四川大学 创新型物理实验 红外传输实验

红外传输实验1143092146 付美梅(轻纺与食品学院 轻化工程)摘要：本实验利用红外传输实验仪完成直流信号及数字信号调频发射和接收过程、测量红外发射管光强特性曲线及接收管电流特性曲线，以及信号的调频、调幅传输实验。关键词：红外线；红外线传输；红外线发射和接收；红外线信号传输；热效应；红外辐射；制革红外线3是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外线传输是使用红外线波段的电磁波来进行较近距离的传输。本实验是学习红外传输技术物理基础的实验。1 实验原理1 红外线发射和接收器件结构原理在一部分为P型半导体，另一部分为N型半导体的一块砷化镓半导体中。P区多数载流子为空穴；N区多数载流子为电子，具有一定的内电场，其能带结构如图1a所示。当给这个PN结加上正向电压时，外加电压加强多数载流子的扩散运动，内电场被抵消。这样，N区的多数载流子在外电场的作用下注入P区，同时，P区的多数载流子(空穴)在外电场的作用下注入N区。如图1b所示。图1 PN结注入发光能带图这些非平衡少数载流子不断与注入区的多数载流子复合，将原来从外加电场吸收的能量以光子的形式释放，从而发出光来。这种发光过程叫辐射复合。这就是PN结发光的基本原理。用砷化镓材料制成的红外发光二极管的发光效率较高，可达3。图1(c)是红外发光二极管的电路符号。 红外发射调制电路在红外传输系统中，无论是频率编码还是脉冲编码信号，大多为矩形波的脉冲信号，对于这类信号的调制，采用的是两种特殊的调制方式：一种是幅度键控方式，另一种是频率键控方式。 幅度键控调制(ASK)图2是幅度键控调制的示意图。由图可见，当编码脉冲为高电平“1”时，载波信号输出；当编码脉冲为低电平“0”时，载波信号不输出。已调信号为断续的等幅高频信号。调制电路中，载波信号的频率f2要远大于调制信号(编码信号)的频率f1。在红外遥控系统中，一般f2要为f1的几倍至几十倍。图2 幅度键控调制的示意图 图3 频率键控调制示意图 频率键控调制(FSK)与幅度键控相似，频率键控是通过调制信号的“1”和“0”两个状态来控制载频振荡器的频率，而载频信号的幅度不变，如图3所示。当调制信号为高电平“1”时，调制电路输出的频率为f1的等幅信号；当调制信号为低电平“0”时，调制电路输出频率为f2的等幅信号。频率键控又称移频键控。2 实验装置及实验方法.XD-JD-II仪器面板及使用说明123564图4 仪器面板结构示意图区是信号源区域。含有载波频率源、音频源、数字源及直流源。其中，载波频率为3K40KHz可调，音频信号的幅度大小0V3.3V可调，直流信号为0.5V3.6V可调，数字源为只显示0和1的三位数字信号。区是调制发射区域。这里有三种工作方式：调频、调幅、直流源直接驱动。区接收信号放大区域。红外接收管接收到调制信号后，放大后输出，该信号可测试。区信号解调区。放大后的调制信号经调频或者调幅解调后，还原为原信号。区是音频信号放大推动区域，外接有扬声器，可听到解调后的音乐。区是数字信号解调及F/V转换。.实验内容：根据说明书中XD-JD-II仪器面板接线图连接各电路：完成直流信号调频发射、接收过程。完成数字信号调频发射、接收过程。测量红外发射管光强特性曲线。测量红外接收管电流特性曲线。信号的调频、调幅传输实验。3 结果和讨论直流信号调频发射、接收过程：直流源为0.5V3.6V可调的直流信号，通过V/F变换，转换为500Hz3.6KHz的频率信号再调频发射出去。接收端解调后再经过F/V转换，把频率信号还原为0.5V3.6V的直流信号。数字信号调频发射、接收过程：当发射端与接收端的数据地址相同时，接收灯呈现规律性闪烁，并接收到与发射端相同的数据，这时改变发射数据，接收端的数据也随之变化；当地址不同时，接收灯不亮。测量红外发射管光强特性曲线：见图5所示。测量红外接收管电流特性曲线：见图6所示。表1U/V0.900.951.001.051.101.151.20I发/mA0.000.110.321.053.709.5520.37I接/uA0.000.000.000.130.541.883.76图5 图6信号的调频、调幅传输实验：主要通过音乐信号调频、调幅传输实验所得：电源接通，即可听到音乐。音乐信号的调频：当调节电位器，把载波频率设定为37KHz时，听到的音乐信号效果最好。通过电位器调整，声音可大可小。另外，还可以调节接收盒与发射盒的距离来听声音效果。音乐信号的调幅：由于调幅发射的功率小，所以要调整发射盒的距离以及调节载波频率调节电位器，听到的音乐效果随之变化。通过电位器调整，声音可大可小，接收端接收到的信号也随之变大变小。4 结论红外线传输是一种只能直线传输、传输距离较短的无线传输。其传输时须要对接，遇不透明障碍物传输即中断；传输音质较好、传输速度较快，传输严格遵守地址一致性，传输质量受距离、载波频率等因素的影响。5 实验后的想法红外线能产生热效应，即红外辐射被物体吸收后转化为热能。波长越短，频率越高、能量越大的波穿透达到的范围越大；波长越长，频率越低、能量越小的波穿透达到的范围越小5。因我是皮革专业的同学，而且我热爱我们专业，所以我总是喜欢为本专业“奇思妙想”。据参考我们的课本轻化工程导论4 及互联网上对相关资料的查询5 得知：目前，在生产中是运用皮革的干燥处理。我们知道，红外线在微波炉也是利用红外辐射能够有效地加热物体的效应原理来工作的，这也说明了红外线能使蛋白质变性。而我们在做菜饭的时候都知道，“皮比肉更难煮熟”，所以我想，能不能将红外线的热效应引用到我们制革中的“去肉”准备工段。假若组成皮上残留肉的蛋白质发生了变性，而我们需要的制革部分不做改变，那么，肉就能更容易地从皮上去除了。因此，我们可以研制能产生这样效果的红外线辐射器，让其能够控制使肉蛋白变性而皮胶原蛋白不变性，这样，对我们制革既是一种创新，又能有效地节约一些资源，适当地减少一些污染。参考文献： 1 成都世纪中科仪器有限公司红外传输实验说明书K2 王植恒，何原，朱俊等大学物理实验P北京：高等教育出版社，2008.123 王磊，陈刚，聂娅大学物理学P北京：高等教育出版社，2009.124 石碧，王双飞，郑庆康，肖作兵主编轻化工程导论M北京：化学工业出版社，2010.75 互联网查询The Infrared Transmission Experiment1143092146 FuMeimei（College of Light Industry and Textile and Food Engineering , Light Chemical Engineering）ABSTRACT Complete the DC signal and digital signal FM transmitting and receiving process, measure the light strong characteristic curve of infrared tubes and the current characteristic curve of receiving tube, and the FM transmission signal experiments by the infrared transmission experiment instrumentKEYWORDS infrared; infrared transmission; infrared emitting and receiving; infrared signal transmission; heating effect; infrared radiation; tanbark