光敏传感器的实验原理

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、

《传感器原理及应用》试卷四

适用班级：（电子071 ，072，073，074，075） 题号 得分 一 二 三 四 五 六 总分 核分人 得分 评卷人

一、填空题：（共20空，每空1分，共20分）

1、传感器一般由 、 、 测量电路和辅助电源四个部分组成。

2、气敏电阻传感器是利用半导体对气体的__________作用而使其__________发生变化的现象来检测气体的成分和浓度。气敏电阻传感器通常由 、 和封装体等三部分组成。

3、为减少电容式传感器在使用中存在的______________，可以在结构上加保护电极，但要求保护电极和被保护电极要为______________。

4、变隙式电感式传感器与螺线管式电感式传感器都可以用来测位移， _____________线性范围大，______________测量灵敏度高。

5、霍尔片越厚其霍尔灵敏度系数越__________（大或小），霍尔灵敏度系数的含义是指____________________________________________。 6、热电偶产生的热电势一般由

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 金属箔式应变片的性能实验

一、实验目的

1．熟悉CSY10型传感器系统实验仪，并掌握正确的使用方法。 2．了解应变片的结构和性能。

3．了解实际的应变片电桥的原理和性能。

二、实验设备

直流稳压电源、双平行梁、测微器、金属箔式应变片、标准电阻、差动放大器、直流数字电压表

三、实验原理

应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在测件表面上。当测件受力变形时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。通过测量电路，将其转换为电压或电流信号输出。 在实验仪的双平行梁上粘贴了8片应变片，其中6片为金属箔式应变片，两片受拉伸，两片受压缩，两片用于温度补偿。通过旋转测微器可使双平梁的自由端上、下移动，从而使应变片的受力状况不同，将应变片接于电桥中即可转换为电压输出。

电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。当电桥平衡时，即R1R4?R2R3，电桥输出为零。在桥臂R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化分别为?R1/R1、?R2/R2、?R3/R3、

?R4/R4，桥路的输出与?R??R1?R2?R3?R4成正比。当使用一个应变片时，???R1R2R3R4?R??R?R1?R2；当使用两片应变片时，?R?。如两片应变片工作于差动状

《传感器原理及应用》实验教学大纲

课程编号： 课程名称：《传感器原理及应用》 课程总学时：54学时 总学分： 学分 实验学时：8学时 实验学分： 学分 适应专业：01电子信息工程

编写人：陈欣波 编写日期：2000年7月

一、实验课程的目的与任务

传感器原理及应用是实现生产过程自动化的重要手段，通过本课程实验的学习，使学生更好地掌握在生产生活中广泛使用的各类传感器结构、工作原理和特性等，进一步加强学生独立分析、解决问题的能力，同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后工作打下良好的基础。

二、实验教学基本要求

本课程是《传感器原理及应用》课程的一个实践环节，通过实验教学，使学生进一步巩固所学理论知识，提高其分析和解决问题的能力。具体要求如下：

1. 进一步巩固和加深对基本理论知识的理解，提高综合应用所学知识、独立设计的

能力。

2. 学会自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。 3. 能正确使用实验仪器设备，掌握工作原理。

4. 能独立撰写实

译文及原稿

译文题目 基于光学传感器光伏系统的单电机双轴太阳

跟踪器的设计与实现

原稿题目

Design and Implementation of a Sun Tracker with

a Dual-Axis Single Motor for an Optical Sensor-Based Photovoltaic System

原稿出处

Department of Electrical Engineering

基于光学传感器光伏系统的单电机双轴太

阳跟踪器的设计与实现

摘要：能源耗竭和全球气候变暖是地方发展的双重威胁，解决方法的最佳方式是利用可再生的能源资源。太阳能源是一种最有前途的可再生能源。太阳跟踪器可以大幅度提高电力生产。本文提出了一种新颖的利用的双轴太阳跟踪光伏系统的设计反馈控制理论以及四象限光电阻(LDR)传感器和简单的电子电路提供稳定的系统性能。本文提出的系统采用独特的双轴交流电机和一个独立的光伏逆变器完成太阳能跟踪。 控制执行是一种简单而有效的技术创新设计。此外构造了一个按比例缩小的实验室原型来验证该计划的可行性。实验证实了太阳跟踪器的有效性。 最后

分析气体传感器选择及其分类

气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。

气体的采样方法直接影响传感器的响应时间。目前，气体的采样方式主要是通过简单扩散法，或是将气体吸入检测器。（简单扩散是利用气体自然向四处传播的特性。目标气体穿过探头内的传感器，产生一个正比于气体体积分数的信号。由于扩散过程渐趋减慢，所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。扩散法的一个优点是将气体样本直接引入传感器而无需物理和化学变换。样品吸入式探头通常用于采样位置接近处理仪器或排气管道。这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流，所以在气流大小和流速经常变化的情况下，这种方法较值得推荐。将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离，距离的长短主要是根据传感器的设计，但采样线较长会加大测量滞后时间，该时间是采样线长度和气体从泄漏点到传感器之间流动速度的函数。对于某种目标气体和汽化物，如SiH4以及大多数生物溶剂，气体和汽化物样品量可能会因

功能与简介：

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 U=K·I·B/d 其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。

霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。

备注：当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。

接线图：

测速原理图：

产品图片和管脚图：

黄长贵(德力西变频器)

摘要：本文介绍了霍尔电流传感器在通用变频器中的作用，分析了设置传感器的类型、方式、目的和需求，并介绍了传感器的工作原理及作用。 关

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