周鑫 (1142032033)光电传感器实验论文

DH-SJ3 光电传感器物理设计性实验周鑫（1142032033）学院：化学学院电话：13096313916邮箱：zhouxin735914331163.com摘要：光电传感器在生活中有非常广泛的应用，在社会中发挥越来越重要的作用。通过测量光敏电阻、光敏二极管、硅光电池、光敏三极管的基本特性，伏安特性曲线和光照特性曲线，从而了解其作用以及应用前景。关键词：光电传感器、伏安特性、光照特性。 DH-SJ3 Photoelectric Sensor （Chemistry Academy ,Zhou Xin，1142032033 Tel： 13096313916 e-mail：zhouxin735914331163.com） Abstract：Photoelectric sensors have a very wide range applications in the life，and they play a more and more important role In society. By measuring the basic characteristics and I-V characteristics and photosensitive characteristics of photoresistance、 photosensitive diode 、 silicon photoelectric generator and photistor ,then we can know the abilities and the perspective of Photoelectric Sensor.Key Words: photoresistance 、 photosensitive diode 、 silicon photoelectric generator 、photistor引言：光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加1速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非；接触、响应快、性能可靠等特点。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光 电导效应。 光敏传感器的基本特性及实验原理1、伏安特性光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流 I 与所加电压 U 之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。2、光照特性光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。三、实验仪器DH-SJ3 光电传感器设计实验仪由下列部分组成：光敏电阻板、硅光电池板、光敏二极管板、光敏三极管板、红光发射管 LED3、接受管（包括 PHD 101 光电二极管和 PHT 101 光电三极管） 、2.2 和 2 光纤、光纤座、测试架、DH-VC3 直流恒压源、九孔板、万用表、电阻元件盒以及转接盒等组成。实验时，测试架中的光源电源插孔以及传感器插孔均通过转接盒与九孔板相连，其它连接都在九孔板中实现；测试架中可以更换传感器板。图 9 DH-VC3 直流恒压源面板图2图 10-1 转接盒 图 10-2 发射管 图 10-3 接收管 图 10-4 接收管图 10-5 电阻盒 1k 图 10-6 电阻盒 1k 图 10-7 电阻盒 470 图 10-8 电阻盒10 图 10-9 电阻盒 4.7K 图 10-10 电阻盒 47 图 10-11 电容盒1uF图 10-18 光敏电阻板 图 10-19 硅光电池板图 10-20 光敏二极管板 图 10-21 光敏三极管板3图 10-22 九孔板图 10 实验元件图图 11 测试架4图 20 光电传感器更换示意图四、实验内容1.1、光敏电阻伏安特性测试实验（1）按原理图 12 接好实验线路，将光源用的标准钨丝灯和光敏电阻板置测试架中，电阻盒以及转接盒插在九孔板中，电源由 DH-VC3 直流恒压源提供。（2）通过改变光源电压或调节光源到光敏电阻之间的距离以提供一定的光强，每次在一定的光照条件下，测出加在光敏电阻上电压 U 为+2V 、+ 4V、+6V、+8V、+10V 时 5 个光电流数据，即 ,同时算出此时光敏电阻的阻值 。KUIRph0.1 phRIUIph/mA U/V 2 4 6 8 10 1255436.7 0.036 0.734 2.240 3.881 5.260 6.3521883.8 0.014 0.350 1.250 2.443 3.603 4.6641144.6 0.010 0.256 0.949 1.937 2.966 3.965820.3 0.008 0.204 0.796 1.677 2.629 3.593光强 Lux629.5 0.005 0.175 0.691 1.437 2.339 3.236UP/V U/V 2 4 6 8 10 125436.7 1.636 3.266 3.760 4.119 4.740 5.6481883.8 1.986 3.650 4.750 5.557 6.397 7.3361144.6 1.990 3.744 5.051 6.063 7.034 8.035820.3 1.992 3.796 5.204 6.333 7.371 8.407光强 Lux629.5 1.995 3.825 5.309 6.563 7.661 8.674024681001234567Iph/mA () UP/V () 5436.7Lux18 .20 69.5Lux.2、光敏电阻的光照特性测试实验（1）按原理图 12 接好实验线路，将光源用标准钨丝灯和检测用光敏电阻置测试架中，电阻盒以及转接盒插在九孔板中，电源由 DH-VC3 直流恒压源提供。（2）从 U=0 开始到 U =12V，每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光照强度从“弱光”到逐步增强的光电流数据，即： ，同时算出此KUIRph0.1时光敏电阻的阻值，即： 。phRI6（3）根据实验数据画出光敏电阻的一组光照特性曲线。U/VL/cm UR/V2 4 6 8 10 125cm 0.036 0.734 2.240 3.881 5.260 6.35210cm 0.014 0.350 1.250 2.443 3.603 4.66415cm 0.010 0.256 0.949 1.937 2.966 3.96520cm 0.008 0.204 0.796 1.677 2.629 3.59525cm 0.005 0.175 0.691 1.467 2.339 3.236表 1-3 距离-电压光强LuxU/V 2 4 6 8 10 125436.7 0.036 0.734 2.240 3.881 5.260 6.3521883.8 0.014 0.350 1.250 2.443 3.603 4.6641144.6 0.010 0.256 0.949 1.937 2.966 3.965820.3 0.008 0.204 0.796 1.677 2.629 3.593629.5 0.005 0.175 0.691 1.437 2.339 3.236表 1-4 光强电流0102030405060-101234567Iph (mA) 光 (Lux) 24 68 102图 2 光敏电阻的一组光照特性曲线2、硅光电池的特性实验2.1、硅光电池的伏安特性实验（1）将硅光电池板置测试架中、电阻盒置于九孔插板中，电源由 DH-VC3 直流恒压源提供。按图 13 连接好实验线路，开关 K 指向“1”时，电压表测量开路电压 Uoc，开关指向7“2”时，电压表测量 R 电压 UR。光源用钨丝灯，光源电压 012V（可调），串接好可调电阻 RX（010000 可调）。（2）先将可调光源调至相对光强为“弱光”位置，每次在一定的照度下，测出硅光电池的光电流 Iph 与光电压 USC 在不同的负载条件下的关系（010000）数据，其中。(10.00 为取样电阻 R），以后逐步调大相对光强（56 次），重复上述实0.1RphI验。（3）根据实验数据画出硅光电池的一组伏安特性曲线。图 13 硅光电池特性测试电路光强Lux电压/V 2 4 6 8 10 125436.7 0.283 0.378 0.414 0.436 0.450 0.4621883.8 0.218 0.343 0.384 0.408 0.425 0.4381144.6 0.165 0.330 0.371 0.396 0.413 0.427820.3 0.152 0.314 0.358 0.386 0.405 0.417629.5 0.119 0.298 0.348 0.376 0.394 0.408表 2-1 光强-开路电压 光强 电压 2 4 6 8 10 125436.7 0.001 0.029 0.113 0.272 0.459 0.6331883.8 0.000 0.009 0.037 0.092 0.175 0.2901144.6 0.000 0.005 0.023 0.058 0.109 0.184820.3 0.000 0.003 0.015 0.038 0.073 0.123629.5 0.000 0.002 0.011 0.028 0.053 0.089表 2-2 光强-电流80.1.50.2.50.3.50.4.50.0.1.20.3.40.5.60.7Iph (mA) Uoc (V) 5436.7Lux18 .20 69.5Lux图 2-1 硅光电池伏安特性曲线2.2、硅光电池的光照度特性实验（1）实验线路见图 13，电阻箱调到 0。（2）先将可调光源调至相对光强为“弱光”位置，每次在一定的照度下，测出硅光电池的开路电压 Uoc 和短路电流 IS，其中短路电流为 （取样电阻 R 为 10.00），0.1RSUI以后逐步调大相对光强（56 次），重复上述实验。（3）根据实验数据画出硅光电池的光照特性曲线。U=12V 时光强 Luc 5436.7 1883.8 1144.6 820.3 629.5Uoc/V 0.462 0.438 0.427 0.417 0.408Isc/mA 0.633 0.290 0.184 0.123 0.089当 U=10V 时光强 Lux 2688.9 931.7 566.1 405.7 311.3Uoc/V 0.450 0.425 0.413 0.405 0.394Is/mA 0.459 0.175 0.109 0.073 0.053当 U=8V 时光强 Lux 1099 380.8 231.4 165.8 127.3Uoc/V 0.436 0.408 0.396 0.386 0.376Is/mA 0.273 0.092 0