周鑫1142032033光电传感器实验论文

1、DH-SJ3光电传感器物理设计性实验周鑫（1142032033）学院：化学学院邮箱：zhouxin735914331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，1142032033T）Abstract：Photoelectric sensors have a very wide rang

2、e applications in the life，and they playa more and more important role In society. By measuring the basic characteristics and I-V characteristics and photosensitivecharacteristics of photoresistance、photosensitive diode、silicon photoelectric generator and photistor,then we can know the abilities and

3、 the perspectiveof 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

4、，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

5、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9DH-VC3直流恒压源面板图图10-1转接盒图10-2发射管图10-3 接收管 图10-4

6、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光敏三极管板图10-22 九孔板图10 实验元件图图11测试架图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

7、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。Iph/mAU/V24681012光强Lux5436.70.0360.7342.2403.8815.2606.3521883.80.0140.3501.2502.4433.6034.6641144.60.0100.2560.9491.9372.9663.965820.30.0080.2040.7961.6772.6293.593629.50.0050.1750.6911.4372.3393.236UP/VU/V24681012光强Lux5436.7

8、1.6363.2663.7604.1194.7405.6481883.81.9863.6504.7505.5576.3977.3361144.61.9903.7445.0516.0637.0348.035820.31.9923.7965.2046.3337.3718.407629.51.9953.8255.3096.5637.6618.674.2、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

9、从“弱光”到逐步增强的光电流数据，即：，同时算出此时光敏电阻的阻值，即：。（3）根据实验数据画出光敏电阻的一组光照特性曲线。U/V24681012L/cmUR/V5cm0.0360.7342.2403.8815.2606.35210cm0.0140.3501.2502.4433.6034.66415cm0.0100.2560.9491.9372.9663.96520cm0.0080.2040.7961.6772.6293.59525cm0.0050.1750.6911.4672.3393.236表1-3距离-电压光强LuxU/V246810125436.70.0360.7342.2403.88

10、15.2606.3521883.80.0140.3501.2502.4433.6034.6641144.60.0100.2560.9491.9372.9663.965820.30.0080.2040.7961.6772.6293.593629.50.0050.1750.6911.4372.3393.236表1-4光强电流图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“2”时，电压表测量R电压UR。

11、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/V246810125436.70.2830.3780.4140.4360.4500.4621883.80.2180.3430.3840.4080.4250.4381144.60.1650.3300

12、.3710.3960.4130.427820.30.1520.3140.3580.3860.4050.417629.50.1190.2980.3480.3760.3940.408表2-1光强-开路电压光强电压246810125436.70.0010.0290.1130.2720.4590.6331883.80.0000.0090.0370.0920.1750.2901144.60.0000.0050.0230.0580.1090.184820.30.0000.0030.0150.0380.0730.123629.50.0000.0020.0110.0280.0530.089 表2-2光强-电流

13、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），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Luc5436.71883.81144.6820.3629.5Uoc/V0.4620.4380.4270.4170.408Isc/mA0.6330.2900.1840.1230.089当U=10V时光强Lux2688.9931.7566.14

14、05.7311.3Uoc/V0.4500.4250.4130.4050.394Is/mA0.4590.1750.1090.0730.053当U=8V时光强Lux1099380.8231.4165.8127.3Uoc/V0.4360.4080.3960.3860.376Is/mA0.2730.0920.0580.0380.028图2-2硅光电池电流光照特性曲线图2-3硅光电池电压光照特性曲线3、光敏二极管的特性实验3.1、光敏二极管伏安特性实验图14 光敏二极管特性测试电路（1）按原理图14接好实验线路，将光敏二极管板置测试架中、电阻盒置于九孔插板中，电源由DH-VC3直流恒压源提供，光源电压0

15、12V（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，测出加在光敏二极管上的反偏电压与产生的光电流的关系数据，其中光电流：(l.00K为取样电阻R），以后逐步调大相对光强（56次），重复上述实验。（3）根据实验数据画出光敏二极管的一组伏安特性曲线。U/V24681012光强UR/V5436.74.2084.2154.2374.2764.3654.4391883.84.2184.2284.2424.2604.2734.2921144.64.1864.1884.1954.2084.2424.251820.34.1924.1974.2054.2154.2254.23762

16、9.54.1774.1824.1904.2014.2134.228表3-1光强-电压U/V24681012光强U反5436.711.95511.95311.94611.93411.91511.8861883.811.95511.95411.95011.94511.93211.9071144.611.95511.95411.95111.94411.93411.921820.311.95511.95411.95111.94411.93411.920629.511.95511.95411.95111.94611.93711.925表3-2光强-U反图3-1光敏二极管伏安特性曲线3.2、光敏二极管的光

17、照度特性实验（1）按原理图14接好实验线路。（2）反偏压从U=0开始到U=+l2V，每次在一定的反偏电压下测出光敏二极管在相对光照度为“弱光”到逐步增强的光电流数据，其中光电流(l.00K为取样电阻R）。（3）根据实验数据画出光敏二极管的一组光照特性曲线。表3-3光强-电流U/V24681012光强Iph/mA5436.74.2084.2154.2374.2764.3654.4391883.84.2184.2284.2424.2604.2734.2921144.64.1864.1884.1954.2084.2424.251820.34.1924.1974.2054.2154.2254.2376

18、29.54.1774.1824.1904.2014.2134.228图3-2光敏二极管光照特性曲线4、光敏三极管特性实验4.1、光敏三极管的伏安特性实验图15光敏三极管特性测试实验（1）按原理图15接好实验线路，将光敏三极管板置测试架中、电阻盒置于九孔插板中，电源由DH-VC3直流恒压源提供，光源电压012V（可调）。（2）先将可调光源调至相对光强为“弱光”位置，每次在一定光照条件下，测出加在光敏三极管的偏置电压UCE与产生的光电流IC的关系数据。其中光电流(l.00K为取样电阻R）。（3）根据实验数据画出光敏三极管的一组伏安特性曲线。U/V24681012光强UR/V5436.71.3443

19、.2605.2107.1969.15911.1991883.81.3443.2615.2127.2019.16411.2051144.61.3453.2625.2127.1989.16211.206820.31.3453.2615.2117.1979.15911.199629.51.3433.2575.2067.1939.15411.197表4-2光敏三极管光强-UrU/V24681012光强UCE/V5436.70.6530.7450.7960.8320.8600.8851883.80.6580.7510.8020.8380.8660.8911144.60.6580.7510.8020.83

20、70.8640.887820.30.6580.7500.8000.8350.8610.885629.50.6600.7530.8040.8400.8680.891表4-2光敏三极管光强- UCE图4-1光敏三极管伏安特性曲线4.2、光敏三极管的光照度特性实验（1）实验线路如图15所示。（2）偏置电压UC：从0开始到+12V，每次在一定的偏置电压下测出光敏三极管在相对光照度为“弱光”到逐步增强的光电流IC的数据，其中光电流(l.00K为取样电阻R)。（3）根据实验数据画出光敏三极管的一组光照特性曲线。U/V24681012光强Iph/mA5436.71.3443.2605.2107.1969.1

21、5911.1991883.81.3443.2615.2127.2019.16411.2051144.61.3453.2625.2127.1989.16211.206820.31.3453.2615.2117.1979.15911.199629.51.3433.2575.2067.1939.15411.197表4-3光强-电流图4-2光敏三极管光照特性曲线总结光电传感器的前景随着社会科技的不断发展进步，传感器的应用也越来越广泛，对传感器的要求也越来越高。为了跟进科技的发展，光电传感器在未来将会越来越小型化、智能化、系统化，其技术也将会在敏感元件和抗干扰技术上得到不断地扩展和提升，如通过寻找新材料

22、（复合材料、人工合成材料），提升新技术（在抗干扰方面，可以选择新的补偿和修正技术、开发仿生传感器从而提高光电传感器的抗干扰性能）。在人们的不断努力下，近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的 APD 雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD 图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。另外，在其他传感器领域也将会不断推出新的产品与技术，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器、金属氧化传感器等的开发，技术之间的相互融合、相互结合，将会进一步的刺激光电传感器的发展。光电传感器的智能化将会极大地丰富人们的生活，智能光电传感器的功能有自补偿功能、自校准

23、功能、自诊断功能、数值处理功能、双向通信功能、信息储存与记忆功能、数子量输出功能，随着科技的进步，智能光电传感器糅合其他技术利用人工神经网、人工智能、信息处理技术使传感器具有更高级的智能，就能真正的实现其分析、判断、自适应、自学习的功能、可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务，而真正的应用于人们、服务与人类。光电传感器的不断发展将会带动各个技术领域的发展与进步，并将为其他技术领域的新发展、新进步带来新的动力，为人类社会增光添彩。不同种类光电传感器的应用方向（1）光敏电阻，其导电率随着光照的影响而改变，因它制作成的电阻有灵敏度高、体积小、重量轻、电性能稳定、可以交直流两用，而且工艺简单，

24、价格便宜等优点，而广泛应用在照相机日光控制、光电自动控制光电耦合、光电自动检测、电子光控玩具、自动灯开关及各类光波段光电控制测量场合。（2）光敏二极管与光敏三极管属于光学传感器，有灵敏度高、高频性好、可靠性好、体积小、使用方便等优点。可用于光信号放大信号、光控开关电路、红外检测器、烟尘浊度检测仪、烟雾报警装置等方面，光敏二极管与光敏三极管组成的光学阵列可用于水硬度的检测，克服了用化学方法测量水硬度时，费时、难实时测量、只能单一测量的难题。它可以简单快速地综合测定，并且实现了智能化。（3）硅光电池能直接把光能转化成电能，目前在光电检测、自动控制、光通信、航天器、太阳能电池等领域得到了广泛应用，其分为晶体硅光电池、非晶硅光电池、多晶硅光电池等。由于人们环保意识的增强，可再生资源的减少，在未来的世界中硅光电池将会为人们提供大部分的能源。因此硅光电池将会得到更广泛的应用。（4）其他方面，如温度测量、转速测量、颜色检测、自动计数等五、思考题1、验证光照强度与距离的平方成反比（把实验装置近似为点光源）。答：电压一定时，测量出不同距离d下的光照强度Ec，改变电压，再次测量几组数据，令Ki=Eci*(di)2，如果Ki的值相近，则光照强度与距离的平方成反比。2、当光敏电阻所受光强发生改变时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零，这说明光敏电阻有延时特性。试研究这