光敏传感器实验

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计

第1章 绪论

1.1 设计目的

在学习了光敏传感器技术理论课和进行了基础实验后，进行课程设计，目的是进一步提高学生运用所掌握的数字电子电路的分析和设计方法与分析实际电路的基本技能，并了解基本单元电路在实际生活中的应用。

通过课程设计，使学生加强对光敏传感器技术的理解，学会查阅资料、方案比较以及设计、制作、调试等技能，增强分析、解决实际问题的能力。

要求对光敏传感器技术基础知识有较全面和深刻的理解。通过此次课程设计，使所学的光敏传感器技术知识进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。通过理论与实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。学会使用规范、标准及有关设计资料。初步掌握设计步骤和基本内容，掌握编写设计说明书的基本方法。在制作光敏传感器过程中得到了初步锻炼。

1.2 设计的主要内容

1. 设计制作一个光敏传感器应用电路。

2. 光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件。 3. 通过电位器调节感光灵敏度。 4. 电气设备的选择。

5. 当光线低于设定值时，LED灯点亮。

1.3 设计要求

1.能够按照要求独立完成课程设计部分； 2.学会查阅技术手册和文献资料； 3.进一步熟悉常用集成电路的设

大学物理实验

光敏传感器的光电特性研究

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，在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。因此，了解光敏传感器的原理、测量其基本特性并学会使用是十分必要的。 【实验目的】

1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线； 2、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；

3、了解硅光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线； 4、了解硅光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。

【实验原理】 1、光电效应

光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、

实验一 金属箔氏应变片：单臂、半桥比较

一、实验目的：验证单臂、半桥的性能及相互之间关系。 二、所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V

头、双平衡梁、应变片、主、副电源。

表、测微

三、有关旋钮的初始位置：

档，差动放大器增益打到最大。

直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V

四、实验步骤

（1）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。

（2）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。

图 1

（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。

（4）旋转测微头，使梁

实验一 开关式霍尔传感器测转速实验

一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用

二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特触发器整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理图如图所示：当被测圆盘上装有只磁性体时，圆盘每转一周，磁场变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 三、实验仪器：传感器实验台 四、实验步骤：

1、根据图将霍尔转速传感器安转于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm。

2、将主机箱中的转速调节电源0~24V旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（电压表量程切换开关打到20V档）：其它接线按图所是连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）：将频频\\转速表的开关按到转速档。

3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内（电

压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变直流电机电驱电压），观察电机转动及转速表的现实情况。

4、从2V开始记录，每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速稳定后读取数据）；画出电机的V-n（电机电驱电压与电机转速的关系）特性曲线，实验

杭州英联科技有限公司 YL系列传感器与测控技术实验指南

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验

一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：

?R/R?K?

式中?R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，???l/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压UO1?EK?/4。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：

1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

应变片

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验

一、 实验目的

了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理

金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。

金属的电阻表达式为：

l （1） S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?l，横截面积相应减小?S，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变??，故引起电阻值变化?R。对式（1）全微分，并用

R??相对变化量来表示，则有：

?R?l?S????? （2） RlS?式中的?ll为电阻丝的轴向应变，用

?表示，常用单位???6（1??=1×10mmmm）。若径向应变为?rr，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用

泊松比?表示为?r???（?l），因为?S=2（?r），则（2）式可以写成： rlSr?R?l??????l?l （3） ?（1?2?）??（1?2??）?k0Rl??llll受两个因素影响，一个是（1+2?），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是??式（3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，

实验二十六 PT100温度控制实验

一、实验目的：

了解PID智能模糊+位式调节温度控制原理。 二、实验仪器：

智能调节仪、PT100、温度源。 三、实验原理：

位式调节

位式调节（ON/OFF）是一种简单的调节方式，常用于一些对控制精度不高的场合作温度控制，或用于报警。位式调节仪表用于温度控制时，通常利用仪表内部的继电器控制外部的中间继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的。

PID智能模糊调节

PID智能温度调节器采用人工智能调节方式，是采用模糊规则进行PID调节的一种先进的新型人工智能算法，能实现高精度控制，先进的自整定（AT）功能使得无需设置控制参数。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化，具有无超调、高精度、参数确定简单等特点。

温度控制基本原理

由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本实验仪采用PID智能模糊+位式双重调节控制温度。用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控制在某一温度值上，并能在实验结束后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来，可节约实验时间。

实验一 开关式霍尔传感器测转速实验

一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用

二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特触发器整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理图如图所示：当被测圆盘上装有只磁性体时，圆盘每转一周，磁场变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 三、实验仪器：传感器实验台 四、实验步骤：

1、根据图将霍尔转速传感器安转于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm。

2、将主机箱中的转速调节电源0~24V旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（电压表量程切换开关打到20V档）：其它接线按图所是连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）：将频频\\转速表的开关按到转速档。

3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内（电

压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变直流电机电驱电压），观察电机转动及转速表的现实情况。

4、从2V开始记录，每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速稳定后读取数据）；画出电机的V-n（电机电驱电压与电机转速的关系）特性曲线，实验

实验一 传感器综合实验Ⅰ

（一）． 霍尔传感器的直流激励特性实验

一、实验目的： 了解霍尔传感器的直流激励特性。 二、实验内容：

给霍尔传感器通以直流电源，经差动放大器放大，当测微头随振动台上、下移动时，就有霍尔电势输出，从而可以测出霍尔传感器在直流激励下的输出特性。

三、实验原理：

由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件（霍尔片）通过底座连接在振动台上。当霍尔片通以恒定电流时，将输出霍尔电势。改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上下移动，霍尔电势V值大小与其在磁场中的位移量X有关。 四、实验要求

1、按图4接线，插接线插接要牢靠。

2、直流激励电压为±2V，不能任意加大，否则将损坏霍尔片。 五、实验装置：

1．传感器系统实验仪 CSY型 2．通用示波器 COS5020B 3．系统微机 4．消耗材料

霍尔片(专用)

五 邑 大 学

《传感器与电测技术》

实验报告

实验时间： 2016年11月16日-17日 实验班级： 班 实验报告总份数： 4 份 实验教师：

信息工程 学院(系) 611 实验室

__交通工程_____专业 班 学号

姓名_______协作者______________ 成绩：

实验一 熟悉 IAR 集成开发环境下 C程序的编写

一．实验目的

1、 了解IAR 集成开发环境的安装。

2、 掌握在IAR 环境下程序的编辑、编译以及调试的方法。

二．实验设备

1、 装有IAR 开发环境的PC 机一台

2、 物联网开发设计平台所配备的基础实验套件一套 3、 下载器一个

三．实验要求

1、 熟悉IAR 开发环境

2、 在IAR 开发环境下编写、编译、调试一个例程 3、 实验现象 节点扩展板上的发光二极管 D9 被点亮

三、 问题与讨论

根据提供的电路原理图等资料，修改程序，点亮另一个 LED 灯 D8。（分析原理，并注释。）

先定义IO口，再初始化，最后点亮

实验二 光照