备） 。4实验步骤（1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图 13.1。（2）将差动放大器调零。从主控台接入15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关。将差动放大器的输入端 Ui 短接，输出端 Uo2 接数显电压表（选择 2V 挡） ，调节电位器Rw4，使电压表显示为 0V。R w4 的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。（3）按图 13.2 所示接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器 Rw1，接入直流电源4V（从主控台接入） ，电桥输出接到差动放大器的输入端 Ui。检查接线无误后，合上主控台
11、电源开关，调节 Rw1，使电压表显示为零。图 1.1图 13.2（4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节 Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示 0.020V 左右，读取数显表数值。保持 Rw3 不变，依次增加砝码，读取相应的数显表值，直到 200g 砝码加完。记下实验结果，填入表 13.1 中，关闭电源。表 13.1 实验数据记录表重量/g电压/mV5实验报告分析提示根据记入表 13.1 的实验数据，计算灵敏度 L=U/W、非线性误差 f3。（二）磁电式转速传感器测速实验（三）压阻传感器测量压力特性（四）.1 热电阻测温原理及输出特性（一）实验目的了解铂电阻的特性与应用。（二）基本
12、原理利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在 0-850以内，电阻 Rt与温度 t 的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)RO系温度为 0时的电阻。本实验 RO=100 ，A=3.90810 -3/，B=-5.80210 -7/ 2，铂电阻采用三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。（三）需用器件与单元加热源、K 型热电偶、P t100 热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。（四）实验步骤将 Pt100 传感器接入主控箱调节仪单元中的“P
13、t100 输入”端口（传感器引线标记相同的二根接入“P t100 输入”上方端口，传感器另外一根引线接入“Pt100 输入”下方一个端口） ；合上主控箱的漏电保护开关为“ON”,在合上调节仪单元中的“温度开关”为开，合上“控制方式”开关为“内” 。Pt100 或 K 型热电偶作为温度标准接法（参见实验二十九（2） 。1、将 Pt100 铂电阻三根线引入 Rt的 a、b 上（用万用表欧姆档测出 Pt100三根线中其中短接的二根线分别接 b 端，另一根接 a 端。 ）和 R5端。这样 Rt与R3、R 1、R w1、R 4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。R w1中心活动点与 R6相接，见图 1
14、.1。R w2左旋到底（增益最小） 。2、在端点 a 与地之间加直流源 2V，合上主控箱电源开关，调 Rw1使电桥平衡，桥路输出端 b 和中心活动点之间在室温下输出为零。3、加15V 运放电源，调 Rw3使 Uo2=0，接上数显单元，拨 2V 电压显示档，使数显为零。4、在常温基础上，将设定温度值可按t=5读取数显表值。将结果填入表 1-1。关闭主控箱电源开关。表 1-1 铂电阻电势与温度值t（）V(mv)实图 1.15、根据表 1-1 值计算其非线性误差。二、 （四）.2 K 型热电偶测温性能实验（一）实验目的了解 K 型热电偶测量温度的性能与应用范围。（二）基本原理当镍铬一镍硅（镍铝）两种
15、不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差、会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。（三）需用器件与单元K 型热电偶（单独的） 、K 型热电偶、加热源、温度控制仪、数显单元、温度传感器实验模块。（四）实验步骤Pt100 或 K 型热电偶（单独的）作温度标准接法不变。1、将四芯 K、E 热电偶插入到主控板温度插孔中的中一个孔中用于温度测量。2、将被测 K 型热电偶接线插入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b 孔上，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端。3、将 R5、R 6短路接地，接入15V 电源，打开主控箱
16、电源开关、调节 RW3使 UO2为零（见实图 1.1） ，将 UO2与数显表单元上的 Vi 相接。调 RW3数显表显示零位，主控箱上电压波段开关拨到 2V 档。4、去掉 R5、R 6短路接线，将 a、b 端与放大器 R5、R 6相接，调 RW2，将信号放大到比分度值大 10 倍的毫伏值。5、在 40到 150之间设定t=5。读出数显表头输出电势与温度值，并记入表 1-2。表 1-2 K 型热电偶热电势与温度数据t（）V(mv)6、根据表 1-2 计算非线性误差。五、思考题能否用 AD590 设计一个直接显示摄氏温度-50-50数字式温度计并利用本实验台进行实验。实验二 传感器测量位移实验（一）
17、 电涡流传感器的位移特性实验1实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2实验原理通过高频电流线圈产生磁场，当有导电体接近该磁场时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体相对于线圈之间的距离有关，因此可以进行位移测量。3实验仪器THSRZ-1 型 传 感 器 系 统 综 合 实 验 装 置 。 本 实 验 在 该 实 验 装 置 上 所 需 的 单 元 及 部 件 为 电 涡 流传 感 器 、 铁 圆 盘 、 电 涡 流 传 感 器 模 块 、 测 微 头 、 直 流 稳 压 电 源 、 数 显 直 流 电 压 表 、 测 微 头 。4实验步骤（1）按图 13.6 所示安装电
18、涡流传感器。图 13.6（2）在测微头端部安装铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头。（3）按图 13.7 所示连接传感器，将电涡流传感器连接线接到模块上标有“ ”的两端，实验范本输出端 Uo 与数显表输入端 Ui 相接。数显表量程切换开关选择电压 20V，模块电源用连接导线从主控台接入+15V 电源。（4）合上主控台电源开关，记下数显表读数，然后每隔 0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果记入表 13.5 中。图 13.7表 13.5 实验数据记录表x（mm）Uo（V）5实验报告分析与提示根据表 13.5 的数
19、据，画出 Uo-x 曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，并计算量程为 1mm、3mm 及 5mm 时的灵敏度和线性度（可以利用端点法或其他拟合直线） 。（二）电容式传感器的位移特性实验1实验目的了解电容式传感器的结构及特点。2实验原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理可知：（13.2）0rSCd=A式中，S 为极板面积，d 为极板间距离， 0 为真空介电常数， r 为介质相对介电常数。由此可以看出，当被测物理量使 S、d 或 r 发生变化时，电容量 C 随之发生改变，如果保持其中两个
20、参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为 3 种类型：改变极间距离的变间隙式、改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。本实验采用变面积式，如图 13.8 所示，两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，另一只减小。将 3 个极板用导线引出，就形成差动电容输出。3实验仪器THSRZ-1 型传感器系统综合实验装图 13.8置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源。4实验步骤（1）按图 13.9 所示将电容传感器安装
21、在电容传感器模块上，将传感器引线插入实验模块插座中。图 13.9（2）将电容传感器模块的输出 Uo 接到数显直流电压表上。（3）接入15V 电源，合上主控台电源开关，将电容传感器调至中间位置，调节 Rw，使得数显直流电压表显示为 0。（4）旋动测微头推进电容传感器的共享极板（下极板） ，每隔 0.2mm 记下位移量 X 与输出电压值 U 的变化，填入表 13.6 中。表 13.6 实验数据记录表X（ mm） U（mV）5实验报告分析与提示根据表 13.6 的数据，计算电容传感器的系统灵敏度 S 和非线性误差 f。实验三 传感器测量振动实验（一） 霍尔式传感器振动测量实验1霍尔传感器测速（1）实
22、验目的：了解霍尔元件的应用测量转速。（2）实验原理：利用霍尔效应表达式 UH=KHIB，当被测圆盘上装上 N 支磁性体时，转盘每转一周，磁场变化 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出被测旋转物的转速。（3）实验仪器。THSRZ-1 型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为霍尔传感器，+5V、224V 直流电源，转动源，频率/转速表。（4）实验步骤。 根据图 13.10 所示安装，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔元件正对着转盘上的磁钢。 将+5V 电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端， “霍尔”输出接到频率/转速表（
23、切换到测转速位置） 。 “224V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动电源”输入端。 合上主控台电源，调节 224V 电源的输出，可以观察到转动源转速的变化。也可通过通信接口的第一通道 CH1，用上位机软件观测霍尔组件输出的脉冲波形。（5）实验报告分析与提示：分析霍尔组件产生脉冲的原理。2霍尔式传感器振动测量实验（1）实验目的：了解霍尔元件的应用测量振动。（2）实验原理：根据霍尔效应，霍尔电势 UH=KHIB，其中 KH 为灵敏度系数，由霍尔材料的物理性质决定。当通过霍尔元件的电流 I 一定，霍尔元件在一个梯度磁场中运动时，就可以用于进行位移测量。（3）实验仪器：THSRZ-1 型传感器系统综
24、合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为霍尔传感器模块、霍尔传感器、振动源、直流稳压电源、通信接口（4）实验步骤。 将霍尔传感器按图 13.4 所示安装在振动平台上。将传感器引线接到霍尔传感器模块的 9芯航空插座上，并按图 13.11 接线。图 13.10图 13.11 先将传感器与振动源断开，将实验台上的“低频输出”接到三源板的激振源输入端上，合上主控台电源，调节“低频调幅”旋钮到最大位置。调节“低频调频”旋钮，使振动梁振动并达到最大振动幅度（达到共振） 。 调 节 传 感 器 支 架 的 角 度 和 高 度 ， 使 传 感 器 连 接 到 振 动 梁 上 ， 并 能 随 振 动
25、梁 一 起 振 动 。 通过 通 信 接 口 的 CH1 通 道 用 上 位 机 软 件 观 测 其 输 出 波 形 。 也 可 以 用 频 率 /转 速 表 测 量 振 动 频 率 。（5）实验报告分析与提示。 选择不同的中心点来测量振动，比较霍尔输出波形的变化，并分析其原因； 考虑若使用交流信号激励霍尔元件，其输出应是什么波形？（二）差动变压器振动测量实验1实验目的了解差动变压器测量振动的方法。2实验原理利用差动变压器测量动态参数的原理与测量位移的原理相同，不同的是其输出为调制信号，要经过检波才能观测到所测动态参数。3实验仪器THSRZ-1 型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所
26、需的单元及部件为振荡器、差动变压器模块、相敏检波模块、频率/转速表、振动源、直流稳压电源，以及通信接口（含上位机软件） 。4实验步骤（1）将差动变压器按照图 13.4 所示安装在三源板的振动源单元上。（2）将差动变压器的输入/输出线连接到差动变压器模块上，并按图 13.5 所示接线。图 13.4 图 13.5（3）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用上位机观察音频振荡器输出端信号峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使 Up-p=2V。（4）用上位机观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架的高度，使上位机显示的波形幅值为最小。（5）仔细调节 Rw1 和 Rw2 使相敏检波器输出波形幅值更小，基本为零
27、点。用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移） ，仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使上位机显示的波形为一个接近全波整流波形。然后松手，整流波形则消失变为一条接近零点的线；否则，再调节 Rw1 和 Rw2。（6）振动源“低频输入”端接振荡器“低频输出”端，调节低频输出幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。分别用上位机软件观察放大器输出的 Uo1、相敏检波器输出的Uo2 及低通滤波器输出的 Uo3 的波形。（7）保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率，用上位机软件观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入表 13.4 中。表 13.4 实验数据记录表f（Hz）Up-p（V）
28、5实验报告分析与提示（1）根据实验结果做出振幅-频率特性曲线，指出自振频率的大概值，并与使用应变片测出的结果进行比较。（2）保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样可得到振幅与电压峰-峰值 Up-p 曲线（定性） 。注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在共振频率附近振幅太大。（三）压电式传感器振动实验1实验目的了解压电式传感器测量振动的原理和方法。2实验原理压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（读者可观察实验用压电式加速度计结构） 。传感器工作时，它感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上。由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。3
29、实验仪器THSRZ-1 型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为振动源、低频振荡器、直流稳压电源、压电传感器模块、移相检波低通模块。4实验步骤（1）压电传感器已安装在振动梁的圆盘上。（2）将振荡器的“低频输出”端接到三源板的“低频输入”端，并按图 13.12 所示接线。合上主控台电源开关，调节低频调幅到最大，并将低频调频调到适当位置，使振动梁的振幅达到最大（达到共振） 。图 13.12（3）将压电传感器的输出端接到压电传感器模块的输入端 Ui1，用上位机观察压电传感器的输出波形 Uo。5实验报告改 变 低 频 输 出 信 号 的 频 率 ， 记 录 在 振 动 源 不
30、同 振 幅 下 的 压 电 传 感 器 输 出 波 形 的 频 率 和 幅值 。实验四 光纤传感器测量振动实验1 实 验 目 的了 解 用 光 纤 传 感 器 进 行 相 关 物 理 量 的 测 量2 实 验 原 理反 射 式 光 纤 位 移 传 感 器 是 一 种 传 输 型 光 纤 传 感 器 。 光 纤 采 用 型 结 构 ， 两束 光 纤 一 端 合 并 在 一 起 组 成 光 纤 探 头 ， 另 一 端 分 为 两 支 ， 分 别 作 为 光 源 光纤 和 接 收 光 纤 。 光 从 光 源 耦 合 到 光 源 光 纤 ， 通 过 光 纤 传 输 ， 射 向 反 射 片 ，再 被 反
31、 射 到 接 收 光 纤 ， 最 后 由 光 电 转 换 器 接 收 ， 转 换 器 接 受 到 的 光 源 与 反射 体 表 面 性 质 、 反 射 体 到 光 纤 探 头 距 离 有 关 。 当 反 射 表 面 位 置 确 定 后 ， 接收 到 的 反 射 光 光 强 随 光 纤 探 头 到 反 射 体 的 距 离 的 变 化 而 变 化 。 显 然 ， 当 光纤 探 头 紧 贴 反 射 片 时 ， 接 收 器 接 收 到 的 光 强 为 零 。 随 着 光 纤 探 头 离 反 射 面距 离 的 增 加 ， 接 收 到 的 光 强 逐 渐 增 加 ， 到 达 最 大 值 点 后 又 随 两
32、 者 的 距 离 增加 而 减 小 。 反 射 式 光 纤 位 移 传 感 器 是 一 种 非 接 触 式 测 量 ， 具 有 探 头 小 ， 响应 速 度 快 ， 测 量 线 性 化 （ 在 小 位 移 范 围 内 ） 等 优 点 ， 可 在 小 位 移 范 围 内 进行 高 速 位 移 检 测 。3 实 验 仪 器THSRZ-1 型 传 感 器 系 统 综 合 实 验 装 置 。 本 实 验 在 该 实 验 装 置 上 所 需 的 单元 及 部 件 为 振 动 源 、 低 频 振 荡 器 、 直 流 稳 压 电 源 、 光 纤 传 感 器 模 块 、移 相 检 波 低 通 模 块 。4 实
33、 验 步 骤(1)连 接 、 调 节 装 置 。 在 仪 器 支 架 上 安 装 光 纤 探 头 ， 探 头 对 准 镀 铬 反射 板 ， 调 节 光 纤 探 头 端 面 与 反 射 板 平 行 ， 距 离 适 中 ； 将 光 纤 传 感 器 光 电 转换 装 置 与 光 电 变 换 器 相 连 接 ， 接 通 电 源 预 热 数 分 钟 。 (2)作 反 射 式 光 纤 传 感 器 输 出 特 性 曲 线 。转 动 测 微 头 ， 使 反 射 板 与 光 纤 探 头 端 面 紧 密 接 触 ， 此 时 光 纤 变 换 器 输出 电 压 为 零 。 然 后 旋 动 测 微 器 ， 使 反 射
34、板 离 开 探 头 ， 每 隔 . 读 出 一 次 输 出 电 压 值 ， 填 入 数 据 表 ， 作 曲 线 ， 求 得线 性 范 围 的 灵 敏 度 。 (3)测 量 微 小 振 动 的 振 幅 与 频 率1) 了 解 激 振 线 圈 在 实 验 仪 上 所 在 位 置 及 激 振 线 圈 的 符 号 。2) 接 入 低 通 滤 波 器 和 示 波 器 ， 如 图 4 接 线 。 图 43) 将 测 微 头 与 振 动 台 面 脱 离 ， 测 微 头 远 离 振 动 台 。 将 光 纤 探 头 与 振动 台 反 射 纸 的 距 离 调 整 在 光 纤 传 感 器 工 作 点 即 线 性 段
35、 中 点 上 （ 利 用 静 态 特性 实 验 中 得 到 的 特 性 曲 线 ， 选 择 线 性 中 点 的 距 离 为 工 作 点 ， 目 测 振 动 台 上的 反 射 纸 与 光 纤 探 头 端 面 之 间 的 相 对 距 离 即 线 性 区 X 的 中 点 ） 。4) 将 低 频 振 荡 信 号 接 入 振 动 台 的 激 振 线 圈 上 ， 开 启 主 、 副 电 源 ， 调节 低 频 振 荡 器 的 频 率 与 幅 度 旋 钮 ， 使 振 动 台 振 动 且 振 动 幅 度 适 中 ； 5) 保 持 低 频 振 荡 器 输 出 的 Vp-p 幅 值 不 变 ， 改 变 低 频 振
36、荡 器 的 频 率（ 用 示 波 器 观 察 低 频 振 荡 器 输 出 的 Vp-p 值 为 一 定 值 ， 在 改 变 频 率 的 同时 如 幅 值 发 生 变 化 则 调 整 幅 度 旋 钮 使 Vp-p 相 同 ） ， 将 频 率 和 示 波 器 上所 测 的 峰 峰 值 （ 此 时 的 峰 峰 值 Vp-p 是 指 经 低 通 后 的 Vp-p） 填 入 下 表 ，并 作 出 幅 频 特 性 图 ： 幅 度 （ Vp-p）频 率（ Hz）6) 关 闭 主 、 副 电 源 ， 把 所 有 旋 钮 复 原 到 原 始 最 小 位 置 。5 实 验 报 告改 变 低 频 输 出 信 号 的
37、 频 率 ， 记 录 在 振 动 源 不 同 振 幅 下 的 光 纤 传 感器 输 出 波 形 的 频 率 和 幅 值 。实验五 LED 光电转换特性实验一 、 实 验 目 的了 解 光 敏 二 极 管 的 特 性 ， 当 光 电 管 的 工 作 偏 压 一 定 时 ， 光 电 管 输 出 光电 流 与 入 射 光 的 照 度 （ 或 通 量 ） 的 关 系 ， 了 解 光 敏 二 极 管 在 控 制 电 路 中 的具 体 应 用 。二 、 实 验 仪 器 和 设 备光 敏 二 极 管 、 直 流 稳 压 电 源 、 照 度 测 量 器 件 、 采 样 电 阻 、 照 度 表 、 光源 、 微
38、 安 表 、 跟 随 器 ， 比 较 器 I,比 较 器 II、 F/V 表 。三 、 实 验 原 理光 敏 二 极 管 是 一 种 光 生 伏 特 器 件 ， 用 高 阻 P 型 硅 作 为 基 片 ， 然 后在 基 片 表 面 进 行 掺 杂 形 成 PN 结 。 N 区 扩 散 得 很 浅 为 1um 左 右 ， 而 空间 电 荷 区 （ 即 耗 尽 层 ） 较 宽 ， 所 以 保 证 了 大 部 分 光 子 入 射 子 入 射 到 耗 层 内 。光 被 吸 收 而 激 发 电 子 -空 穴 对 ， 电 子 -空 穴 对 在 外 加 反 向 偏 压 VBB 的 作用 下 ， 空 穴 流
39、向 正 极 ， 形 成 了 二 极 管 的 反 向 电 流 即 光 电 流 。 光 电 流 通 过 外加 负 载 电 阻 RL 后 产 生 电 压 信 号 输 出 。图 2 所 示 为 光 敏 灯 控 实 验 单 元 的 实 际 电 路 ， 当 光 照 度 下 降 时 采 样 电 阻中 Vo 电 压 下 降 ， 当 电 压 小 于 比 较 器 +输 入 端 电 压 时 ， 比 较 器 输 出 高 电平 ， 晶 体 管 T 导 通 ， 集 电 极 负 载 LED 电 流 增 大 使 LED 发 光 ， 这 是 一个 暗 通 电 路 。四 、 实 验 步 骤1. 了 解 所 需 单 元 、 部 件
40、 在 实 验 仪 上 的 位 置 、 观 察 光 敏 二 极 管 的 结 构 。2. 测 量 光 敏 二 极 管 的 光 电 特 性 ：光 敏 二 极 管 的 光 电 特 性 是 指 当 工 作 偏 压 一 定 时 ， 光 电 管 输 出 光 电 流与 入 射 光 照 度 （ 或 通 量 ） 的 关 系 。 按 图 1 接 线 ， +VCC 选 择 在 +4v，负 载 电 阻 调 制 最 大 （ 最 大 为 12K， 事 先 也 可 用 万 用 表 测 得 ） ， 打 开 光源 改 变 照 度 （ 方 法 如 下 ） ， 并 记 录 微 安 表 的 读 数 填 入 下 表 ： 光 强（ Lx）
41、0 200 400 800 1000电 流（ uA）注 ： 光 强 调 节 方 法 ： 将 光 源 探 头 移 到 照 度 测 量 处 ， 调 节 前 后 位 置 使照 度 表 显 示 最 大 ， 然 后 调 节 亮 度 调 节 旋 钮 ， 观 察 照 度 表 调 至 所 需 要 的 照 度值 。 然 后 移 回 到 光 敏 电 阻 处 使 微 安 表 显 示 最 大 处 ， 调 节 时 可 移 出 遮 光 罩 防止 外 界 光 干 扰 。测 试 光 电 流 时 要 注 意 不 能 使 电 路 中 的 微 安 表 指 针 打 表 。 3. 光 敏 二 极 管 在 控 制 电 路 中 的 应 用
42、 ：（ 1） 副 电 源 打 开 ， 如 图 2 接 线 ， 采 样 电 阻 旋 至 最 大 ， 光 敏 电 阻 在 环境 光 照 下 ， 调 节 比 较 器 I， 使 发 光 管 刚 好 熄 灭 。（ 2） 改 变 光 照 条 件 ， 用 手 遮 住 光 敏 二 极 管 改 变 其 光 照 ， 当 光 暗 到 一 定程 度 时 发 光 管 会 跳 亮 。 这 就 是 日 常 所 用 的 暗 光 街 灯 控 制 电 路 的 原 理 。 改 变比 较 电 压 或 者 采 样 电 阻 调 节 感 应 光 强 的 临 界 点 。图 2图 1实验六 光电探测器相对光谱响应度测试实验一 、 实 验 目
43、的了 解 光 敏 三 极 管 的 特 性 ， 当 光 电 管 的 工 作 偏 压 一 定 时 ， 光 电 管 输 出 光电 流 与 入 射 光 的 照 度 （ 或 通 量 ） 的 关 系 ， 了 解 光 敏 三 极 管 在 不 同 颜 色 的 光源 中 光 谱 响 应 特 性 。二 、 实 验 仪 器 和 设 备光 敏 三 极 管 、 直 流 稳 压 电 源 、 采 样 电 阻 、 跟 随 器 、 照 度 测 量 器 件 、 照度 表 、 光 源 、 微 安 表 、 F/V 表 。三 、 实 验 原 理光 敏 三 极 管 是 一 种 光 生 伏 特 器 件 ， 用 高 阻 P 型 硅 作 为
44、基 片 然 后 在基 片 表 面 进 行 掺 杂 形 成 PN 结 。 N 区 扩 散 得 很 浅 为 lum 左 右 ， 而 空 间电 荷 区 ， (即 耗 尽 层 )较 宽 ， 所 以 保 证 了 大 部 分 光 子 入 射 到 耗 层 内 ， 光 子入 射 到 耗 层 内 被 吸 收 而 激 发 电 子 -空 穴 对 加 反 向 偏 压 VcB 的 作 用 下 ，空 穴 流 向 正 极 ， 形 成 了 三 极 管 的 反 向 电 流 即 光 电 流 。 光 电 流 通 过 外 加 负 载电 阻 RL 后 产 生 电 压 信 号 输 出 。光 电 器 件 的 灵 敏 度 是 入 射 辐 射
45、 波 长 的 函 数 。 以 功 率 相 等 的 不 同 波 长 的单 色 辐 射 入 射 于 光 电 器 件 ， 其 光 电 信 号 与 辐 射 波 长 的 关 系 为 光 电 器 件 的 光谱 响 应 特 性 。四 、 实 验 步 骤1.了 解 所 需 单 元 、 部 件 在 实 验 仪 上 的 位 置 、 观 察 光 敏 三 极 管 的 结 构 。2. 测 量 光 敏 三 极 管 光 电 特 性 ： 光 敏 三 极 管 的 光 电 特 性 是 指 当 工 作 偏 压 一 定 时 ， 光 电 管 输 出 光 电 流与 入 射 光 照 度 （ 或 通 量 ） 的 关 系 。 按 图 1 接
46、线 ， +VCC 选 择 在 +10v，负 载 电 阻 调 制 最 小 （ 最 小 为 2K， 事 先 也 可 用 万 用 表 测 得 ） ， 打 开 光 源改 变 照 度 （ 方 法 如 实 验 五 ） ， 并 记 录 F/V 表 的 读 数 填 入 下 表 ：光 强（ Lx）0 200 400 800 1000Vo/2K做 出 照 度 电 流 曲 线 。 注 ： 副 电 源 打 开 。3. 测 量 光 敏 三 极 管 伏 安 特 性 ：当 入 射 光 的 照 度 （ 或 通 亮 ） 一 定 时 ， 光 电 管 输 出 的 光 电 流 与 偏 压 的 关系 称 为 伏 -安 特 性 。 接
47、线 如 图 1 所 示 ， 调 节 光 强 1000Lx 不 变 ， 采 样 电阻 至 最 小 。 改 变 +Vcc 的 电 压 ， 记 录 F/V 表 的 电 压 值 ， 计 算 并 填 入 下 表 ：光 源 （ 颜 色 ） +4V +6V +8V +10VVo/2K作 出 VI 曲 线 ， 将 光 源 分 别 调 至 750Lx、 500Lx 档 ， 重 复 上 述 步骤 ， 做 出 三 条 VI 曲 线 ， 分 析 它 们 有 什 么 不 同 ？ 图 14. 测 量 光 敏 三 极 管 的 光 谱 响 应 特 性 ：光 电 器 件 的 灵 敏 度 是 入 射 辐 射 波 长 的 函 数
48、。 以 功 率 相 等 的 不 同 波 长 的单 色 辐 射 入 射 于 光 电 器 件 ， 其 光 电 信 号 与 辐 射 波 长 的 关 系 为 光 电 器 件 的 光谱 响 应 特 性 。 实 验 接 线 如 图 1， 调 节 光 强 至 1000Lx， 采 样 电 阻 至 最 小 ，分 别 使 用 不 同 颜 色 的 光 源 测 得 F/V 表 的 读 数 ， 并 填 入 下 表 ：光 源 （ 颜 色 ）电 压 （ V）注 意 ： 换 光 源 时 光 强 调 节 旋 钮 不 可 动 ， 安 装 不 同 光 源 时 保 证 发 光 管 到 光 电器 件 的 距 离 不 变 ， 从 而 保 证 光 源 的 功 率 相 同 。
