短路电流特性曲线课件

光电检测与信息处理研究室光电信息检测综合实验光电检测与信息处理研究室光电信息检测综合实验1光电检测与信息处理研究室光电信息检测综合实验光电信息检测综合实验光电传感器特性实验光电传感器特性实验 1.1.红外光源曲线标定实验红外光源曲线标定实验 2.2.光敏电阻特性实验光敏电阻特性实验 3.3.光电池特性实验光电池特性实验 4.4.光敏二极管特性实验光敏二极管特性实验光电信息处理实验光电信息处理实验 1.1.热释电红外报警实验热释电红外报警实验 2.2.光变频率实验光变频率实验 3.3.光电密码锁实验光电密码锁实验 4.4.光电式直流电机测速实验光电式直流电机测速实验 5.5.线阵线阵CCDCCD测量物体外形尺寸实验测量物体外形尺寸实验 6.6.红外遥控实验红外遥控实验光电检测与信息处理研究室光电信息检测综合实验2光电检测与信息处理研究室 红外光源曲线标定实验红外光源曲线标定实验 通过实验使学生了解光源的原理和种类以及输出的光功率和接收电压之间的关系。通过实验使学生了解光源的原理和种类以及输出的光功率和接收电压之间的关系。二、实验原理二、实验原理 本实验所用的光源为红外功率可调光源，主要由红外发光二极管构成本实验所用的光源为红外功率可调光源，主要由红外发光二极管构成,所用的接收所用的接收器件是光敏二极管。器件是光敏二极管。发光二极管发光二极管 一、实验目的一、实验目的特性特性:自发辐射光，与激光器不同，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽，在垂直于自发辐射光，与激光器不同，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽，在垂直于发光面上，面发光发光面上，面发光LED辐射图呈郎伯分布，半功率点辐射角大，可达辐射图呈郎伯分布，半功率点辐射角大，可达120度，驱动电度，驱动电流较小时，流较小时，P-I曲线的线性较好，电流过大时，由于曲线的线性较好，电流过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使结发热产生饱和现象，使P-I曲曲线的斜率减少。线的斜率减少。原理与结构原理与结构:其核心是其核心是PN结。因此它具有一般结。因此它具有一般P-N结结的的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由压下，电子由N区注入区注入P区，空穴由区，空穴由P区注入区注入N区。区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。载流子（多子）复合而发光。光电检测与信息处理研究室 红外光源曲线标定实验 3光电检测与信息处理研究室 光敏二极管又称光电二极管，光敏二极管是基于光伏效应原理工作的光电光敏二极管又称光电二极管，光敏二极管是基于光伏效应原理工作的光电器件。当入射光子在本征半导体的器件。当入射光子在本征半导体的P-N结及其附近产生电子结及其附近产生电子空穴对时，光生空穴对时，光生载流子受势垒区电场作用，电子漂移到载流子受势垒区电场作用，电子漂移到N区，空穴漂移到区，空穴漂移到P区。电子和空穴分别区。电子和空穴分别在在N区和区和P区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。区积累，两端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。光敏二极管基于这一原理。如果在外电路把光敏二极管基于这一原理。如果在外电路把P-N短接，就产生反向的短路电流，短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。光敏二极管及其原理和结构光敏二极管及其原理和结构 光电检测与信息处理研究室 光敏二极管又称光电二极管4光电检测与信息处理研究室 红外光源曲线标定测试图红外光源曲线标定测试图在发射端，将红外在发射端，将红外发光二极管接入到发光二极管接入到晶体三极管的集电晶体三极管的集电极，通过改变滑动极，通过改变滑动变阻器的阻值调节变阻器的阻值调节三极管基极偏置电三极管基极偏置电压进而改变集电极压进而改变集电极电流电流。电流较小。电流较小时，时，P-I曲线的线曲线的线性较好，所以可获性较好，所以可获得需求的辐射光功得需求的辐射光功率；在接收端，将率；在接收端，将光电二极管电流转光电二极管电流转换成可用电压，用换成可用电压，用一个运算放大器作一个运算放大器作为电流为电流-电压的转电压的转换电路。换电路。光电检测与信息处理研究室 红5光电检测与信息处理研究室 改变电压改变电压,记录数据并用描点法将接收电压与接收光功率之间的关系绘制成曲记录数据并用描点法将接收电压与接收光功率之间的关系绘制成曲线线。光源数据表格光源数据表格 本实验根据红外发光二极管和光敏二极管的特性，对红外发光二极管发出本实验根据红外发光二极管和光敏二极管的特性，对红外发光二极管发出的光功率进行测量。由于光敏二极管的谱线宽，可见光会影响测量的结果，因的光功率进行测量。由于光敏二极管的谱线宽，可见光会影响测量的结果，因此实验需要在暗室中进行。此实验需要在暗室中进行。光电检测与信息处理研究室 改变电压,记录数据并用6光电检测与信息处理研究室 1、观察输入电压、观察输入电压0.6V以下和以下和4.6V以上的曲线，是否成线性关系？为什么？以上的曲线，是否成线性关系？为什么？2、通过测试结果分析、通过测试结果分析PI特性曲线的特点？特性曲线的特点？思考题思考题光源的功率曲线光源的功率曲线 光电检测与信息处理研究室 1、观察输入电压0.6V以下和4.7光电检测与信息处理研究室 光敏电阻特性实验光敏电阻特性实验 一一.实验目的实验目的 通过实验掌握光敏电阻的工作原理，掌握光敏电阻的光照特性、伏通过实验掌握光敏电阻的工作原理，掌握光敏电阻的光照特性、伏安特性及其测试电路的设计。安特性及其测试电路的设计。二二.实验原理实验原理 在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照愈强，器件本身的阻值愈小。基于这种效应的光料的一种体效应。光照愈强，器件本身的阻值愈小。基于这种效应的光电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光的光强、波电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光的光强、波长和外加电压有关。长和外加电压有关。光敏电阻及其原理和结构图光敏电阻及其原理和结构图 光电检测与信息处理研究室 8光电检测与信息处理研究室光敏电阻伏安特性测试原理框图光敏电阻伏安特性测试原理框图（一）光敏电阻的伏安特性测试实验（一）光敏电阻的伏安特性测试实验光照度一定时，光照度一定时，通过调节变阻器通过调节变阻器的阻值，读出光的阻值，读出光敏电阻两端电压敏电阻两端电压和通过光敏电阻和通过光敏电阻的电流。通过欧的电流。通过欧姆定律计算出光姆定律计算出光敏电阻的亮电阻敏电阻的亮电阻和暗电阻。和暗电阻。光电检测与信息处理研究室光敏电阻伏安特性测试原理框图（一）9光电检测与信息处理研究室 记录数据并用描点法将接收电压和电流之间的关系绘制成曲线记录数据并用描点法将接收电压和电流之间的关系绘制成曲线,并对两并对两条曲线进行分析。条曲线进行分析。电压电压-电流数据表格（照度为某一非电流数据表格（照度为某一非0值时）值时）电压电压-电流数据表格（照度为电流数据表格（照度为0值时）值时）光电检测与信息处理研究室 记录数据并用描点法将接10光电检测与信息处理研究室电压电压-电流特性曲线电流特性曲线 光电检测与信息处理研究室电压-电流特性曲线 11光电检测与信息处理研究室（二）光敏电阻的光照特性测试（二）光敏电阻的光照特性测试调节可变电调节可变电源的输出电源的输出电压值，从而压值，从而改变线性功改变线性功率可调光源率可调光源的输出功率，的输出功率，记录不同的记录不同的光功率时光光功率时光敏电阻的电敏电阻的电压值压值。光电检测与信息处理研究室（二）光敏电阻的光照特性测试调节可变12光电检测与信息处理研究室将所测得的结果填入表中并分析实验结果。将所测得的结果填入表中并分析实验结果。功率功率电压表电压表 光电检测与信息处理研究室将所测得的结果填入表中并分析实验结果13光电检测与信息处理研究室 思考题思考题1.在电路中恒流是怎样实现的？在电路中恒流是怎样实现的？功率功率电压特性曲线电压特性曲线光电检测与信息处理研究室 思考题功率电压特性曲线14光电检测与信息处理研究室 光电池特性实验光电池特性实验 一一.实验目的实验目的 通过实验掌握光电器件通过实验掌握光电器件-光电池的工作原理及相关特性，了解光电池光电池的工作原理及相关特性，了解光电池特性曲线及其测试电路的设计。特性曲线及其测试电路的设计。二二.实验原理实验原理 光电池是根据光生伏特效应制成的，不需要加偏压就能把光能转换成电能的光电池是根据光生伏特效应制成的，不需要加偏压就能把光能转换成电能的光电池及其原理和结构光电池及其原理和结构 P-N结的光电器件。结的光电器件。本实验采用短路电流电路如下图所示，放大器选用本实验采用短路电流电路如下图所示，放大器选用OP07；此电路对光电池而言，；此电路对光电池而言，负载近似等于负载近似等于0，当有光照射时，光电池感应光照产生光电流，当有光照射时，光电池感应光照产生光电流I，由于放大器正常工作时，由于放大器正常工作时正负两端虚短，所以其输出电压正负两端虚短，所以其输出电压V0=-I*（R1+R2）。并且光照越强，输出电压越大。）。并且光照越强，输出电压越大。光电检测与信息处理研究室 15光电检测与信息处理研究室光电池特性测试原理图光电池特性测试原理图 光电检测与信息处理研究室光电池特性测试原理图 16光电检测与信息处理研究室 调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；对应不同调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；对应不同的功率值的功率值,用万用表测试光电池的输出电压值用万用表测试光电池的输出电压值.将所测得的结果（输出电压）将所测得的结果（输出电压）和通过公式求得的结果（短路电流）填入表格并在图中绘出功率和通过公式求得的结果（短路电流）填入表格并在图中绘出功率-短路电短路电流曲线。应用公式：流曲线。应用公式：I0=-V0/（R1+R2）求得短路电流）求得短路电流.将所测得的结果将所测得的结果（输出电压）和通过公式求得的结果（短路电流）填入表格，并在图中（输出电压）和通过公式求得的结果（短路电流）填入表格，并在图中绘出功率绘出功率短路电流曲线。短路电流曲线。（一）光电池短路电流测量（一）光电池短路电流测量功率功率短路电流数据表格短路电流数据表格 光电检测与信息处理研究室（一）光电池短路电流测量功率短路电17光电检测与信息处理研究室短路电流特性曲线短路电流特性曲线 光电检测与信息处理研究室短路电流特性曲线 18光电检测与信息处理研究室（二）光电池开路电压测量（二）光电池开路电压测量 调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；因为数字万用调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；因为数字万用表呈现很大的内阻，则对应不同的功率值用数字万用表测出光电池两极的开表呈现很大的内阻，则对应不同的功率值用数字万用表测出光电池两极的开路电压值（测试点为光电池探头的路电压值（测试点为光电池探头的“PIN1”、“PIN2”）。）。将所测得的结果填入表格，并在图中绘出功率将所测得的结果填入表格，并在图中绘出功率开路电压曲线开路电压曲线。功率功率开路电压数据表格开路电压数据表格 光电检测与信息处理研究室（二）光电池开路电压测量 19光电检测与信息处理研究室短路电流特性曲线短路电流特性曲线 思考题思考题 1、对比光电池开路电压和短路电流的特性曲线的斜率得出什么结论、对比光电池开路电压和短路电流的特性曲线的斜率得出什么结论?2、短路电流测试前后，、短路电流测试前后，PLUG64-1-36输出电压是否变化输出电压是否变化？光电检测与信息处理研究室短路电流特性曲线 思考题 1、对比光20光电检测与信息处理研究室 光敏二极管特性实验光敏二极管特性实验 一一.实验目的实验目的 通过实验掌握光敏二极管的工作原理及相关特性，了解光敏二极管通过实验掌握光敏二极管的工作原理及相关特性，了解光敏二极管特性曲线及其测试电路的设计。特性曲线及其测试电路的设计。二二.实验原理实验原理 光敏二极管原理见红外光源曲线标定实验光敏二极管原理见红外光源曲线标定实验,其在应用中一般加反向偏其在应用中一般加反向偏压，使得其产生的光电流只与光照度有关。当光照为零时，光敏二极管压，使得其产生的光电流只与光照度有关。当光照为零时，光敏二极管不会产生载流子，也没有其他电流流过，整个电路处于截止状态；当有不会产生载流子，也没有其他电流流过，整个电路处于截止状态；当有光照时，光敏二极管产生光电流，由于放大器的正负输入端虚短，放大光照时，光敏二极管产生光电流，由于放大器的正负输入端虚短，放大器输出负电压。再二级放大，然后用跟随器输出。并且光照越强，输出器输出负电压。再二级放大，然后用跟随器输出。并且光照越强，输出电压越大。电压越大。光电检测与信息处理研究室 21光电检测与信息处理研究室光敏二极管特性测试图光敏二极管特性测试图 光电检测与信息处理研究室光敏二极管特性测试图 22光电检测与信息处理研究室 调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；对应不同调节线性光源的输入电压值，从而改变光源的输出功率；对应不同的功率值用万用表测试光电池的输出电压值。的功率值用万用表测试光电池的输出电压值。将所测得的结果填入表格，并在图中绘出功率将所测得的结果填入表格，并在图中绘出功率电压曲线。电压曲线。功率功率电压数据表格电压数据表格 光电检测与信息处理研究室 将所测得的结果填23光电检测与信息处理研究室功率功率电压特性曲线电压特性曲线 思考题思考题1.光敏二极管在应用时一般加反向偏压，其目的是什么光敏二极管在应用时一般加反向偏压，其目的是什么?光电检测与信息处理研究室功率电压特性曲线 思考题1.光敏二24光电检测与信息处理研究室 热释电红外报警实验热释电红外报警实验 一一.实验目的实验目的 了解热释电红外传感器的工作原理及热释电效应，了解热释电红外了解热释电红外传感器的工作原理及热释电效应，了解热释电红外报警器的的电路设计方法和调试，掌握热释电红外传感器的使用。报警器的的电路设计方法和调试，掌握热释电红外传感器的使用。二二.实验原理实验原理 热释电红外传感器及其结构图热释电红外传感器及其结构图 1、热释电效应原理、热释电效应原理光电检测与信息处理研究室 25光电检测与信息处理研究室 当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度下降，表面电荷减少，相当于度下降，表面电荷减少，相当于“释放释放”一部分电荷，所以起名叫热释一部分电荷，所以起名叫热释电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。如果继续照射，电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。如果继续照射，晶体薄片的温度升高到晶体薄片的温度升高到Tc(居里温度居里温度)值时，自发极化突然消失。不再释值时，自发极化突然消失。不再释放电荷，输出信号为零。放电荷，输出信号为零。热释电效应热释电效应光电检测与信息处理研究室 当已极化的热26光电检测与信息处理研究室2、热释电红外报警实验原理、热释电红外报警实验原理 热释电红外报警电路由传感器、检测放大电路、比较输出电路、驱动延时热释电红外报警电路由传感器、检测放大电路、比较输出电路、驱动延时电路、继电器等组成。电路、继电器等组成。因此，热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变因此，热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变化量）。当面积为化量）。当面积为A A的热释电晶体受到调制加热，而使其温度的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T T发生微小变化发生微小变化时，就有热释电电流。时，就有热释电电流。热释电效应的大小与晶体所受的机械约束有关。在被钳制不能发生形变的热释电效应的大小与晶体所受的机械约束有关。在被钳制不能发生形变的晶体中出现的热释电效应为一级效应，或称主效应。在自由晶体中，除一级效应晶体中出现的热释电效应为一级效应，或称主效应。在自由晶体中，除一级效应外还有因热膨胀所诱导的压电效应也会改变表面吸附的电荷量，这是次级热释电外还有因热膨胀所诱导的压电效应也会改变表面吸附的电荷量，这是次级热释电效应。晶体的温度、应力或应变不均匀时所引起的附加作用属于三级热释电效应，效应。晶体的温度、应力或应变不均匀时所引起的附加作用属于三级热释电效应，亦称假热释电效应。亦称假热释电效应。热电体有重要和广泛的应用，如红外探测器，热电激光量热计，夜视仪以热电体有重要和广泛的应用，如红外探测器，热电激光量热计，夜视仪以及各种光谱反接收器等。它的优点是不用低温冷却，但目前灵敏度比相应半导及各种光谱反接收器等。它的优点是不用低温冷却，但目前灵敏度比相应半导体稍低。体稍低。光电检测与信息处理研究室2、热释电红外报警实验原理 27光电检测与信息处理研究室红外报警实验原理图红外报警实验原理图 光电检测与信息处理研究室红外报警实验原理图 28光电检测与信息处理研究室 打开电源，热释电实验板上的红灯会闪一下，表示上电。经过打开电源，热释电实验板上的红灯会闪一下，表示上电。经过10s 的延时时间后，调节电位器的延时时间后，调节电位器R19，使得当用手靠近热释电，热释电工作，使得当用手靠近热释电，热释电工作，红灯亮；手离开时，热释电停止工作，红灯熄灭，蜂鸣器报警后红灯亮；手离开时，热释电停止工作，红灯熄灭，蜂鸣器报警后 停止。停止。思考题思考题 1.上电后为什么要经过一段延时时间后，热释电方可以正常工作？上电后为什么要经过一段延时时间后，热释电方可以正常工作？光电检测与信息处理研究室 29光电检测与信息处理研究室 光变频率实验光变频率实验 一一.实验目的实验目的 进一步了解光敏二极管进一步了解光敏二极管(PD)的工作原理及其特性，掌握光电流检测的工作原理及其特性，掌握光电流检测的基本方法。的基本方法。二二.实验原理实验原理 光敏二极管原理见红外光源曲线标定实验光敏二极管原理见红外光源曲线标定实验,本实验通过一个光电转换本实验通过一个光电转换电路将光信号转换成频率信号（用赫兹来表示光照的强度）电路将光信号转换成频率信号（用赫兹来表示光照的强度）,光电转换器光电转换器件是利用处于反偏的光敏二极管的电流源特性将光强转换成频率。件是利用处于反偏的光敏二极管的电流源特性将光强转换成频率。在入射光照下，光敏二极管产生光电流对电容在入射光照下，光敏二极管产生光电流对电容(C1)充电充电,电容电容(C1)将将很快充电到很快充电到VDD(555定时器定时器5脚输入电压脚输入电压),这时这时555定时器定时器3脚输出为低电脚输出为低电平平,7脚相当于接地脚相当于接地,这就使电容这就使电容(C1)很快放电到零，这时很快放电到零，这时555定时器定时器3脚输脚输出为高电平出为高电平,7脚相当于开路。这样第一个完整的周期将输出，接下来脚相当于开路。这样第一个完整的周期将输出，接下来THR大于大于VDD为高阈值电压，为高阈值电压，TRIG小于小于1/2VDD为低阈值电压从而输出为低阈值电压从而输出波形。这样完整的周期信号将从波形。这样完整的周期信号将从555定时器定时器3脚输出。如此反复下去将产脚输出。如此反复下去将产生某频率的方波。生某频率的方波。光光-频率实验硬件原理图频率实验硬件原理图 光电检测与信息处理研究室 30光电检测与信息处理研究室光光频率实验硬件原理图频率实验硬件原理图光电检测与信息处理研究室光频率实验硬件原理图31光电检测与信息处理研究室 等精度测频原理等精度测频原理:直接测频的方法的计数值会产生直接测频的方法的计数值会产生1个数字误差，等个数字误差，等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。因此，是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。因此，消除了对被测信号计数所产生消除了对被测信号计数所产生1个数字误差，并且达到了在整个测试频段个数字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。测频原理如图所示的等精度测量。测频原理如图所示:等精度测频原理示意图等精度测频原理示意图 光电检测与信息处理研究室 等精度测频原32光电检测与信息处理研究室等精度测频软件流程图等精度测频软件流程图 思考题思考题1.发光二极管工作时加发光二极管工作时加正向电压还是反向电压正向电压还是反向电压？光电检测与信息处理研究室等精度测频软件流程图 思考题33光电检测与信息处理研究室光电密码锁实验光电密码锁实验一一.实验目的实验目的 了解各种光电器件的特性及原理，掌握使用方法。了解各种光电器件的特性及原理，掌握使用方法。二二.实验原理实验原理 1、器件原理、器件原理(1)反射式光电开关反射式光电开关 漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。于是光电开关就产生了开关信号。(2)对射式光电开关对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。(3)光电耦光电耦 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。光电检测与信息处理研究室光电密码锁实验一.实验目的34光电检测与信息处理研究室（4）光电池）光电池 光电池是基于光伏效应原理工作的光电器件。将光能转化为电能，光电池是基于光伏效应原理工作的光电器件。将光能转化为电能，该效应与材料、光的强度、波长等有关。该效应与材料、光的强度、波长等有关。（5）光敏电阻）光敏电阻 光敏电阻是基于光电导效应原理工作的光电器件。光敏电阻无极光敏电阻是基于光电导效应原理工作的光电器件。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光的光强、波长和外加电压有关。性，其工作特性与入射光的光强、波长和外加电压有关。2.实验原理实验原理 本实验是应用光电传感器的开关特性，利用光电元件受光照或无本实验是应用光电传感器的开关特性，利用光电元件受光照或无光照时光照时“有有”和和“无无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的开关信号。开关信号。光电检测与信息处理研究室（4）光电池 35光电检测与信息处理研究室实验原理图实验原理图光电检测与信息处理研究室实验原理图36光电检测与信息处理研究室程序流程图程序流程图 光电检测与信息处理研究室程序流程图 37光电检测与信息处理研究室光电式直流电机测速实验光电式直流电机测速实验 一一.实验目的实验目的 了解光电耦合器的工作原理及开关特性，掌握光电耦合器在直流了解光电耦合器的工作原理及开关特性，掌握光电耦合器在直流电机转速测量应用、基本方法。电机转速测量应用、基本方法。二二.实验原理实验原理1.光电耦合器原理光电耦合器原理 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。光电检测与信息处理研究室光电式直流电机测速实验 一.实验目38光电检测与信息处理研究室 2.光电式直流电机测速实验原理光电式直流电机测速实验原理 本实验主要涉及电机转速的测量和控制。直流电机的转速与所提供本实验主要涉及电机转速的测量和控制。直流电机的转速与所提供的电压有关，电压与转速成单调关系。本实验中电机的控制方法为滑动的电压有关，电压与转速成单调关系。本实验中电机的控制方法为滑动电阻电源供电，通过利用调节滑动变阻器来改变控制电压。由于电机的电阻电源供电，通过利用调节滑动变阻器来改变控制电压。由于电机的转动需要一定的功率，所以本试验中所用到的三极管要用功率管。测速转动需要一定的功率，所以本试验中所用到的三极管要用功率管。测速系统的前端由光电耦合器与栅格圆盘组成。当直流电机通过转动部分带系统的前端由光电耦合器与栅格圆盘组成。当直流电机通过转动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光电耦合器获得一系列脉冲信号。通过示波器动栅格圆盘旋转时，测速光电耦合器获得一系列脉冲信号。通过示波器可观察到光耦产生的脉冲，设其频率为可观察到光耦产生的脉冲，设其频率为f。根据栅格圆盘上有。根据栅格圆盘上有4个叶片，个叶片，电机转一圈有电机转一圈有4个脉冲产生，因此可得转速计算公式为（个脉冲产生，因此可得转速计算公式为（f/4）*60，即，即15f RPM(每分钟转的圈数每分钟转的圈数)。电机的驱动需要较大的电流，在电路中采用电机的驱动需要较大的电流，在电路中采用TIP122集成芯片驱动，集成芯片驱动，TIP122是是NPN型的功率达林顿晶体管。检测电路由光耦和比较器构成。型的功率达林顿晶体管。检测电路由光耦和比较器构成。电机旋转时，叶扇从光耦中间经过，引起光耦的输出电压变化，从而引电机旋转时，叶扇从光耦中间经过，引起光耦的输出电压变化，从而引起比较器的输出电压发生变化，产生方波，便于测量。起比较器的输出电压发生变化，产生方波，便于测量。光电检测与信息处理研究室 39光电检测与信息处理研究室实验原理图实验原理图光电检测与信息处理研究室实验原理图40光电检测与信息处理研究室程序流程图程序流程图 思考题思考题1.实验电路中的三极管为什么采用功率管，实验电路中的三极管为什么采用功率管，用普通的三极管代替行不行，为什么？用普通的三极管代替行不行，为什么？2.实验电路中的实验电路中的LM311迟滞比较器的作用迟滞比较器的作用是什么？是什么？光电检测与信息处理研究室程序流程图 思考题1.实验电路中的三41光电检测与信息处理研究室线阵线阵CCDCCD测量物体外形尺寸实验测量物体外形尺寸实验一一.实验目的实验目的 掌握线阵掌握线阵CCD的基本工作原理，驱动信号的产生，视频信号的二的基本工作原理，驱动信号的产生，视频信号的二值化处理方法及值化处理方法及CCD用于物体外形尺寸测量的应用。用于物体外形尺寸测量的应用。二二.实验原理实验原理1.线阵线阵CCD原理原理 电荷耦合器件电荷耦合器件CCD（Charged Coupled Device）是由一系列排）是由一系列排得很紧密的得很紧密的MOS电容器组成。它电容器组成。它的突出特点是以电荷作为信号，的突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储和电荷的转移。实现电荷的存储和电荷的转移。当被测对象放在线阵当被测对象放在线阵CCD上，光上，光学系统把被测对象成像在学系统把被测对象成像在CCD的的像敏面上。在像敏面上。在CCD驱动信号的作驱动信号的作用下用下,被测物与背景在光强分布上被测物与背景在光强分布上的变化反映在的变化反映在CCD输出的视频信输出的视频信号中。号中。光电检测与信息处理研究室线阵CCD测量物体外形尺寸实验一42光电检测与信息处理研究室 2.线阵线阵CCD测量物体外形尺寸实验原理测量物体外形尺寸实验原理 通过通过RC滤波和二值化电路把滤波和二值化电路把CCD视频信号中的图象尺寸信息与背视频信号中的图象尺寸信息与背景分离成二值化电平，被测物的尺寸将表现为二值化电平中高电平的宽景分离成二值化电平，被测物的尺寸将表现为二值化电平中高电平的宽度。度。CCD二值化处理的基本原理二值化处理的基本原理:二值化处理是把图象和背景作为分离的二值化处理是把图象和背景作为分离的二值（二值（0，1）对待。光学系统把被测对象成像在）对待。光学系统把被测对象成像在CCD的像敏面上。由于的像敏面上。由于被测物与背景在光强分布上的变化反映在被测物与背景在光强分布上的变化反映在CCD输出的视频信号中，则所输出的视频信号中，则所对应的输出电压将会产生较大的变化，图象尺寸在边界处会有明显的电对应的输出电压将会产生较大的变化，图象尺寸在边界处会有明显的电平变化。通过二值化处理方法把平变化。通过二值化处理方法把CCD视频信号中的图象尺寸信息与背景视频信号中的图象尺寸信息与背景分离成二值化电平。本实验中首先用标准量块进行标定，然后对应不同分离成二值化电平。本实验中首先用标准量块进行标定，然后对应不同尺寸的物体进行尺寸测量。尺寸的物体进行尺寸测量。光电检测与信息处理研究室 2.线阵CCD测量物体外43光电检测与信息处理研究室线阵线阵CCD二值化电路图二值化电路图光电检测与信息处理研究室线阵CCD二值化电路图44光电检测与信息处理研究室程序流程图程序流程图 光电检测与信息处理研究室程序流程图 45光电检测与信息处理研究室思考题思考题1、CCD驱动电路输出信号驱动电路输出信号OS后端有必要加放大电路吗？若后端有必要加放大电路吗？若有应该采用何种放大电路，并设计电路。有应该采用何种放大电路，并设计电路。2、观察线阵、观察线阵CCD驱动与二值化处理实验板上的黑色跳冒拿驱动与二值化处理实验板上的黑色跳冒拿下和插上示波器上波形有什么区别？下和插上示波器上波形有什么区别？光电检测与信息处理研究室思考题1、CCD驱动电路输出信号O46光电检测与信息处理研究室红外遥控实验红外遥控实验一一.实验目的实验目的 了解各种光电器件的特性、使用方法及遥控时通信编解码的原理了解各种光电器件的特性、使用方法及遥控时通信编解码的原理。二二.实验原理实验原理 本实验所用的光源为红外功率可调光源，主要由红外发光二极管构成；所本实验所用的光源为红外功率可调光源，主要由红外发光二极管构成；所用的接收器件是光敏二极管。用的接收器件是光敏二极管。发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽择，谱线较宽。发光二极管发光二极管 光敏二极管光敏二极管 光敏二极管如果在外电路把光敏二极管如果在外电路把P-N短接，就产生反向的短接，就产生反向的短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。度成线性关系。光电检测与信息处理研究室红外遥控实验一.实验目的 47光电检测与信息处理研究室 1.通信编解码原理通信编解码原理 本实验对通信系统的有效性和安全性要求不高，故没有进行信源编本实验对通信系统的有效性和安全性要求不高，故没有进行信源编码和安全编码，只进行信道编码，对于描述型的信道编码中，又码和安全编码，只进行信道编码，对于描述型的信道编码中，又NRZ码码（不归零码），（不归零码），CMI码（信号反转码）等。所谓的码（信号反转码）等。所谓的NRZ码（不归零码）码（不归零码）是指用高电平和低电平两种取值表示二进制码是指用高电平和低电平两种取值表示二进制码1和和0，在整个码元期间电，在整个码元期间电平保持不变。所谓的平保持不变。所谓的CMI码（信号反转码）是一种双极性二电平非归零码（信号反转码）是一种双极性二电平非归零码。在码。在CMI码（信号反转码）中，码（信号反转码）中，1交替地用交替地用00和和11两位码表示，而两位码表示，而0则则固定地用固定地用01表示。本实验在调试的过程中采用表示。本实验在调试的过程中采用CMI码（信号反转码）要码（信号反转码）要比比NRZ码（不归零码）传输的距离更远（在等功率的条件下），由此可码（不归零码）传输的距离更远（在等功率的条件下），由此可见见CMI码（信号反转码）比码（信号反转码）比NRZ码（不归零码）更具有抗噪声的能力，码（不归零码）更具有抗噪声的能力，提高了系统的可靠性。提高了系统的可靠性。NRZ和和CMI时域波形如图所示。时域波形如图所示。NRZ码和码和CMI码时域波形码时域波形 光电检测与信息处理研究室 1.通信编解码原理 NR48光电检测与信息处理研究室 数字调制最简单的情况是二进制调制，即调制信号是二数字调制最简单的情况是二进制调制，即调制信号是二进制数字信号进制数字信号.在二进制数字调制中，载波的幅度，频率等两在二进制数字调制中，载波的幅度，频率等两种变化状态。种变化状态。2ASK系统的结构最简单，但抗噪声性能最差，系统的结构最简单，但抗噪声性能最差，2FSK系统的频带利用率和抗噪声性能比系统的频带利用率和抗噪声性能比2ASK强。强。2.红外遥控实验原理红外遥控实验原理 本实验使用两套光电检测与信息处理实验台，一套用红本实验使用两套光电检测与信息处理实验台，一套用红外功率可调光源发射，一套用红外光电遥控器接收外功率可调光源发射，一套用红外光电遥控器接收.采用的红采用的红外接收器是外接收器是IRM-2038，当此器件接收到，当此器件接收到38KHz的红外波，的红外波，输出为低电平，当接收到其他频率的红外波时输出为高电平。输出为低电平，当接收到其他频率的红外波时输出为高电平。依据此特性，发送部分：依据此特性，发送部分：4位码元位码元16种组合对应种组合对应16个按键，个按键，起始位一个周期起始位一个周期(5MS)的的38K,一个周期一个周期(5ms)的的100K。4位位数据采用数据采用CMI码型，调制方式用码型，调制方式用2FSK。采用单片机发出。采用单片机发出38K的方波调制发送信息，接收部分：对发来的信息进行定的方波调制发送信息，接收部分：对发来的信息进行定位解调，并通过数码管显示。位解调，并通过数码管显示。光电检测与信息处理研究室 数字调制最简49光电检测与信息处理研究室红外光电遥控器原理图红外光电遥控器原理图 光电检测与信息处理研究室红外光电遥控器原理图 50光电检测与信息处理研究室 发送流程图发送流程图接收流程图接收流程图思考题思考题1.若若CMI码改成码改成NRZ码时，收发距离有何变化？码时，收发距离有何变化？光电检测与信息处理研究室 发送流程图 接收流程图思考题51光电检测与信息处理研究室谢谢谢谢!光电检测与信息处理研究室谢谢!52