20XX年測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、20XX年測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)1. 選擇智能調(diào)節(jié)儀的控制對(duì)象為轉(zhuǎn)速，并按圖4連線。開啟控制臺(tái)總電源，打開智能調(diào)節(jié)儀電源開關(guān)。2. 短按SET鍵，進(jìn)入智能調(diào)節(jié)儀 A菜單，儀表靠上的窗口顯示“ SU，靠下窗口顯示待設(shè)置的設(shè)定值。當(dāng)LOCK等于0或1時(shí)使能，設(shè)置轉(zhuǎn)速的設(shè)定值。3. 長(zhǎng)按SET鍵3秒以上，進(jìn)入智能調(diào)節(jié)儀 B菜單，靠 上窗口顯示“ dAH，靠下窗口顯示待設(shè)置的上限報(bào)警值。上限報(bào)警時(shí)儀表右上“ AL1 ”指示燈亮。4. 繼續(xù)短按SET鍵，靠上窗口顯示“ ATU，靠下窗口 顯示待設(shè)置的自整定開關(guān)，控制轉(zhuǎn)速時(shí)無效。5. 繼續(xù)短按SET鍵，靠上窗口顯示“ P,靠下窗口顯 示待設(shè)置的比

2、例參數(shù)值。6. 繼續(xù)短按SET鍵，靠上窗口顯示“ I”，靠下窗口顯 示待設(shè)置的積分參數(shù)值。7. 繼續(xù)短按 SET鍵，靠上窗口顯示“ LOCK，靠下窗口顯示待設(shè)置的鎖定開關(guān)，“0”允許 A B菜單，“1”只允許A菜單，“ 2”禁止所有菜單。繼續(xù)短按 SET鍵，回到 初始狀態(tài)。8.經(jīng)過一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)動(dòng)源的轉(zhuǎn)速可控制在設(shè)定值， 控制精度土 2%圖10-4轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)連線圖46五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1、分析轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)的誤差和對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。2、觀察實(shí)驗(yàn)并思考三個(gè)傳感器中哪一個(gè)是光電傳感器， 說明你的判斷依據(jù)。3、轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制的試驗(yàn)中使轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值大約用了 多少時(shí)間？分析 PID參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速智能調(diào)節(jié)的影響，

3、實(shí)驗(yàn)過程 中哪一組PID參數(shù)組合可以使轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確高效的達(dá)到設(shè)定值？ 實(shí)驗(yàn)過程中是否遇到問題，你是如何分析和解決這些問題的。附：程序框圖圖10-5轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)程序框圖47實(shí)驗(yàn)十一擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理與方 法、基本結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。2、掌握擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器標(biāo)定方法和最小二乘法誤差數(shù)據(jù)處理方法及獲得方法二、實(shí)驗(yàn)儀器：壓力傳感器模塊、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源+5V、土 15V、NI數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等。三、實(shí)驗(yàn)原理：在具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料上用擴(kuò)散或離子注入法， 摩托羅拉公司設(shè)計(jì)出 X形硅壓力傳感器如圖11-1所示：在單晶硅膜片表面

4、形成 4個(gè)阻值相等的電阻條。并將它們連接 成惠斯通電橋，電橋電源端和輸出端引出，用制造集成電路 的方法封裝起來，制成擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器。擴(kuò)散硅壓力傳感器的工作原理：在X形硅壓力傳感器的一個(gè)方向上加偏置電壓形成電流i，如圖11-1所示，當(dāng)敏感芯片沒有外加壓力作用，內(nèi)部電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)有剪切 力作用時(shí)，在垂直電流方向?qū)?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)變化Ei，該電場(chǎng)的變化引起電位變化，則在端可得到被與電流垂直方向的兩側(cè) 壓力引起的輸出電壓 Uo。UOdEdi 式中d為元件兩端距離。實(shí)驗(yàn)接線圖如圖11-2所示，MPX1(有4個(gè)引出腳，1腳 接地、2腳為Uo+、3腳接+5V電源、4腳為Uo-;當(dāng)P1P2 時(shí)，輸出為

5、正；P1圖11-1擴(kuò)散硅壓力傳感器(MPX10)原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1. 使用壓力傳感器模塊，如圖 11-2所示。接入+5V、 15V直流穩(wěn)壓電源，模塊輸出端 Vo2接控制臺(tái)上數(shù)顯直流 電壓表，選擇20V檔，打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源。2 .調(diào)節(jié)Rw2到適當(dāng)位置并保持不動(dòng)，用導(dǎo)線將差動(dòng)放 大器的輸入端 Ui短路，然后調(diào)節(jié) Rw3使直流電壓表 200mV 檔顯示為零，取下短路導(dǎo)線。3. 檢查氣室和活塞是否連接緊密，將氣室1、2的兩個(gè) 活塞退回到刻度“ 17”的小孔后，使兩個(gè)氣室的壓力相對(duì)大氣壓均為0,氣壓計(jì)指在“零”刻度處，將MPX10的輸出接到差48動(dòng)放大器的輸入端 Ui ,調(diào)節(jié)Rw1使直流電壓表

6、200mv檔 顯示為零。（如果調(diào)不到零請(qǐng)重新調(diào)節(jié) Rw2）4、打開LabVIEW程序“擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的壓 力測(cè)量實(shí)驗(yàn)”，在步長(zhǎng)中輸入每次采樣輸入電壓的變化量。5、 運(yùn)行“擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)”保持負(fù)壓力輸入 P2壓力零不變，按照設(shè)定的步長(zhǎng)增大正壓力 輸入P1的壓力，按下“采樣”采集對(duì)應(yīng)的電壓值，經(jīng)過十 次采樣后得到得到電壓壓力曲線，如圖11-3所示；6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，計(jì)算壓力傳感器輸入 P輸出Uo曲 線。計(jì)算靈敏度L=A U/ P,非線性誤差8 f,與計(jì)算機(jī)計(jì)算 得到的誤差進(jìn)行對(duì)比得出結(jié)論，并理解最小二乘法

7、擬合方 法。實(shí)驗(yàn)圖11-2擴(kuò)散硅壓力傳感器接線圖49附：程序框圖:圖11-3a擴(kuò)散硅壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的前臺(tái)界面圖11-3b擴(kuò)散硅壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的后臺(tái)界面50目錄測(cè) 試 技 術(shù)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二直流電橋交流全橋稱重實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)三 交流全橋動(dòng)態(tài)特性測(cè)試16實(shí)驗(yàn)四 典型傳感器技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定及測(cè)量20實(shí)驗(yàn)五光敏電阻特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)六光敏電阻應(yīng)用一一聲光雙控LED實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)七紅外熱釋電傳感器實(shí)驗(yàn)32實(shí)驗(yàn)八硅光電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)34實(shí)驗(yàn)九振動(dòng)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)39實(shí)驗(yàn)十轉(zhuǎn)速測(cè)量和控制實(shí)驗(yàn)44實(shí)驗(yàn)十?dāng)U散硅壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量48實(shí)驗(yàn)十二 智能調(diào)節(jié)儀溫度控制實(shí)驗(yàn)51驗(yàn)十三集成溫度傳感器的溫度特性實(shí)驗(yàn)54實(shí)驗(yàn)十

8、四銅熱電阻溫度特性測(cè)試實(shí)驗(yàn) 58實(shí)驗(yàn)十五PN結(jié)溫度特性測(cè)試實(shí)驗(yàn) 62實(shí)驗(yàn)十六E型熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn) 66實(shí)驗(yàn)十七K型熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn) 72實(shí)驗(yàn)十八信號(hào)分析與處理75附錄一 92 附錄二941測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是將傳感器、檢測(cè)技術(shù)及計(jì)算機(jī) 控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合的，開發(fā)成功的新一代傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 設(shè)備一一“ THSRZ-2型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置”。學(xué)習(xí)和了解的傳感器有金屬應(yīng)變傳感器、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)電容 傳感器、霍爾位移傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、光纖位移傳 感器、電渦流傳感器、壓電加速度傳感器、磁電傳感器、PT100、AD590 K型熱電偶、E型熱電偶、Cu50 PN結(jié)溫度

9、傳感器、NTG PTC氣敏傳感器、濕敏傳感器、光敏電阻、 光敏二極管、紅外傳感器、磁阻傳感器、光電開關(guān)傳感器、 霍爾開關(guān)傳感器等。同時(shí)利用各種傳感器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K做 相關(guān)的實(shí)驗(yàn)更好的了解各種傳感器的性能以及特征。本實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特之處還在于，所有的數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果不 再用示波器進(jìn)行顯示，而是采用NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，通過強(qiáng)大的Labview軟件，將所需數(shù)據(jù)以及結(jié)果在電腦上顯示，這樣做不僅更加方便，尤其重要的是，可以對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析處理，使得結(jié)果分析更簡(jiǎn)單化、準(zhǔn)確化。通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以獲得：1. 對(duì)各種傳感器的性能及適用范圍加深認(rèn)識(shí)和了解；2. 了解電橋、相敏檢波器、移相器、V/1、F/V轉(zhuǎn)

10、換電路等多種處理電路的作用及適用情況；3. 熟悉標(biāo)定、測(cè)量等常見的實(shí)驗(yàn)方法，初步了解設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)的方法；4.掌握數(shù)據(jù)采集以及l(fā)abview軟件編程，學(xué) 會(huì)自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的程序。2實(shí)驗(yàn)一直流電橋?qū)嶒?yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂、半橋、全橋測(cè)量電 路工作原理、性能。二、實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、試驗(yàn)臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形，電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，關(guān)系式:Rk (1-1) R 式中R為電阻絲電阻相對(duì)變化；Rk為應(yīng)變靈敏系數(shù)；I為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。I金屬箔式應(yīng)變片就是通過 光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件。如圖1-1所示，將四個(gè)金屬

11、箔應(yīng)變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩 側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。當(dāng)受到壓力時(shí)，上面二個(gè)應(yīng)變片被拉伸，下面二 個(gè)應(yīng)變片則被壓縮。圖1-1雙孔懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖3通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換彈性體被測(cè)部位受力狀態(tài)變化，電 橋的作用完成電阻到電壓的比例變化。 單臂電橋：如圖1-2所示R5=R6=R7=R固定電阻， 與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓U0E4R/R (1-2)1R12R1R100% 2RE為電橋電源電壓；式(1-2)表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為 L=(2)半橋：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰 邊，如圖1-3。電橋輸出靈敏度

12、提高，非線性得到改善，當(dāng) 兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸出電壓 為U0式中EkER (1-3) 22RR 為電阻絲電阻相對(duì)變化；k為應(yīng)變 靈敏系數(shù)；RI為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化;IE為電橋電源電壓。式(1-3)表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān) 系。全橋：全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片 接到電橋的對(duì)邊，不同的接入鄰邊，如圖1-4，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出Uo=E式中E為電橋電源電壓。R (1-4) RR 為電阻絲電阻相對(duì)變化； R式(1-4)表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到 進(jìn)一步改善。(4)比較：根據(jù)式(1-2)、(1

13、-3)、(1-4)電橋 的輸出可以看出，在受力性質(zhì)相同的情況下，單臂電橋電路 的輸出只有全橋電路輸出的1/4，而且輸出與應(yīng)變片阻值變化率存在線性誤差；半橋電路的輸出為全橋電路輸出的 1/2。 半橋電路和全橋電路輸出與應(yīng)變片阻值變化率成線性。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1. 應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的 R1、R2、R3 R4上。4R1、R3為梁上部電阻，R2、R4為梁下部電阻，當(dāng)懸臂 梁一端加重物時(shí)，R1、R3受拉力，R2、R4受壓力。2. 差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入土15V電源，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端 Uo2接數(shù)顯電

14、壓表。將電位器 Rw3調(diào) 到增益最大位置，調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉 主控臺(tái)電源。拔掉差動(dòng)放大器輸入端的短接線。圖1-2單臂電橋面板接線圖5。在調(diào)節(jié)的時(shí)候注意將振動(dòng)臺(tái)支架以及振動(dòng)傳感器的固定螺釘擰松，否則于摩擦不對(duì)中等原因，振幅不能達(dá)到較大 值。同時(shí)，調(diào)節(jié)差動(dòng)傳感器的上下位置，使調(diào)制后的信號(hào)有 良好的波形。4. 將“差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)K”輸出與數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入端的AIO通道連接，同時(shí)將“低通濾波器”輸出與數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入端的AI1通道連接。打開LABVIEW程序“振動(dòng)測(cè)量”， 如圖9-4所示，可以看到LABVIEW前面板左側(cè)從上到下依次 是調(diào)幅波的時(shí)域波形、頻譜和對(duì)數(shù)譜，右側(cè)是

15、解調(diào)后的時(shí)域 波形、頻譜和對(duì)數(shù)譜。運(yùn)行該程序，調(diào)節(jié)Us1信號(hào)源的頻率和幅值，觀察調(diào)制波和解調(diào)波的波形和頻譜。觀察信號(hào)調(diào)制 和解調(diào)的過程。圖9-4調(diào)制和解調(diào)信號(hào)波形圖5. 運(yùn)行LABVIEW程序“系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)量”，從 5Hz到30Hz調(diào)節(jié)信號(hào)源Us2頻率，依次采樣，得到振動(dòng)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線和固有頻率，于系統(tǒng)在11Hz-15Hz之間幅值變化較大，采集時(shí)幅值間隔取小一41些，其他區(qū)間幅值變化不大，幅值間隔取大一些。采集 完成之后可以得到系統(tǒng)的幅頻特性曲線，振幅最大處的頻率 即系統(tǒng)的固有頻率。如圖 9-5所示。圖9-5系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)量五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1. 在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中附上你所做出的LABVIEW前面

16、板波形截圖。2. 哪些因素影響振動(dòng)源的振幅？實(shí)驗(yàn)過程中是否遇到問題，你是如何分析和解決這些問題的。3. 圖9-2中鐵片和鋼珠分別起到了什么作用？4. 在所有實(shí)驗(yàn)?zāi)K中“ JCY-2振動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K”質(zhì)量是 最大的，試分析原因。42附：程序框圖圖9-6系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)量程序框圖圖9-7系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)量程序框圖43 實(shí)驗(yàn)十轉(zhuǎn)速測(cè)量和控制實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解磁電式、霍爾、光電測(cè)量轉(zhuǎn)速原理；2、了解PID轉(zhuǎn)速控制原理以及實(shí)現(xiàn)方法。二、需用器件與單元：磁電式傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源、頻率/轉(zhuǎn)速表、直流源 5 - 24V;智能調(diào)節(jié)儀、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、NI數(shù)據(jù)采集卡、LABVIEW軟件。三、基本

17、原理：1. 磁電式測(cè)速原理： 基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在 磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中感應(yīng)電勢(shì)：eNd發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入 N個(gè)磁棒時(shí)， 每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電 dt勢(shì)產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整 形和計(jì)數(shù)等電路即可以測(cè)量轉(zhuǎn)速。2. 霍爾測(cè)速原理：利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UHKHIB當(dāng)被測(cè)圓盤上裝有N只磁性體時(shí)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)變化 N次，霍爾電勢(shì)就同頻率相 應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)出被 測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。3. 光電測(cè)速原理：光電轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型 兩種，本實(shí)驗(yàn)裝置為透射型，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過轉(zhuǎn)盤 上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

18、于轉(zhuǎn)盤上有等間 距的6個(gè)透射孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈 沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。4. 轉(zhuǎn)速控制原理：利用霍爾傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速頻率 信號(hào)經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換后作為轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)與智能調(diào)節(jié)儀的設(shè)定轉(zhuǎn)速比較后進(jìn)行 數(shù)字PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)電壓驅(qū)動(dòng)器，改變直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓， 使電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸趨近設(shè)定轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速控制原理如下圖所 示。同相放大 轉(zhuǎn)速設(shè)定 智能調(diào)節(jié)儀el e e2 V F/V F霍 爾傳感器n PID 調(diào)節(jié)I電壓驅(qū)動(dòng)Vo電機(jī)電樞n轉(zhuǎn)盤 圖10-1轉(zhuǎn)速控制原理框圖44四、實(shí)驗(yàn)步驟：轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)1、按10-2圖安裝磁電感應(yīng)式傳感器。傳感器底部距 離轉(zhuǎn)動(dòng)源約4-5mm,

19、磁電式傳感器的兩根輸出線同時(shí)接到頻率 /轉(zhuǎn)速表和采集卡 AI1通 道。圖10-2磁電式傳感器安裝示意圖2、 打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，選擇不同檔位電壓+5V、+6V、+8V、 +10V、+12V、+15V、+16V、+20V、+24V 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源；3、 運(yùn)行LABVIEW程序“轉(zhuǎn)速測(cè)量”，依次選擇上述電壓源，待電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，按下“采樣”采集對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和電壓值，得到電壓-轉(zhuǎn)速曲線，如圖10-3所示；4、將傳感器換成霍爾式和光電式， 重復(fù)上面步驟。圖10-3轉(zhuǎn)速測(cè)量45四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、光敏電阻置于光電傳感器模塊上的暗盒內(nèi)，其兩個(gè) 引腳引出到面板上。 2、打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，將土 15V電源接 入傳感器

20、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)K。3、020mA恒流源接LED兩端，調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流改變暗盒內(nèi)的光照強(qiáng)度， 說話或者敲擊桌面發(fā)出聲音，觀察LED1的狀態(tài)。4、 調(diào)節(jié)Rw改變系統(tǒng)的靈敏度，重復(fù)步驟3觀察實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象有什么不同。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考小區(qū)樓道燈的工作原理。31實(shí)驗(yàn)七 紅外熱釋電傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饧t外熱釋電傳感器的基本原理和特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備紅外傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、示波器三、實(shí)驗(yàn)原理紅外線，是一種人眼看不見的光線。任何物體，只要它 的溫度高于絕對(duì)零度，就有紅外線向周圍空間輻射。紅外線 是的波長(zhǎng)范圍大致在1000卩m的頻譜范圍內(nèi)。紅外線的物 理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來的

21、紅外線越多， 紅外線的能量就越強(qiáng)。波長(zhǎng)在 1000卩m之間的紅外輻射被 物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)化成熱能。熱釋電效應(yīng)發(fā)生于非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)的極性晶體。當(dāng)溫度 發(fā)生變化時(shí)，熱釋電晶體出現(xiàn)正負(fù)電荷相對(duì)位移，從而在晶 體兩端表面產(chǎn)生異號(hào)束縛電荷。熱釋電紅外傳感器就是一種 具有極化現(xiàn)象的熱晶體，晶體的極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。當(dāng)紅 外輻射照射到已經(jīng)極化的熱晶體薄片表面時(shí)，引起薄片溫度 升高，使其極化強(qiáng)度降低，表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一 部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。圖7-1熱釋電紅外探測(cè)器工作原理示意圖熱釋電傳感器探頭表面的濾光片使傳感器對(duì)10卩m左右的紅外光敏感，安裝在傳感器前的菲涅耳透鏡是一種特殊的

22、 透鏡組，每個(gè)透鏡單元都有一個(gè)不大的視場(chǎng)，相鄰的兩個(gè)透 鏡單元既不連續(xù)也不重疊，都相隔一個(gè)盲區(qū)，它的作用是將 透鏡前運(yùn)動(dòng)的發(fā)熱體發(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)變成一個(gè)又一個(gè)斷續(xù) 的紅外信號(hào)，使傳感器能正常工作。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源線，傳感器模塊輸出接示波器。2、開啟主機(jī)電源，待傳感器穩(wěn)定后，人體從傳感器探頭前移過，觀察輸出信號(hào)電壓變化。32再用手放在探頭前不動(dòng)，輸出信號(hào)不會(huì)變化，這說明熱釋電傳感器的特點(diǎn)是只有當(dāng)外界的幅射引起傳感器本身的 溫度變化時(shí)才會(huì)輸出電信號(hào)，即熱釋電紅外傳感器只對(duì)變化 的溫度信號(hào)敏感，這一特性就決定了它的應(yīng)用范圍。3、試驗(yàn)傳感器的探測(cè)視場(chǎng)和距離，以驗(yàn)證菲涅透鏡的功

23、能4、將電壓比較器的輸出 Uo接報(bào)警電路的輸入 Ui，重 復(fù)步驟二。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 .簡(jiǎn)述紅外熱釋電傳感器的工作原理。2.思考紅外熱釋傳感器的適用情況與范圍。33實(shí)驗(yàn)八硅光電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 深入理解光敏二極管的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能及 應(yīng)用。2. 了解NI數(shù)據(jù)數(shù)采卡的基本使用 3. 了解利用虛擬儀器進(jìn)行信號(hào)處理的方法二、實(shí)驗(yàn)儀器：光電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、恒流源、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯單元、NI數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等三、實(shí)驗(yàn)原理：硅光電池是一個(gè)大面積的光電二極管，它被設(shè)計(jì)用于把 入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能，因此，可用作光電探測(cè)器 和光電池，被廣泛用于太空和野外便攜儀器等的能源。 光敏

24、二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在 結(jié)構(gòu)上是類似的，它的核心部分也是一個(gè) PN結(jié)，和普通二 極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管主要是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)，即當(dāng)物質(zhì)在一 定頻率的照射下，釋放出光電子的現(xiàn)象。當(dāng)光照射半導(dǎo)體材 料的表面時(shí)，會(huì)被這些材料內(nèi)的電子所吸收，如果光子的能 量足夠大，吸收光子后的電子可掙脫原子的束縛而溢出材料 表面，這種電子稱為光電子，這種現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射，又 稱為外光電效應(yīng)。當(dāng)外加偏置電壓與結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向一致，PN結(jié)及其附近被光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生載流子。結(jié)區(qū)

25、內(nèi)的電子-空穴對(duì)在勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的作用下，電子被拉向N區(qū)，空穴被拉向P區(qū)而形成光電流。當(dāng)入射光強(qiáng)度變化時(shí)，光生載流子的 濃度及通過外回路的光電流也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。這種變 化在入射光強(qiáng)度很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)仍能保持線性關(guān)系。圖8-1光敏二極管原理結(jié)構(gòu)圖硅光電池的基本結(jié)構(gòu)如圖9-2所示，當(dāng)半導(dǎo)體 PN結(jié)處于零偏或者反偏時(shí)，在它們的結(jié)合面耗盡區(qū)存在一個(gè)內(nèi)電 場(chǎng)，當(dāng)有光照時(shí)，入射光子把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到 導(dǎo)帶，激發(fā)出的電子空穴對(duì)在內(nèi)電場(chǎng)作用下分別飄移到N區(qū)和P區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時(shí)就有一光電子流流過負(fù)載。34圖8-2硅光電池結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)沒有光照射時(shí)，光電二極管相當(dāng)于普通的二極管。其伏安特性是e

26、VkTlls(eeV1)lsexp1kT式中I為流過二極管的總電流,ls為反向飽和電流， e為電子電荷，k為玻耳茲曼常量，T為工 作絕對(duì)溫度，V 為加在二極管兩端的電壓。對(duì)于外加正向電壓，I隨V指數(shù)增長(zhǎng)，稱為正向電流；當(dāng)外加電壓反向時(shí)，在反向擊穿電壓 之內(nèi)，反向飽和電流基本上是個(gè)常數(shù)。當(dāng)有光照時(shí)，流過 PN結(jié)兩端的電流可下確定：IIs(eeVkTeV1)IpIsexp1 IpkT式中I為流過光電二極管的總電流,Is為反向飽和電 流，V為PN結(jié)兩端電壓，T為工作絕對(duì)溫度，Ip為產(chǎn)生的反向光電流。從式中可以看到，當(dāng)光電二極管處于零偏時(shí)，V=0, 流過PN結(jié)的電流l=lp ;當(dāng)光電二極管處于負(fù)偏時(shí)，

27、流過PN結(jié)的電流l=lp-ls 。因此，當(dāng)光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)， 必須處于零偏或負(fù)偏狀態(tài)。35圖8-3 光電二極管光電信號(hào)接收框圖圖8-3是光電二極管光電信號(hào)接收端的工作原理框圖，光電二極管把接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成正比的電流信號(hào)，再經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換模塊把光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓信號(hào)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、如圖8-4所示,光敏二極管置于光電傳感器模塊上的 暗盒內(nèi)，其兩個(gè)引腳引到面板上。通過實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線將光電二極 管接到光電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的 VD兩端、光電流/電壓轉(zhuǎn)換 輸出接數(shù)據(jù)采集卡 AIO通道。2、打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，將土 15V電源接入傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 模塊。將光電二極管“ +”極接

28、地或者-4V。圖8-4 試驗(yàn)接線圖3、020mA恒流源接LED兩端，調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流改變 暗盒內(nèi)的光照強(qiáng)度。 4、打開LabVIEW程序“硅光電池特性 測(cè)試實(shí)驗(yàn)”，在步長(zhǎng)中輸入每次采樣輸入電流的變化量，選 擇測(cè)量模式。365、運(yùn)行“硅光電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)”按照設(shè)定的步長(zhǎng)調(diào) 節(jié)恒流源的輸出，改變 LED的光照強(qiáng)度，按下“采樣”采集 對(duì)應(yīng)的電壓值，經(jīng)過十次采樣后得到得到電壓-電流曲線，如圖8-5所示；圖8-5a 硅光電池特性測(cè)試系統(tǒng)的前臺(tái)界面圖8-5b 硅光電池特性測(cè)試系統(tǒng)的前臺(tái)界面37圖8-6 硅光電池特性測(cè)試檢測(cè)系統(tǒng)的程序圖五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1、根據(jù)計(jì)算機(jī)采集處理得到的關(guān)系圖比較光敏二極管 在零偏和負(fù)偏狀態(tài)下輸出的不同之處，思考產(chǎn)生差別的原 因。并通過查閱資料了解光敏二極管在這兩種狀態(tài)下的用 途。2、加強(qiáng)對(duì)光敏二極管的原理和特性的理