光纤位移传感特性、光敏三极管特性实验-.doc

一、光纤位移传感实验 一、实验目的 1、熟悉光敏三极管的结构和工作原理。 2、了解光敏三极管的特性，当工作电压一定时，光敏三极管输出光电流与入射光照度的关系。 3、了解光敏管在控制电路中的具体应用。 二、实验内容 用传光型光纤测位移。 三、实验器件 主机箱，光纤传感器，光纤传感器实验模板，测微头，铁和铜反射面。 四、基本原理 反射式光纤位移传感器简介 光纤采用Y型结构，两束多模光纤一端合并经切割打磨组成光纤探头，在传感系统中，一支为接收光纤，另一支为光源光纤，光纤只起传输信号的作用。 当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换器，光电元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位置量。 本实验采用的是传光型光纤，如图1，它有两束光纤混合后，组成Y型光纤，半圆分布及双D分布，一束光纤端部和光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两束光混合后的端部都是工作端亦称探头，他与被测体相距X，有光源发出的光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，二光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 图1 （a） Y型光纤示意图；（b）位移与输出电压关系 五、实验步骤 1、将光纤传感器、光电变换组件与光纤变换电路相连接，输出端Vo接数字电压表。（如图2所示） 2、光纤探头安装于位移平台的支架上用固定螺丝固定，电机叶片对准光纤探头，注意保持两端面的平行。 3、尽量降低室内光照度，移动位移平台使光纤探头靠紧反射面，此时变换电路输出电压Vo应约等于零（0.5V左右即可）。 4、动螺旋测微仪带动位移平台使光纤端面离开反射叶片，每旋转一圈（0.5mm）记录Vo值,并将记录结果填入表格，作出距离X与电压值V的关系曲线。 图2 连线图 实验数据 每旋转1圈所测的电压值 表1 位移mm 15.60 15.10 1460 14.10 13.60 13.10 12.60 12.10 11.60 11.10 电压V 0.50 0.5 0.60 0.67 0.73 0.81 0.90 0.99 1.10 1.23 位移mm 10.60 10.10 9.60 9.10 8.60 8.10 7.60 7.10 6.60 6.10 电压V 1.35 1.48 1.61 1.71 1.77 1.76 1.62 1.32 0.8 0.24 2、位移与电压关系图 光纤位移传感器——转速测量实验 一、实验原理 当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化；光电变换器输出电量也发生相应的变化，经V／F电路变换，成方波频率信号输出。 二、实验步骤 1、将光纤传感器、光电变换组件与光纤变换电路相连接，光纤变换电路的输出端Vo接/“光电耦合器单元”的“整形入”端，光纤变换电路的Fo输出端接数字频率表2KHz档。（如图3） 2、根据上面实验的结果，将光纤探头安装在距电机反射叶片最佳工作点处。确认无误后，开启仪器电源。 3、开启测速电机，调节转速，用示波器（计算机桌面软件）观察Vo端输出电压波形和经过整形的Fo端输出方波的波形，如Fo端无输出则可能是Vo端输出电压过高，可适当降低放大增益，直至FO端有方波输出为止。 电机转速＝Fo端方波频率除以2（每周两个方波信号） 图3 转速测量实验连线图 实验结果 转速为0.08/2 = 0.04k/s 光敏三极管特性实验 一、实验目的 （1）了解光敏三极管结构与工作原理。 （2）掌握光敏三极管性能、特性的测试方法。 二、实验器件与单元 CSY2000G光电传感器实验台、光电器件实验（一）模板、光敏三极管、光源、滤色镜、照度计模板、光照度计探头 三、基本原理 （1）光敏二极管简介 和普通二极管相似，光敏二极管的核心部分也是一个PN结，属于单向导电性的非线性元件。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。在没有光照射时，由少数载流子漂移形成的反向电流很小（暗电流），处于截止状态；当有光照射时，吸收光子、激发电子——空穴对，在外加反向电压作用下形成光电流，使得光敏二极管处于导通状态。 图4 光敏二极管工作原理图 光敏三极管与反偏的光敏二极管工作原理类似；但存在两个PN结，可利用一般晶体管的电流放大作用获得更大的光电流，因此具有更高的灵敏度。 光敏三极管可用元素半导体或化合物半导体制得，不同材料的光敏三极管对应的光谱特性不同。本实验用的是一种用平面工艺制造的硅NPN型光敏三极管，只有E、C两个引出端子。 （2）光敏三极管工作原理 光敏三极管可等效为一个光敏二极管和普通三级管结合而成。当具有光敏