光電傳感器測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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光電傳感器測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系別 自動(dòng)化工程系 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 XX年1月 光電傳感器測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)目的 1、了解光電式傳感技術(shù)的基本原理，掌握光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻、光電池傳感器等的結(jié)構(gòu)、原理、特性及使用注意事項(xiàng)。掌握光電效應(yīng)的概念。 2、了解各種光電元件的性能參數(shù)指標(biāo)及一些其他特性。 3、掌握數(shù)字光照度計(jì)的使用方法。 4、了解典型傳感器的技術(shù)指標(biāo)，重點(diǎn)掌握傳感器的設(shè)計(jì)要求。 5、掌握正確調(diào)試電路的方法。 6、掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，利用開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)箱更具體的了解光電傳感器的工作原理和應(yīng)用，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單傳感器控制電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力。 7、掌握基本的傳感器設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步了解常規(guī)敏感元器件的工作原理和特性， 二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1. 測(cè)量光照強(qiáng)度與電壓的關(guān)系并作出正確的曲線及圖表。 2. 根據(jù)所提供的設(shè)備，正確選擇傳感器、相關(guān)元件。 計(jì)算機(jī)、LabVIEW虛擬儀器軟件和DRLAB快速可重組綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)為必選設(shè)備； 傳感器的范圍已經(jīng)給定，選擇正確傳感器并寫出選擇依據(jù)、其他元件可根據(jù)自己需求自行選擇； 盡量寫出其他可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的的其他相關(guān)傳感器。 3. 論述基本原理，并畫出相關(guān)電路圖。 論述本次設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)到的所有相關(guān)知識(shí)概念及原理； 電路圖參考教材電路自己設(shè)計(jì)。 4. 按照電路原理圖在開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)箱中搭建電路。 在調(diào)試電路時(shí)注意各元件的性能參數(shù)指標(biāo)，避免損壞。 光電傳感器在不同的光強(qiáng)不同的溫度下所對(duì)應(yīng)的電阻值均不相同，不同的環(huán)境下所得到的結(jié)果差別較大，但對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析得出的特性與光電傳感器特性相一致，因所處環(huán)境的差別本結(jié)果僅作為參考。 硬件調(diào)試中注意將光電傳感器靠近光源，將光照度計(jì)靠近光電傳感器，操作的正確性可以有效減小誤差。 注意遮蔽周圍環(huán)境的強(qiáng)光，特別是在日光燈下進(jìn)行操作時(shí)要小心謹(jǐn)慎。 5. 參考已完成的腳本，使用LabVIEW來(lái)設(shè)計(jì)光電傳感器虛擬儀器，包括前后面板。 腳本中的控件自己任意選擇（注意：不能和已完成的腳本完全一樣）。腳本中應(yīng)注出自己與合作者的姓名、班級(jí)等信息。 6. 軟硬件結(jié)合驗(yàn)證，并調(diào)試，直到測(cè)試正確。 給出測(cè)量的結(jié)果和分析，包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表格和曲線關(guān)系等。 三、選擇的儀器和設(shè)備 1. 計(jì)算機(jī) 。 2. LabVIEW虛擬儀器軟件 ，使用的是LabVIEW 8.2.1。 LabVIEW虛擬儀器軟件：（1）它是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。（2）LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。（3）LabVIEW是NI推出的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，它們能夠以其直觀簡(jiǎn)便的編程方式、眾多的源碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶快捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。（4）LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。（5）LabVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實(shí)際的儀器；但LabVIEW程序很容易改變?cè)O(shè)置和功能。因此，LabVIEW特別適用于實(shí)驗(yàn)室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要經(jīng)常改變儀器和設(shè)備的參數(shù)和功能的場(chǎng)合，及對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析研究、傳輸?shù)葓?chǎng)合。 3. DRLAB快速可重組綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 4. 開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)箱。采用開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 5. 光敏三極管。 光敏三極管又稱為光電三極管、光電晶體管，其結(jié)構(gòu)與普通三極管相似，都具有電流放大作用，只是基極電流不僅受基極電壓控制，還受光照的控制。光敏三極管工作時(shí)各極所加電壓與普通三極管相同，集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置，及集電極接正電壓，其發(fā)射極接負(fù)電壓。光照射發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的光電流，相當(dāng)于基極電流，因此集電極電流是光電流的β倍。當(dāng)光照射時(shí)，在集電結(jié)附近產(chǎn)生光生電子——空穴對(duì)，載流子在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子流向集電極，空穴流向基極，相當(dāng)于外界向基極注入了控制電流。而基極、集電極、發(fā)射極又構(gòu)成一個(gè)具有放大作用的三極管，完成光電流的放大。光敏三極管的基本特性包括光譜特性、伏安特性、光照特性、溫度特性和響應(yīng)特性等。光譜特性是指在入射光照度一定時(shí)，輸出的光電流隨光波波長(zhǎng)的變化而變化；伏安特性顯示出光敏管的光電效應(yīng)性質(zhì)，因?yàn)樵跓o(wú)偏壓時(shí)，光敏三極管仍有光電流輸出，它在不同照度下的輸出特性和普通三極管在不同基極電流時(shí)的輸出特性一樣；光照特性顯示了光敏三極管的光電流與照度的關(guān)系；溫度特性對(duì)其輸出電流影響較小，但對(duì)暗電流影響卻十分明顯；響應(yīng)速度比光敏二極管慢得多。 6. 電阻、光源、跳線等。 四、總體設(shè)計(jì) （一）設(shè)計(jì)方案 1. 傳感器的選擇：光敏三極管（光電傳感器），如圖1-1、1-2、1-3所示。 圖 1-1 光敏三極管 圖 1-2 光敏三極管簡(jiǎn)單等效電路圖 圖 1-3 光敏三極管電路圖 光敏三極管是光電轉(zhuǎn)化半導(dǎo)體器件，具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做的較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過(guò)透鏡集中照射在芯片上。它的發(fā)射結(jié)與光敏二極管一樣具有光敏特性。它的集電結(jié)與普通晶體管一樣，可以獲得電流增益。光照射發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于基極電流，因此集電極電流是光電流的倍，所以光敏三極管比光敏二極管有更高的靈敏度，但噪聲也比光敏二極管大。在結(jié)構(gòu)上，為了保證入射光可靠地作用于發(fā)射結(jié)，基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做的較小。將光敏三極管接在電路中時(shí)，它的集電極接正電壓，發(fā)射機(jī)接負(fù)電壓。光敏三極管與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好、可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 2. 硬件實(shí)現(xiàn)：光敏三極管有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此通過(guò)給光敏三極管不同的光照強(qiáng)度體現(xiàn)出其和電壓的關(guān)系。 3. 軟件實(shí)現(xiàn)：應(yīng)用LabVIEW編寫實(shí)驗(yàn)?zāi)_本。 4. 設(shè)計(jì)整體驗(yàn)證：通過(guò)新編寫的軟件與硬件及電路元件等相結(jié)合，測(cè)試驗(yàn)證是否可運(yùn)行、是否出正確的波形、正確顯示光照強(qiáng)度和電壓的關(guān)系。 （二）基本原理 光敏三極管的等效電路如圖1-4，當(dāng)有光照射到基區(qū)時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生的電子--空穴對(duì)增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。該電流注入發(fā)射結(jié)進(jìn)行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流，它就是光敏三極管的光電流。光敏三極管使用時(shí)，其基極通常開(kāi)路，基極—集電極產(chǎn)生的光感生電流直接饋入基極，并被三極管放大，因此光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。一般光敏三極管只引出E、C倆個(gè)電極，其光電特性是非線性的，廣泛應(yīng)用于光電自動(dòng)控制領(lǐng)域。 圖1-4 光敏三極管等效電路圖 五、具體步驟 （一）硬件實(shí)現(xiàn)步驟 1、準(zhǔn)備相應(yīng)的硬件設(shè)備，包括傳感器和其它元器件。 在實(shí)驗(yàn)電路板上搭建好電路，按圖1-5的電路圖，并仔細(xì)檢查接線；可參考接線圖1-6； 在硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要注意如下：實(shí)驗(yàn)時(shí)連接電路前必須正確辨認(rèn)出三極管的三個(gè)引腳（電源、地、信號(hào)），光敏三極管如果引腳連接錯(cuò)誤極易燒壞。實(shí)驗(yàn)中注意遮蔽周圍壞境的強(qiáng)光，特別是在日光燈下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要小心謹(jǐn)慎。 圖 1-5 光敏三極管的光測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理圖 圖 1-6 電路連接圖 （二）軟件實(shí)現(xiàn)步驟 1、在桌面上運(yùn)行LabVIEW主程序圖標(biāo),或在“開(kāi)始”程序中運(yùn)行快捷方式進(jìn)入LabVIEW工作平面， 如圖1-7所示。 圖1-7 LabVIEW工作平面 2、點(diǎn)擊選項(xiàng)，或者點(diǎn)擊文件—>**VI，如圖1-8所示。 圖 1-8 **VI 3、彈出前面板和程序框圖，如圖 1-9、1-10所示. 圖 1-9 前面板 圖1-10 程序框圖 4、在設(shè)計(jì)虛擬儀器界面前，需要對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有完整的了解，知道其需要用到的VI，針對(duì)此個(gè)光敏三極管測(cè)電壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，，需要兩個(gè)數(shù)值輸入控件分別控制采集芯片的采樣頻率和采樣長(zhǎng)度，需要一個(gè)數(shù)值顯示控件顯示測(cè)出的電壓值，需要一個(gè)布爾開(kāi)關(guān)來(lái)控制界面腳本的運(yùn)行與停止，需要一個(gè)波形圖顯示控件來(lái)實(shí)時(shí)顯示信號(hào)波形，最后需要找個(gè)一個(gè)**運(yùn)行；找到需要的所有控件，并將其置于前面板上，右鍵點(diǎn)擊前面板彈出控件選板，點(diǎn)擊數(shù)值控件->點(diǎn)擊數(shù)值輸入控件，如圖1-11所示。 圖 1-11 選擇數(shù)值輸入控件 5、選擇數(shù)值輸入控件后，界面如圖1-12。 圖 1-12 添加有數(shù)值輸入控件的界面 6、如步驟5所示再次添加一個(gè)數(shù)值輸入控件(另一個(gè)類型的)，如圖 1-13 所示。 圖 1-13 再次添加有數(shù)值輸入控件的界面 這倆個(gè)數(shù)值輸入控件用于表示此程序中規(guī)定的數(shù)值，是固定值。 7、將這兩個(gè)數(shù)值輸入控件的標(biāo)簽分別改成其對(duì)應(yīng)控制的內(nèi)容，以方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理程序框圖的連接，雙擊“數(shù)值”和“數(shù)值2”，分別將其更改為“采樣頻率”和“采樣長(zhǎng)度”，如圖1-14所示。 圖 1-14 更改標(biāo)簽后的界面 8、右鍵點(diǎn)擊前面板彈出控制面板，點(diǎn)擊數(shù)值控件中的數(shù)值顯示控件，同上幾步添加控件，如圖1-15，并將標(biāo)簽更改為電壓值。 圖 1-15 添加數(shù)值顯示控件后的界面 該數(shù)值顯示控件用于顯示當(dāng)前狀態(tài)下所需要的值，是測(cè)量值。 9、右鍵點(diǎn)擊前面板彈出控件選板，點(diǎn)擊布爾控件，點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)按鈕，如圖 1-16所示。 圖 1-16 點(diǎn)擊布爾控件 10、（布爾控件中各控件的作用基本一致，可依據(jù)個(gè)人喜好來(lái)選擇）選擇開(kāi)關(guān)按鈕后，將其置于合適的位置，如圖1-17所示。 圖 1-17 選擇開(kāi)關(guān)按鈕 開(kāi)關(guān)按鈕用于控制程序。開(kāi)是程序運(yùn)行，關(guān)時(shí)程序停止。 11、右鍵點(diǎn)擊前面板彈出控件選板，點(diǎn)擊圖形控件->點(diǎn)擊波形圖，如圖1-18所示。 圖 1-18所示 波形圖選擇 12、選擇波形圖后（波形圖根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇），將其置于合適的位置，如圖1-19所示。 圖1-19 添加波形圖控件后的界面 波形圖控件用于顯示程序運(yùn)行狀態(tài)下當(dāng)前波形的顯示。 13、修改波形圖控件的名字及屬性等，如圖 1-20所示。 圖 1-20 修改屬性等后的界面 14、右鍵點(diǎn)擊前面板彈出控制面板，點(diǎn)擊數(shù)組、矩陣中的數(shù)組，如圖1-21。 圖 1-21 選擇數(shù)組控件 15、選擇數(shù)組控件放在合適的位置,修改屬性后界面如圖1-22所示； 圖 1-22所示 添加數(shù)組控件后的界面 數(shù)組控件用于存放程序中的**。 16、在數(shù)組控件上添加一個(gè)開(kāi)關(guān)，起到**選擇的作用，在本實(shí)驗(yàn)中我們采用3**信號(hào)采集，如圖1-23所示。 圖 1-23 添加**后的界面 添加一個(gè)開(kāi)關(guān)后。整個(gè)可用于**選擇。如多個(gè)**需在運(yùn)行時(shí)打開(kāi)**。 17、最后整理初步完成的前面板，發(fā)現(xiàn)可以讓這個(gè)程序測(cè)量更多值，所以再在前面板上添加一個(gè)數(shù)值控件中的時(shí)間標(biāo)識(shí)顯示，選擇數(shù)值控件中的時(shí)間標(biāo)識(shí)顯示控件，如圖1-24所示 圖 1-24 選擇時(shí)間標(biāo)識(shí)顯示 18、將時(shí)間標(biāo)識(shí)顯示控件放置在前面板上，如圖1-25所示 圖 1-25 放置時(shí)間標(biāo)識(shí)顯示控件 該時(shí)間標(biāo)識(shí)顯示控件用于顯示當(dāng)前時(shí)間，和表功能一樣。 19、在前面板再添加一個(gè)指示燈，如圖1-26所示 圖 1-26 選擇指示燈控件 20、將指示燈放置在前面板，初步完成前面板，如圖1-27所示 圖 1-27 初步完成的前面板 該指示燈用于顯示當(dāng)前運(yùn)行情況，若運(yùn)行則亮顯示開(kāi)，若關(guān)斷則不亮顯示關(guān)。 21、在前面板上按住CTRL+E或者點(diǎn)擊窗口->選擇顯示程序框圖激活程序框圖界面， 如圖1-28所示 圖 1-28 程序框圖界面 22、右擊程序框圖界面彈出函數(shù)選板，點(diǎn)擊選擇VI,如圖1-29所示。 圖 1-29 函數(shù)選板 23、選擇下拉菜單中，選擇 VI 選項(xiàng)，如圖1-30所示。 圖 1-30 選擇子VI 24、在對(duì)話框中選擇“getUSBAdwave111”，如圖1-31所示。 圖 1-31 選擇虛擬采集芯片 25、點(diǎn)擊確定，將虛擬采集芯片放置到程序框圖上，如圖1-32所示。 圖 1-32 放置虛擬采集芯片 虛擬采集芯片用于和其他器件相連，包括**、采樣頻率、采樣長(zhǎng)度和返回值等。 26、右擊程序框圖界面彈出函數(shù)選板，點(diǎn)擊express-信息分析中的統(tǒng)計(jì)選項(xiàng)，并將該器件放置于程序框圖中，如圖 1-33所示。 圖 1-33 放置統(tǒng)計(jì)控件 該統(tǒng)計(jì)控件用于返回波形中第一個(gè)信號(hào)的選中參數(shù)。 27、右擊程序框圖界面彈出函數(shù)選板，點(diǎn)擊express-信號(hào)操作的選擇信號(hào)，并將該器件放置于程序框圖中，如圖 1-34所示。 圖 1-34 放置選擇信號(hào)控件 選擇信號(hào)用于接受多個(gè)信號(hào)作為輸入，只返回用戶選中的信號(hào)。用戶可指定輸出中包含的信號(hào)，也可改變輸入信號(hào)的順序。 28、右擊程序框圖界面彈出函數(shù)選板，點(diǎn)擊express-信號(hào)操作的合并信號(hào)，并將該器件放置于程序框圖中，如圖 1-35所示。 圖 1-35 放置合并信號(hào) 合并信號(hào)用于將兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)合并到一個(gè)信號(hào)輸入端。 29、右擊程序框圖界面彈出函數(shù)選板，點(diǎn)擊express-信號(hào)操作的轉(zhuǎn)換至動(dòng)態(tài)，并修改屬性，將該器件放置于程序框圖中，如圖1-36所示。 圖 1-36 放置轉(zhuǎn)換至動(dòng)態(tài) 轉(zhuǎn)換至動(dòng)態(tài)控件用于連接數(shù)組與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型。 30、調(diào)整各控件的布局以方便連線，將輸入數(shù)值控件和布爾開(kāi)關(guān)分別連接到虛擬采集芯片對(duì)應(yīng)的連接處，將虛擬采集芯片的三**輸出連接到波形圖（默認(rèn)下通過(guò)三**來(lái)采集實(shí)際的信號(hào)），如圖1-37所示。 圖 1-37 布局連線 31、右擊程序框圖界面彈出函數(shù)選板，點(diǎn)擊布爾控件->選擇真常量，如圖1-38所示。 圖 1-38 選擇布爾控件——真常量 32、將真常量控件置于合適位置并將其連接到虛擬采集芯片的三**輸入上，以激活虛擬采集芯片的三**數(shù)據(jù)采集功能，如圖1-39所示。 圖 1-39 連接真常量控件 33、右鍵點(diǎn)擊時(shí)間標(biāo)識(shí)，選擇定時(shí)選板中的獲取時(shí)間/日期，如圖1-40所示。 圖 1-40 選取獲取時(shí)間/日期選項(xiàng)界面 34、將獲取時(shí)間/日期控件放置，并將其和時(shí)間標(biāo)識(shí)連線，如圖 1-41所示。 圖 1-41 放置獲取時(shí)間/日期控件 獲取時(shí)間/日期控件用于顯示當(dāng)前時(shí)間。 32、最終前面板和流程圖框, 如圖1-42、1-43。 圖 1-42 最終前面板 圖 1-43 最終程序框圖 33、至此，實(shí)際信號(hào)的采集、波形顯示全部完成，為測(cè)量出光照對(duì)光敏三極管的電壓影響需要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算。 （三）設(shè)計(jì)整體驗(yàn)證 1、安裝好燈泡，打開(kāi)光照度計(jì)，把照度計(jì)探頭放在光敏電阻附近，調(diào)整光源、光敏三極管和照度計(jì)探頭位置； 2、依次打開(kāi)試驗(yàn)箱電源開(kāi)關(guān)、電路板電源開(kāi)關(guān)； 3、本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意在于添加了一個(gè)指示燈，用于提示次程序是否處于運(yùn)行中，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)該控件為亮綠色顯示開(kāi)，當(dāng)程序不運(yùn)行時(shí)為墨綠色顯示關(guān)，可以很好的辨識(shí)程序的運(yùn)行情況；另一個(gè)創(chuàng)意在于添加了一個(gè)日期/時(shí)間顯示裝置，程序框圖面板需要一個(gè)當(dāng)前時(shí)間和該控件相連才能體現(xiàn)作用，當(dāng)該程序連接好后，程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)此控件顯示當(dāng)前時(shí)間并一直運(yùn)行，和鐘表功能一樣，如圖1-44所示為程序未運(yùn)行時(shí)，日期/時(shí)間的顯示，顯示自己設(shè)定的時(shí)間，自己設(shè)定的時(shí)間是XX年1月15的上午8：00：00.000在此控件的設(shè)置屬性中有默認(rèn)時(shí)間和群定時(shí)間范圍等選項(xiàng)需要自行修改。 圖 1-44 顯示未運(yùn)行時(shí)設(shè)定的時(shí)間標(biāo)識(shí) 4、在腳本界面中，點(diǎn)擊連續(xù)運(yùn)行按鈕，點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)按鈕。此時(shí)，觀察實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況，如圖1-45所示，此時(shí)時(shí)間顯示為16：46：45，電壓值為-39.857mv。 圖 1-45實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況 5、通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間光照，改變電壓值及光照值，再次觀察實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況，如圖1-46所示，此時(shí)時(shí)間為16：51：45電壓值為12mv，光照強(qiáng)度為0.285 圖 1-46 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況 6、再次觀察運(yùn)行情況，如圖 1-47 所示，此時(shí)時(shí)間值為16：52：20，電壓值為13mv，光照強(qiáng)度為0.321 圖 1-47 運(yùn)行情況 7、根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間光照，電壓值和光強(qiáng)度變化，測(cè)的數(shù)據(jù)填入表中如圖2-1所示，并作曲線圖如圖2-2所示 圖 2-1 表格 圖 2-2 光敏三極管光照特性曲線圖 （四）小結(jié) 通過(guò)本次課設(shè)時(shí)間使我深刻的體會(huì)到檢測(cè)技術(shù)與各種儀器的重要性。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)和日常生活中，人們需要測(cè)量外部世界的一些非電量，例如，位移、速度、加速度、力、力矩、溫度、壓力、流量和成分等，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得信息，這就必須合理選擇和善于應(yīng)用各種傳感器和檢測(cè)儀表。這次的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)不僅培養(yǎng)了我們動(dòng)手能力更重要的是培養(yǎng)了我們動(dòng)腦的能力，自己設(shè)計(jì)、自己創(chuàng)新，重在自學(xué)的過(guò)程。做過(guò)制作檢測(cè)程序后使我收獲很多，不僅學(xué)會(huì)了很多知識(shí)，而且收獲了快樂(lè)、感到成功的喜悅，同時(shí)認(rèn)識(shí)到自己的很多不足，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中可以更好的學(xué)習(xí)。 六、相關(guān)問(wèn)題 1．什么是傳感器？（傳感器定義） 答：傳感器是一種以一定精確度把被測(cè)量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、便于應(yīng)用的某種物理量（主要是電量）的測(cè)量裝置。 2．傳感器由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？ 答：傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路組成。 ①　敏感元件，它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 ②　轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。 ③　轉(zhuǎn)換電路：將上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 3.傳感器按能量的傳遞方式可分為哪幾類 答：傳感器按能量的傳遞方式分類。將非電量轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件均可分為兩類：有源元件和無(wú)源元件。 ①　有源元件是一種能量轉(zhuǎn)換器，可將非電能量轉(zhuǎn)換成電能量。這類傳感器有些是可逆的。 ②　無(wú)源元件本身不是一個(gè)轉(zhuǎn)換器。被測(cè)量直接或間接的作用引起該元件的某一電參數(shù)的變化，要想獲得電壓和電流的變化值，必須匹配測(cè)量電路和輔助電源。由于它不進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化，因此一般是不可逆的。 4.傳感器分類 答：傳感器按其工作原理，可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三大類。 5.什么是光電效應(yīng)？有哪幾種分類？ 答：光電元件的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光可以被看作是由一連串具有一定能量的粒子（稱為光子）所構(gòu)成，每個(gè)光子具有的能量γ正比于光的頻率ν。所以，用光照射某個(gè)物體，就可以看做這物體受到一連串能量為γ的光子所轟擊，而光電效應(yīng)就是由于這物體吸收到光子能量為γ的光后產(chǎn)生的電效應(yīng)。 通常把光線照射到物體后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為兩類，即外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。 1) 外光電效應(yīng)：在光線作用下，電子獲得光子的能量從而脫離正電荷的束縛，使電子逸出物體表面的現(xiàn)象。 2) 內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)而使物體電阻率改變的現(xiàn)象。 3) 光生伏特效應(yīng)：在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。 6.傳感器的基本特性 答：根據(jù)被測(cè)量的變化狀態(tài)，可以把傳感器的輸入量分為靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量倆類。 ①　靜態(tài)量是指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓繛榉€(wěn)定狀態(tài)信號(hào)或變化極其緩慢的準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)；動(dòng)態(tài)量指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓繛橹芷谛盘?hào)、瞬變信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)等隨時(shí)間變化的信號(hào)。 ②　傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟诒粶y(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出輸入關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件下測(cè)定的。 ③　傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下檢測(cè)，被測(cè)量可能以各種形式隨時(shí)間變化。 7.傳感器的性能指標(biāo) 答：由于使用傳感器的條件和環(huán)境等的差異，對(duì)傳感器其他性能指標(biāo)的要求也不同，通常還應(yīng)考慮的性能指標(biāo)有： ①　穩(wěn)定性，表示傳感器維持其性能參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間不變化的能力； ②　零漂，表示在零輸入狀態(tài)下傳感器的輸出漂移，又可分為時(shí)間零漂和溫漂； ③　輸入特性，在測(cè)量過(guò)程中，傳感器成為被測(cè)對(duì)象的負(fù)載時(shí)，將產(chǎn)生“載荷”效應(yīng)。 ④　輸出特性，傳感器的輸出端都要與一些后續(xù)的處理電路、傳輸電路或儀表等相連接。 ⑤　可靠性，可靠性指規(guī)定的工作條件和工作時(shí)間內(nèi)傳感器保持原有性能指標(biāo)的能力。 ⑥　對(duì)環(huán)境的要求，由于傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)等的不同，受外界因素（溫度、濕度、磁場(chǎng)震動(dòng)、化學(xué)腐蝕、防爆、防火等）的影響不同。 ⑦　安裝要求，選用的傳感器應(yīng)易于安裝、維護(hù)和更換。 8.光電三極管的基本特性 答：包括光譜特性、光照特性、伏安特性、頻率響應(yīng)和溫度特性。 9.光電式傳感器的類型，簡(jiǎn)述原理 答：光電式傳感器在檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，按其輸出量性質(zhì)基本上可分為模擬光電傳感器和開(kāi)關(guān)式光電傳感器倆類。 ①　模擬光電傳感器的工作原理是基于光電器件的光電流隨光通量而發(fā)生變化，是光通量的函數(shù)。 ②　開(kāi)關(guān)式光電傳感器的工作原理是光電器件的輸出僅有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即“通”與“斷”的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)光電器件受光照時(shí)有電信號(hào)輸出，光電器件不受光照時(shí)無(wú)電信號(hào)輸出。 10.新型傳感器的發(fā)展方向 答：微型化；集成化；智能化、數(shù)字化與多功能化；標(biāo)準(zhǔn)化；新型；性能更好 11.光電傳感器的特點(diǎn)是什么？ 答：光電傳感器的特點(diǎn)：響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣 12.采用光電傳感器可能測(cè)量的物理量有哪些？ 答：（1）光敏電阻：特點(diǎn)是價(jià)格低廉、輸出電流大、受溫度的影響小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性號(hào)器件本身不容易發(fā)生故障。它的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間慢。 （2）光電二極管和光電三極管：特點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、但它受溫度影響比較大、受光面小、而且有非常強(qiáng)的方向性、抗干擾能力弱、它的另一個(gè)特點(diǎn)是不同型號(hào)的管子對(duì)光譜響應(yīng)有很大不同。 （3）光電池：特點(diǎn)是受光面積大、輸出電流小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、光譜比較寬、受溫度影響小、抗干擾能力 采用光電式傳感器可以測(cè)量的物理量：位移、速度、加速度、震動(dòng)、質(zhì)量、變面輪廓、磁、聲、壓力、溫度、陀螺、液面、轉(zhuǎn)矩、光、電流和應(yīng)變等。 13.光電傳感器使用的光源類型 答：光源的選擇與光電傳感器的頻率特性有著密切的關(guān)系，這里介紹幾種常用的光源。 1) 鎢絲燈。其發(fā)光機(jī)理為：鎢絲通電后將電能轉(zhuǎn)換成熱能，熾熱的鎢絲便產(chǎn)生光輻射。 2) 弧光燈。它以電弧放電激發(fā)易電離的惰性氣體產(chǎn)生光。 3) 發(fā)光二極管（LED）。它是半導(dǎo)體PN結(jié)輻射光源，當(dāng)過(guò)剩的導(dǎo)帶電子跳回到價(jià)帶與空穴復(fù)合時(shí)釋放出光子。 4) 激光光源。是根據(jù)受激發(fā)射原理工作的光源，當(dāng)電子受激發(fā)從高能級(jí)跳回到低能級(jí)時(shí)，發(fā)射出光子。 七、參考文獻(xiàn) [1] 陳裕泉、葛文勛編著?，F(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用，科學(xué)出版社 [2] 張洪潤(rùn)、孫悅、張亞凡編著。傳感技術(shù)與應(yīng)用教程。清華大學(xué)出版社，XX [3] 施湧潮、梁福平、牛春暉編著。傳感器檢測(cè)技術(shù)。國(guó)防工業(yè)出版社，XX [4] 索雪松、紀(jì)建偉編著。傳感器與信號(hào)處理電路，XX [5] 常健生編著。檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)。**：機(jī)械工業(yè)出版社，XX [6] 王俊杰編著。檢測(cè)技術(shù)與儀表。**：**理工大學(xué)出版社，XX [7] 杜維編著。過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表。**：化學(xué)工業(yè)出版社，XX [8] 張宏建、蒙建波。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置。**：化學(xué)工業(yè)出版社，XX 第 22 頁(yè) 共 22 頁(yè)