光电技术创新实训平台实验指导书V1[1]0.doc

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1、目 录实验仪说明2实验一、光控开关设计实验3实验二、光控灯设计实验5实验三、光照度计设计实验7实验四、光功率计设计实验10实验五、光电报警设计实验12实验六、红外遥控设计实验17实验七、PSD位移测试设计实验25实验八、热释电报警器设计实验28实验九、光电转速计设计实验31实验十、光电测距设计实验34实验十一、太阳能充电器设计实验37实验十二、数字温度计设计实验42实验十三、颜色识别系统设计实验45实验十四、光电开关里程表设计实验51实验十五、红外体温计设计实验54实验十六、光纤烟雾报警设计实验56实验十七、光纤位移测量系统设计实验59实验十八、光纤微弯称重系统设计实验63实验十九、数据采集实

2、验6667实验仪说明一、产品介绍：光电技术是光学、电子学和计算机科学知识的高度集中，是跨学科的边缘技术。光电技术广泛应用于工农业和家庭生活等各领域。在这些领域中，几乎都涉及将光辐射信息转换为电信息的问题，即光辐射的检测问题。因此光电检测技术是光电技术的核心和重要组成部分。光电检测具有非接触、实时和高精度等特点，其技术得到迅速发展。光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的。它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。GCGDCX-B型光电技术创新实训平台针对光电器件应用设计而开发，提供多种光电器件的应用模块、设计模块、以及设计中所需要的电子元器件，

3、并配备有各种电源接口。学生根据所提供的实验模块进行设计，或根据所提供的实验模块进行二次开发，提高学生动手动脑能力及创新意识。二、系统组成：整个系统分4部分：1、 主机箱：主机箱主要为各设计模块提供电源供给以及模块固定。一个主机箱可以安放六个设计模块。2、 实验模块：通过各实验模块完成各应用实验。3、 设计性实验物料：二次开发实验用。4、 导轨结构件组件：固定各种光电器件用。实验一、光控开关设计实验一、实验目的1、了解和掌握光敏电阻光控开关应用原理2、了解和掌握光控开关电路原理二、实验内容1、光敏电阻光控开关实验2、设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光控开关实验模块3、连接线4、

4、万用表四、实验原理1、光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性， 纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构很简单，下图（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端

5、装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半 (a)光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案， 如图（b）所示。 图（c）为光敏电阻的接线图。 2、本实验通过改变照射到光敏电阻上光强大小来控制继电器的开关状态，从而控制发光二极管指示灯的亮和灭。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。2、金色测试钩说明：Vlm为比较器输入电压测试点、Vyz为阈值电压测

6、试点。六、实验步骤1、光敏电阻输出端金色插座对应接到“IN”端金色插座，“OUT”端对应接到继电器正负端。2、打开电源开关，用万用表测量Vlm端电压，用手遮挡光敏电阻，分别记下明、暗时Vlm电压。3、调节阈值电压使Vyz值在明暗电压值之间。4、用手遮挡光敏电阻，观察指示灯指示状况。七、设计性实验 光控开关原理图如下，IN1 和CON1为光敏电阻输入端。U8为运算放大器，型号为OP07，此运算放大器构成比较器电路。当3脚电压高于2脚电压时输出高电平，三极管Q4截止继电器不吸合，发光二极管不发光。反之2脚输出低电平，三极管Q4导通，继电器得电导通，发光二极管发光。八、思考题 分析光敏电阻应用场合。

7、 实验二、光控灯设计实验一、实验目的1、了解和掌握光敏电阻光控灯应用原理2、了解和掌握光敏电阻光控灯电路原理二、实验内容1、光敏电阻光控灯实验2、光敏电阻光控灯设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光控灯实验模块3、连接线4、万用表四、实验原理1、光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性， 纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电

8、阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构很简单，下图（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半 (a)光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案， 如图（b）所示。 图（c）为光敏电阻的接线图。 2、本实验通

9、过改变照射到光敏电阻上光强大小来控制LED发光强弱。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。六、实验步骤1、光敏电阻输出端金色插座对应接到“IN”端金色插座。2、打开电源开关，用手遮挡光敏电阻，观察指示LED明暗变化。3、调节可调电阻W1，观察指示LED明暗变化。七、设计性实验下图为光敏电阻光控等电路原理图。该电路为恒流控制电流，在某一固定状态，LED驱动电流恒定不变，从而使LED输出光功率恒定。恒流控制原理如下：假设某一瞬间LED电流增加，则R44上压降增大，U4通向输入端电压增大，U4输出增大，U5反向输入端增大，U5输出则减小，Q1基极电流减小，

10、从而LED驱动电流也减小，保证了LED电流的恒定。反之分析原理亦同。八、思考题1、分析光控灯应用场合。2、查找资料，设计光利用敏电阻控制220V灯原理图。实验三、光照度计设计实验一、实验目的1、了解和掌握光电池在光照度计上的应用原理2、了解和掌握光照度计结构原理3、了解和掌握光照度计电路设计原理二、实验内容1、光照度计测量光照度实验2、光照度计设计实性验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光照度计&光功率计设计模块3、照度计探头4、连接线4、万用表四、实验原理光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量

11、的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度I的点光源，在相距L处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即： 式中：E光照度，单位为Lx； I光源发光强度，单位为cd； L距离，单位为m。光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如下图所示：图 3-1图中D为光探测器，图3-2为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；C为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都来自垂直方向，因此照

12、度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满足余弦关系。余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫透射材料上时，光探测器接收到的始终是漫射光。余弦校正器的透光性要好；F为V（）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数V（），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行V（）匹配。匹配基本上都是通过给光探测器加适当的滤光片（V（）滤光片）来实现的，满足条件的滤光片往往需要不同型号和厚度的几片颜色玻璃组合来实现匹配。当D接收到通过C和F的光辐射时，所产生的光电信号，首

13、先经过I/V变换，然后经过运算放大器A放大，最后在显示器上显示出相应的信号定标后就是照度值。图3-2 硅光电探测器光谱特性曲线图3-3 光谱视觉曲线照度测量的误差因素1）照度计相对光谱响应度与V（）的偏离引起的误差。2）接收器线性：也就是说接收器的响应度在整个指定输出范围内为常数。3）疲劳特性：疲劳是照度计在恒定的工作条件下，由投射照度引起的响应度可逆的暂时的变化。4）照度计的方向性响应。5）由于量程改变产生的误差：这个误差是照度计的开关从一个量程变到邻近量程所产生的系统误差。6）温度依赖性：温度依赖性是用环境温度对照度头绝对响应度和相对光谱响应度的影响来表征。7）偏振依赖性：照度计的输出信号

14、还依赖于光源的偏振状态。8）照度头接收面受非均匀照明的影响。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。2、说明：输入“+” “-”为探头输入端、输出“+” “-”为照度计输出电压测试点。 X1、X10、X100开关为放大倍数切换开关。六、实验步骤1、照度计探头红黑插座对应接到实验模块上输入端“+” “-”。2、万用表红黑表笔对应接到实验模块上输出端“+” “-”。3、放大倍数切换开关拨至X1挡，向上拨。4、打开电源开关，观察万用表指示数值。5、改变不同光照度和放大倍数，观察万用表指示数值变化。6、关闭电源。七、设计性实验光照度计电路原理图如下：U1对光电

15、池输出电流进行I/V变换，将光电流转换为电压，K1为档位切换开关。U2对输出电压进行放大，调节RP1阻值大小可以给便放大倍数，5脚对应电位器为调零电位器。八、思考题分析放大电路芯片选用条件。实验四、光功率计设计实验一、实验目的1、了解和掌握光硅光电探测器在光功率计上的应用原理2、了解和掌握光功率计结构原理3、了解和掌握光功率计电路设计原理二、实验内容1、光功率计测量光照度实验2、光功率计设计实性验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光照度计&光功率计设计模块3、功率计探头4、连接线4、万用表四、实验原理光功率是光在单位时间内所做的功。光功率单位常用毫瓦(mw)和分贝(db)表示,其中两者的

16、关系为:1mw=0db，换算关系为，dB = 10*lg(A/B)。而小于1mw的分贝为负值。使用分贝做单位主要有三大好处。（1）数值变小，读写方便。电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数，数值就小得多。（2）运算方便。放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时，总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB)，后级是20倍(13dB)，那么总功率放大倍数是10020=2000倍，总增益为20dB13dB=33dB。（3）符合听感，估算方便。人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的

17、。例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多；而从1瓦增强到2瓦时，响度就差不太多；再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB，这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。您若注意一下就会发现，HiFi功放上的音量旋钮刻度都是标的分贝，使您改变音量时直观些。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。2、说明：输入“+” “-”为探头输入端、输出“+” “-”为照度计输出电压测试点。 X1、X10、X100开关为放大倍数切换开关。六、实验步骤1、

18、功率计探头红黑插座对应接到实验模块上输入端“+” “-”。2、万用表红黑表笔对应接到实验模块上输出端“+” “-”。3、放大倍数切换开关拨至X1挡，向上拨。4、打开电源开关，观察万用表指示数值。5、改变不同光照度和放大倍数，观察万用表指示数值变化。6、关闭电源。七、设计性实验光功率计电路原理图如下：U1对光电池输出电流进行I/V变换，将光电流转换为电压，K1为档位切换开关。U2对输出电压进行放大，调节RP1阻值大小可以给便放大倍数，5脚对应电位器为调零电位器。八、思考题分析放大电路芯片选用条件。实验五、光电报警设计实验一、实验目的1、了解红外砷化镓发光二极管与光电二极管的具体应用。2、练习自拟

19、简单的光电系统试验。3、了解主动式光电报警系统设计原理。4、了解锁相环的原理及应用。5、对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力。二、实验内容1、锁相环原理及应用测试实验2、利用锁相环设计光电报警系统实验3、设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光电报警实验模块3、连接线4、示波器四、实验原理光电报警系统是一种重要的监视系统，目前其种类已经日益增多。有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统，也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。一般说来，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果

20、，设备比较简单。本系统调制电源提供红外发射二极管确定规律变化的调制电流，使发光管发出红外调制光。光电二极管接收调制光，转换后的信号经放大，整形，解调后控制报警器。（1）用NE555定时器构成多谐振荡器作调制电源。NE555定时器构成多谐振荡器NE555集成电路用它构成占空比为50%的多谐振荡器原理图如上图所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。在前半周期，V1通过R2、D对C1充电，由于二极管D的作用，电流不经过R1，因此其充电时间T1为：而在后半周期，电容放电时，二极管反向电阻无穷大，555内部的三极导通，电流通过R1至7脚直接放电，此时其放电时间T2为：当A点电压上升到上限阈值电压（

21、约）时，定时器输出翻转成低电平。这时，A点电压将随放电而按指数规律下降。当A点下降到下限阈值电压（约）时，定时器输出又变成高电平，调整、的电阻值得到严格的方波输出。当R1=R2时，输出为方波信号。其输出频率为：参考值：=0.1F， 。用NE555组成振荡器来作红外发光管BT401时，由于红外发光管BT401的工作电流在30mA以上，因此一定加一个三极管驱动电路。使输出电流大于或等于红外发光管的最小工作电流。其驱动电路的参考电路图如下图： 红外发光二极管驱动电路 （2）信号放大电路原理电路如图所示，由运算放大器OP07构成放大电路，将光敏二极管所接收的电流信号放大，放大增益通过调节R3阻值改变。

22、图5 报警用参考电路（3）锁相环原理下图为锁相环电路原理图。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f21/1.1RC。其、脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的2倍。脚是输入端，要求输入信号25mV。脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。LM567的工作电压为4.759V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，

23、这里仅将其基本功能概述如下：当LM567的脚输入幅度25mV、频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图4的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。 锁相环电路五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。2、金色测试钩说明：Ft为调制频率测试点、Ff为光电二极管输出放大信号测试点，Fy为整形后信号测试点、FC为锁相环中心频率测试点、GND为系统接地点。六、实验步骤1、红外发射二极管

24、“L+” “L-”对应接入电路中发射部分“L+” “L-”；光电二极管“P+” “P-”对应接入电路中接收部分“P-” “P+”。2、打开电源，示波器观测Ft点波形，调节调制频率调节旋钮。3、示波器观测Ff点波形，调节增益调节使波形最好。4、示波器观测Fy点波形，调节阈值调节旋钮，使输出方波波形最好，并记录频率。5、示波器观测Fc点波形，调节中心频率调节旋钮使波形频率与Fy波形频率相等。6、用手遮挡光路，观测LED发光二极管指示状况。七、设计性实验1、红外调制发射电路原理图如下2、放大电路如下，调节RP3可以改变放大电路增益，T12 T13为光电二极管输入端。3、整形电路如下，调节RP4可以改

25、变阈值电压大小。4、锁相环电路图如下，改变W4可以改变中心频率。八、思考题1、为了提高作用距离，光源调制频率和占空比如何取值？2、当拦截光束的目标运动较快或较慢，接收电路和电路参数应如何考虑能保证正常报警。实验六、红外遥控设计实验一、实验目的1、了解红外遥控原理2、了解掌握红外遥控电路设计方法二、实验内容1、红外遥控编解码实验2、4路遥控原理实验3、设计性试验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、红外遥控实验模块3、连接线4、示波器 四、实验原理PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态

26、地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，相应的数据脚也输出高电平。PT2262特点： CMOS工艺制造，低功耗、外部元器件少、RC振荡电阻、工作电压范围宽：2.6-15v、数据最多可达6位、地址码最多可达531441种。 应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥 控 玩 具、其他电器遥控引 脚 图：管脚说明：名

27、称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；Dout17编码输出端（正常时为低电平）在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。注意：下图电路应用在无线遥控，如果在红外遥控领域，需要芯片型号为PT226

28、2-IR。解码电路 PT2272 引 脚 图：名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认输出端（常低）解码有效变成

29、高电平（瞬态）地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”上面是我们从超再生接收模块信号输出脚上截获的一段波形，可以明显看到，图上半部分是一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开，所以我们如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。图下部分是放大的一组字码：一个字码由12位AD码（地址码加数据码，比如8位地址码加4位数据码）组成，每个AD位用两个脉冲来代表：两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”2262

30、每次发射时至少发射4组字码，2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。 PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应

31、的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址

32、编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。五、注意事项1、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。2、地址编码和地址解码编码方法：编解码均为三态，高、低和悬空，分为上中下3排，每排对应地址位看模块上标示。短接上

33、两排为低，下两排为高，不短接则为悬空。六、实验步骤1、将模块上红外发射二极管的金色插孔“L+”“L-”通过连线连接至发射金色插孔“L+”“L-”，红外接收头金色插孔“GND”“VCC”“SIG” 通过连线连接至接收金色插孔“GND”“VCC”“SIG”（GCC GND为接收头的供电端，SIG为接收头的信号输出端）。2、“TE”分别设为3态，用示波器观察编码芯片PT226217脚输出波形状态。3、“TE”分别设为低电平，按下4路控制任何一路开关，用示波器观察接收头“SIG”波形。4、使用短路块将编码解码设置相同状态，按下4路控制任何一路开关，观察4路输出只是状态。5、使用短路块将编码解码设置不同

34、状态，按下4路控制任何一路开关，观察4路输出只是状态。6、分析红外遥控原理。七、设计性实验 上图为编码发射电路。U1为芯片PT2262，在没有按键按下时，U1不通电，任意按键按下时，+5V通过二极管4148后为芯片供电，这样设计可以降低产品功耗。U1输出波形通过三极管Q1调制到红外发射二极管上。3排9针插针用来对芯片进行3态编码。下图为接收解码电路。U2为芯片PT2272，红外接收头接收到得信号经过三极管Q2驱动后送入芯片PT2272输入端，3排8针插针用来对芯片进行3态编码。本实验手册提供的原理图为4路编解码原理，同学们有兴趣可以根据芯片原理设计相应其它路数的遥控。八、思考题分析红外接收头S

35、M0038原理。实验七、PSD位移测试设计实验一、实验目的1、了解PSD位置传感器工作原理及其特性2、了解并掌握PSD位置传感器测量位移的方法3、了解并掌握PSD位置传感器输出信号处理电路原理二、实验内容1、一维PSD光学系统组装调试实验2、PSD输出信号处理实验3、PSD输出信号误差补偿实验4、PSD测位移原理实验5、设计实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、PSD位移测试模块3、连接线4、万用表四、实验原理PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片。其断面结构如图1所示，表面层P为感光面，在其两边各有一信号输入电极，底层的公共电极是用与加反偏电压。当光点入射到PSD表面时，由于横向

36、电势的存在，产生光生电流，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上分别得到光电流和，显然。而和的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。假设PSD表面分流层的阻挡是均匀的，则PSD可简化为图2所示的电位器模型，其中、为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，显然、正比于光点到两个输出电极间的距离。 图1 图2因为 I1 / I2 = R2 / R1 = （L-X）/ L+X） I0 = I1 + I2所以可得 I1 = I0（L-X）/2L I1 = I0（L+X）/2L X =（ I2 - I1 / I0）L当入射光恒定时，恒定，则入射光点与PSD中间零位点距离X与成线性

37、关系，与入射光点强度无关。通过适当的处理电路，就可以获得光点位置的输出信号。五、注意事项1、激光器输出光不得对准人眼，以免造成伤害。2、激光器为静电敏感元件，因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路，以免损坏激光器。3、不得扳动面板上面元器件，以免造成电路损坏，导致实验仪不能正常工作。六、实验步骤1、将激光器引线红色接模块上+5V金色插孔，黑色接GND5金色插孔。PSD后金色插孔“I1” “I2”为PSD电流输出，对应接到金色插孔“T6”“T8”， PSD后金色插孔“C”为PSD供电端，对应接到金色插孔“T4”。 2、将PSD传感器实验单元电路连接起来：“T7”接“

38、T10” “T9”接“T12” “T13”接“T14” “T15”接“T16”， “T17”接“T118”对应接到万用表电压档正负极，用来测量输出电压。3、打开主机箱电源开关，打开模块上电源开关，实验模块开始工作。调整测微头，使激光光点能够在PSD受光面上的位置从一端移向另一端，最后将光点定位在PSD受光面上的正中间位置（目测），调节零点调整旋钮，使电压表显示值为0。转动测微头使光点移动到PSD受光面一端，调节输出幅度调整旋钮，使电压表显示值为3V或-3V左右。4、从PSD一端开始旋转测微头，使光点移动，取X0.5mm，即转动测微头一转。读取电压表显示值，填入表1，画出位移-电压特性曲线。表1

39、 PSD传感器位移值与输出电压值位移量（mm）00.511.522.533.5输出电压（V）位移量（mm）44.555.566.577.5输出电压（V） 5、根据表1所列的数据，计算中心量程2mm、3mm、4mm时的非线性误差。七、设计性实验1、PSD供电电路如下图2、PSD输出处理电路如下图,原理：运算放大器U4A U4B完成PSD两路电流输出I/V变换；U5A为加法电路，对两路输出进行加法运算，用来验证PSD两路输出之和不随光电位置变化而改变；U5B为减法电路，实现PSD位移测量；U3A为放大电路，W1用来调节放大增益。U3B为调零电路，通过调节W2阻值大小进行电路调零。八、思考题试分析一

40、下二维PSD的工作原理。实验八、热释电报警器设计实验一、实验目的1、了解热释电传感器的工作原理及其特性2、了解并掌握热释电传感器信号处理方法及其应用3、了解并掌握超低频前置放大器的设计二、实验内容1、热释电传感器系统安装调试实验2、热释电传感器信号处理实验 （1）超低频放大电路实验 （2）窗口比较电路实验 （3）延时开关量输出实验 （4）延时时间控制实验3、设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、热释电报警器模块3、连接线4、万用表四、实验原理1、热释电探测器简介热释电探探器是一种利用某些晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热释电效应制成的新型热探测器。当晶体受辐射照射时，由于温度

41、的改变使自发极化强度发生变化，结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间出现感应电荷，利用感应电荷的变化可测量光辐射的能量。因为热释电探测器输出的电信号正比于探测器温度随时间的变化率，不像其他热探测器需要有个热平衡过程，所以其响应速度比其它热探测器快得多，一般热探测器典型时间常数值在1O.01s范围，而热释电探测器的有效时间常数低达1043x105s。虽然目前热释电探测器在比探测率和响应速度方面还不及光子探测器，但由于它还有光谱响应范围宽，较大的频响带宽，在室温下工作无需致冷，可以有大面积均匀的光敏面，不需要偏压，使用方便等优点而得到日益广泛的应用。2、热释电效应某些物质(例如硫酸三甘肽、铌

42、酸锂、铌酸锶钡等晶体)吸收光辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温度升高，温度的变化又改变了晶体内晶格的间距，这就引起在居里温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定方向上引起表面电荷的变化，这就是热释电效应。在32种晶类中，有20种是压电晶类，它们都是非中心对称的，其中有10种具有自发极化特性，这些晶类称为极性晶类。对于极性晶体，即使外加电场和应力为零，晶体内正、负电荷中心并不重合，因而具有一定的电矩，也就是说晶体本身具有自发极化特性，所以单位体积的总电矩可能不等于零。这是因为参与晶格热运动的某些离子可同时偏离平衡态，这时晶体中的电场将不等于零，晶体就成了极性晶体。于是在与自发极化

43、强度垂直的两个晶面上就会出现大小相等、符号相反的面束缚电荷，极性晶体的自发极化通常是观察不出来的，因为在平衡条件下它被通过晶体内部和外部传至晶体表面的自由电荷所补偿。极化的大小及由此而引起的补偿电荷的多少是与温度有关的。如果强度变化的光辐射入射到晶体上，晶体温度便随之发生变化，晶体中离子间的距离和链角跟着发生相应的变化，于是自发极化强度也随之发生变化，最后导致面束缚电荷跟着变化，于是晶体表面上就出现能测量出的电荷。3、热释电探测器工作原理当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度下降，表面电荷减少，相当于”释放”一部分电荷，故名热释电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电

44、压。如果继续照射，晶体薄片的温度升高到(居里温度)值时，自发极化突然消失。不再释放电荷，输出信号为零,见图1。图 1因此，热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变化量）。当面积为A的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T发生微小变化时，就有热释电电流i。A为面积，P为热电体材料热释电系数，是温度的变化率。五、注意事项1、不得随意摇动和插拔面板上元器件和芯片，以免损坏，造成实验仪不能正常工作。2、实验完成后相关器件放回指定存放位置。3、在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。4、相关信号测量可使用万用表。六、实验步骤1、将实验模块上的金色插孔“D” “S”和 “

45、G”对应用导线连接（热释电传感器接入电路，D为热释电传感器供电端，S为热释电传感器输出端，G为热释电传感器地）， “O1”为热释电传感器输出信号测试点，“O2”为超低频放大电路输出端，“VH”“VL”分别为窗口比较电路上下限电压测试点，“O3”为窗口比较电路输出信号测试点，“O4”为延时电路输出信号测试点。2、数字万用表黑色表笔接地（GND），红色表笔接热释电红外探头“O1”端，选择直流电压2V档。打开实验箱电源，观察万用表数值变化，约2分钟左右，直至数值趋于稳定，实验仪开始正常工作。3、用手在红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压变化信号输出（可用万用表测量）。经超低频放大电路放大后，万用表选择直流电压20V档，通过万用表可检测到“O2”输出端输出的电压变化较大。再经电压比较器构成的开关电路和延时电路（延时时