11.光传感器光线照度测量实验
光敏传感器光电特性测量实验
光敏传感器光电特性测量实验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，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
光敏传感器的物理基础是光电效应，即半导体材料的许多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。
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、光敏三极管、硅光电池等。
当然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，半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD图像传感器等，为光电传感器进一步的应用开创了新的一页。
本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。
光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性、时间响应、频率特性等。
掌握光敏传感器基本特性的测量方法，为合理应用光敏传感器打好基础。
【实验目的】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。
仪器简介仪器由全封闭光通路、实验电路、待测光敏传感器（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池）、实验连接线等组成。
仪器安装在360×220×80（mm)实验箱内，仪器面板如下图按面板电路图指示插好线路，安装好待测光敏传感器就能进行测试实验了。
【实验原理】1．伏安特性光敏传感器在一定的入射照度下，器件所加电压与光电流之间的关系称为光敏器件的伏安特性。
光照传感器设计实验报告
一、实验目的1. 了解光照传感器的基本原理和特性；2. 掌握光照传感器的选型和应用方法；3. 设计并搭建一个简单的光照传感器实验系统；4. 分析实验结果，验证光照传感器的工作性能。
二、实验原理光照传感器是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的传感器。
根据工作原理，光照传感器可分为光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等类型。
本实验采用光敏电阻作为传感元件，其电阻值随光照强度的变化而变化。
光敏电阻的电阻值与光照强度之间的关系可以表示为：R = Ro (I/Io) ^ 4其中，R为光敏电阻的电阻值，Ro为光敏电阻在光照强度为Io时的电阻值，I为实际光照强度。
三、实验设备1. 光照传感器模块：光敏电阻；2. 数据采集器；3. 电脑；4. 连接线；5. 电源；6. 实验台。
四、实验步骤1. 将光照传感器模块与数据采集器连接，并将数据采集器与电脑连接；2. 在电脑上编写程序，设置数据采集器的采样频率和采样时间；3. 将实验台置于稳定的环境中，调整光照强度；4. 运行程序，采集光照强度数据；5. 分析实验数据，绘制光照强度与电阻值之间的关系曲线。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们得到了光照强度与光敏电阻电阻值之间的关系曲线，如图1所示。
2. 分析从实验结果可以看出，光敏电阻的电阻值随光照强度的增加而减小。
这与实验原理中的公式相符。
同时，我们可以观察到，在光照强度较小时，电阻值的变化较为敏感；而在光照强度较大时，电阻值的变化趋于平缓。
六、实验结论1. 光照传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器，具有响应速度快、灵敏度高、成本低等优点；2. 通过实验验证了光照传感器的工作性能，为实际应用提供了参考；3. 本实验所搭建的光照传感器实验系统简单易行，具有较好的实用价值。
七、实验拓展1. 研究不同光照强度下，光敏电阻的响应时间；2. 探索光照传感器在智能家居、智能交通等领域的应用；3. 优化实验系统，提高数据采集的准确性和稳定性。
光敏传感器光电特性测量实验
光敏传感器光电特性测量实验光敏传感器是一种能够感应光线并将光线转化为电信号的传感器，广泛应用于光电自动控制、测距仪器、安防监控等领域。
本实验旨在通过对光敏传感器光电特性的测量，了解光敏传感器的基本结构和工作原理，掌握光敏传感器的光电特性及其影响因素。
实验原理光敏传感器的光电特性包括光电流-光照度曲线及响应时间。
光电流-光照度曲线是指光敏传感器输出光电流随光照度的变化关系，它反映了光敏元件灵敏度的大小；响应时间是指光敏传感器感应光线后输出光电信号的时间，它反映了光敏元件的响应速度。
实验器材光敏传感器、示波器、信号发生器、闪光灯、光照度计、计时器、直流电源等。
实验步骤1、将光敏传感器安装在实验架上，并接上直流电源。
2、使用信号发生器调节输出频率（以1000Hz为例），并将输出信号接入光敏传感器。
3、打开示波器，将光敏传感器的输出信号接入通道一，并将光照度计放置在传感器的前方，测量照度值（单位：勒克斯）。
4、先测量光敏传感器在不同光照度下的输出电压（即光电流-光照度曲线），记录下每组数据。
5、再测量传感器对快速变化光信号的响应时间。
将闪光灯对准传感器，并将其发送频率调整到1000Hz。
同时启动计时器，记录下传感器响应时间。
实验结果处理1、绘制光电流-光照度曲线，并根据曲线斜率计算出传感器灵敏度。
2、根据响应时间和光敏传感器输入信号频率计算出传感器响应速度。
实验注意事项1、实验过程中要注意传感器与其他器材的连接，保证连接稳定可靠。
2、测量光照度时，要将光照度计放在传感器前方准确测量，确保实验数据的准确性。
3、在实验过程中应注意使用安全措施，避免因不当操作造成伤害。
结论本实验通过对光敏传感器的光电特性进行测量，研究了光敏传感器的工作机理及其影响因素。
实验结果表明，光敏传感器的光电流-光照度曲线呈现出一定的非线性特征，传感器的灵敏度随外界光照度的增加而降低。
传感器的响应时间与输入信号的频率密切相关，随信号频率的增加而减小。
运用光电传感器设计光敏测量实验方案
使用前检查设备 在使用光电传感器之前，应对其 进行检查，确保设备完好无损， 避免因设备故障导致的实验误差 或安全事故。
正确连接线路 按照实验要求正确连接光电传感 器与测量设备之间的线路，确保 信号传输的稳定与准确。
等。根据分析结果，可以得出光敏参数与光源亮度之间的关系，以及光电传感器的响应特性等信息。
04
数据分析与结果展示
数据处理方法
数据筛选
01
去除异常值和噪声数据，保留有效数据。
数据平滑
02
采用滑动平均、指数平滑等方法对数据进行平滑处理，减小数
据波动。
数据拟合
03
根据实验需求，选择合适的函数对数据进行拟合，如线性拟合
搭建步骤
1. 将光电传感器固定在实验台上，确保 其位置稳定且不易受到外界干扰。
5. 启动数据采集卡，开始采集光电传感 器输出的电信号。
4. 打开计算机上的实验控制程序，设置 相关参数，如采样频率、测量范围等。
2. 连接数据采集卡与计算机，确保通信 正常。
3. 将光源放置在适当位置，并通过光路 调节装置调整光路，使光线能够准确地 照射到光电传感器上。
设备维护与保养建议
01
02
03
定期清洁设备
定期对光电传感器进行清 洁，保持其表面的干净与 光洁，避免因灰尘或污垢 导致的测量误差。
防潮防晒
将光电传感器存放在干燥 、阴凉的地方，避免阳光 直射和潮湿环境对设备造 成损害。
定期校准
定期对光电传感器进行校 准，确保其测量结果的准 确性与可靠性。
应急处理措施
对光电传感器输出的影响。
光照传感器实验报告
光照传感器实验报告实验报告：光照传感器摘要：本实验通过使用光照传感器来检测室内外光线强度的差异，并对各种不同光源下的光照强度进行测试和比较。
实验结果表明，光照传感器在不同光源下对光照强度的检测具有精确度和重复性。
本实验为后续研究提供了重要的基础数据。
引言：光照传感器被广泛应用于许多领域，例如智能家居、自动化控制、能耗优化等。
但是在实际应用中，光照传感器需要根据不同的光照环境进行调整，因此需要对光照传感器的精度和重复性进行测试和验证。
本实验旨在测试光照传感器在不同光源下对光照强度的检测能力，为光照传感器在后续的实际应用中提供基础数据。
实验设计：本实验分为两个部分。
第一部分是室内和室外光照强度的测量，第二部分是使用不同类型的灯光来测试光照传感器的精度和重复性。
实验设备：1. 光照传感器2. Arduino控制板3. LED灯（冷白光、暖白光、自然白光、黄光）4. 直尺、量角器、万用表等实验步骤：第一部分：室内和室外光照强度的测量1. 将光照传感器连接到Arduino控制板上，并编写程序来读取光照传感器的值。
2. 在室内和室外分别放置光照传感器，并记录每个位置下的光照强度值。
3. 重复测量5次，并计算平均值。
4. 对比室内和室外光照强度的差异并分析原因。
第二部分：使用不同类型的灯光来测试光照传感器的精度和重复性1. 将光照传感器连接到Arduino控制板上，并编写程序来读取光照传感器的值。
2. 分别使用冷白光、暖白光、自然白光、黄光四种不同类型的灯光来测试光照传感器的精度和重复性。
3. 测量5次，并计算平均值。
4. 对比不同类型的灯光下光照传感器的准确度和重复性。
实验结果：第一部分：室内和室外光照强度的测量在室内和室外的测量结果中，光照传感器的读数表明，室内光线强度是大幅低于室外的，这是由于室内光照强度不仅受到同一个光源的照射强度的影响，而且还会受到建筑物、家具等因素的影响。
因此，建筑物内的光照强度波动较大。
照度测量实验报告陈
一、实验目的1. 了解照度的概念和测量方法。
2. 熟悉照度计的使用方法。
3. 掌握不同光源下照度变化的规律。
二、实验原理照度是指单位面积上接收到的光通量，其单位为勒克斯（lx）。
照度测量是光学实验中的一个基本内容，通过测量不同光源下的照度，可以了解光源的亮度和亮度分布情况。
照度测量实验主要依据以下公式：E = Φ/A其中，E表示照度，Φ表示光通量，A表示面积。
三、实验仪器与材料1. 照度计2. 电源3. 光源（例如：白炽灯、卤素灯、荧光灯等）4. 测量尺5. 实验室台面四、实验步骤1. 准备工作（1）检查照度计是否正常工作，如有异常，及时更换或修理。
（2）准备实验所需的光源、电源、测量尺等仪器。
2. 实验测量（1）将照度计置于实验台面上，调整其位置，使其与光源垂直。
（2）打开电源，将光源置于照度计前方，保持光源与照度计的距离不变。
（3）记录不同光源下的照度值。
（4）重复步骤（2）和（3），测量不同位置和不同距离下的照度值。
（5）记录实验数据。
3. 数据处理（1）整理实验数据，包括光源类型、位置、距离、照度值等。
（2）根据实验数据，绘制照度分布图。
（3）分析不同光源下照度变化的规律。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）白炽灯：距离1m，照度300lx；距离2m，照度150lx。
（2）卤素灯：距离1m，照度500lx；距离2m，照度250lx。
（3）荧光灯：距离1m，照度400lx；距离2m，照度200lx。
2. 实验结果分析（1）从实验数据可以看出，不同光源在相同距离下的照度值不同，白炽灯的照度最低，卤素灯的照度最高。
（2）随着距离的增加，照度值逐渐减小，距离越远，照度值越小。
（3）实验结果表明，光源类型、距离和位置都会对照度产生影响。
六、实验结论1. 照度测量是光学实验中的一个基本内容，通过实验，我们了解了照度的概念和测量方法。
2. 不同光源在相同距离下的照度值不同，卤素灯的照度最高，白炽灯的照度最低。
高中物理实验课程【高中物理实验课程】实验11 传感器的简单使用 含解析
实验十一传感器的简单使用考纲解读1。
知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用。
2。
能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性。
3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案．基本实验要求Ⅰ研究热敏电阻的特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水．3．实验步骤（1)按实验原理图甲连接好电路,将热敏电阻绝缘处理；(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数;(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录．4．数据处理在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．图15．实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．6．注意事项实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．基本实验要求Ⅱ研究光敏电阻的光敏特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源．3．实验步骤（1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，其中多用电表置于“×100"挡;(2）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据;（3）打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录．(4)用手掌(或黑纸）遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性．5．实验结论（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小．（2）光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．6．注意事项(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的；(2）欧姆表每次换挡后都要重新调零．考点一温度传感器的应用例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T,在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路如图2所示,图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示。
光照感应实验报告
光照感应实验报告光照感应实验报告引言：光照感应是一种常见的自动控制技术，通过感应环境中的光照强度，实现对设备的自动开关。
本实验旨在探究光照感应器的原理和应用，并通过实验验证其性能和可靠性。
实验装置：本次实验所使用的光照感应器为一款常见的光敏电阻，通过改变光照强度来改变电阻的阻值。
实验中，我们将光敏电阻与一台LED灯相连，通过测量光敏电阻的阻值来控制LED灯的亮灭。
实验步骤：1. 将光敏电阻与LED灯连接在电路板上，确保连接正确并稳固。
2. 将电路板接入电源，确保电源电压稳定。
3. 调节实验环境中的光照强度，观察LED灯的亮灭情况。
4. 通过测量光敏电阻的阻值，记录不同光照强度下的电阻数值。
5. 分析实验数据，得出结论。
实验结果：在实验过程中，我们观察到随着光照强度的增加，LED灯的亮度逐渐增强。
当光照强度较弱时，LED灯熄灭；而当光照强度较强时，LED灯亮起。
这表明光敏电阻能够根据光照强度的变化，自动调节电阻的阻值，从而控制LED灯的亮灭。
通过测量光敏电阻在不同光照强度下的阻值，我们得到了以下实验数据：光照强度（lx）光敏电阻阻值（Ω）100 1000200 800300 600400 400500 200从实验数据中可以看出，光敏电阻的阻值随着光照强度的增加而减小。
这与光敏电阻的工作原理相符，光照强度越强，光照电阻的导电性越好，阻值越小。
实验分析：光照感应器的原理是基于光敏电阻的特性。
光敏电阻是一种能够感应光照强度并改变电阻阻值的器件。
当光照强度较弱时，光敏电阻的阻值较大，电流无法通过；而当光照强度较强时，光敏电阻的阻值较小，电流可以顺利通过。
在实际应用中，光照感应器广泛应用于智能家居、路灯控制、自动门窗等领域。
通过光照感应器，可以实现对室内照明的智能控制，使得灯具能够根据环境光照自动调节亮度，节约能源并提升用户体验。
在路灯控制方面，光照感应器可以根据光照强度的变化，自动控制路灯的开关，提高路灯的使用效率。
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实验十一光传感器光线照度测量实验
一. 实验目的
通过本实验了解和掌握光传感器测量照度的基本原理和方法。
二. 照度传感器及工作原理简介
照度为照射到表面一点处的面元上的光通量除以该面元的面积。
量的符号为e(ev)；单位为勒[克斯]，符号为lx，1lx＝1lm／㎡。
其数学表达式为：
式中，da--接收到dφv光通量的微面积元。
照度是表示受光面被照明程度的物理量。
照度的单位采用专门名称勒克斯。
照度传感器以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的装置。
根据爱因斯坦的光子假说：光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。
每一个光子具有一定的能量，其大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ。
所以不同频率的光子具有不同的能量。
光的频率越高，其光子能量就越大。
光线照射在某些物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。
逸出来的电子称为光电子。
光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光生伏打效应三类，根据这些效应可制成不同的光电转换器件(并称光敏元件)。
照度传感器是以光伏特效应来工作的。
光伏特效应
在光照下，若入射光子的能量大于禁带宽度，半导体pn结附近被束缚的价电子吸收光子能量，受激发跃迁至导带形成自由电子，而价带则相应地形成自由空穴。
这些电子一空穴对，在内电场的作用下，空穴移向p区，电子移向n区，使p区带正电，n区带负电，于是在p区和n区之间产生电压，称为光生电动势，这就是光伏特效应。
利用光伏特效应制成的敏感元件有光电池、光敏二极管和光敏三极管等。
其应用极为广泛。
利用光敏二极管的光伏特效应可以制作照度传感器。
光敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外完中，它的pn结装在管顶，可直接受到光照射，光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。
光敏二极管在电路处于反向偏置，在没有光照射，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。
反向电流小的原因是在pn结中，p型中的电子和n型中的空穴(少数裁流子)很少。
当光照射在pn结上，光子打在pn结附近，使pn结附近产生光生电子和光生空穴对，使少数载流子的浓度大大增加，因此通过pn结的反向电流也随着增加。
如果入射光照度变化，光生电子-空穴对的浓度也相应变动，通过外电路的光电流强度也随之变动，可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。
四.实验仪器和设备
1. drvi可重组虚拟实验开发平台1套
2. 蓝津数据采集仪（ldaq-epp2）1套
3. 开关电源（ldy-a）1套
4. 光传感器1个
五. 实验步骤及内容
1. 启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的"drvi采集仪主卡检测"进行服务器和数据采集仪之间的注册。
联机注册成功后，分别从drvi工具栏和快捷工具条中启动"drvi微型web服务器"和"内置的web服务器"，开始监听8600和8500端口。
2. 打开客户端计算机，启动计算机上的drvi客户端程序，然后点击drvi快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的"drvi局域网服务器检测"，在弹出的对话框中输入服务器ip地址（例如：192.168.0.1），点击"发送"按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。
图11.1 环境监测-光照强度测量实验（服务器）
3. 在drvi软件平台的地址信息栏中输入如下信息"http://服务器ip地址:8600/gccslab/index.htm"，打开web版实验指导书，在实验目录中选择"光传感器光线照度测量"实验，参照实验原理和要求设计该实验。
4. 点击附录中该实验脚本文件"服务器端"的链接，将参考的实验脚本文件贴入drvi软件平台中并运行，点击面板中的"开关"按钮，打开实验台上的光源开关，调节光的亮度，观察不同的亮度情况下信号波形及光照强度测量值，分析并记录实验结果。
服务器端实验效果示意图如图11.1所示。
5. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的ip地址，然后在确保数据共享服务器端8500端口打开的前提下，点击"开关"按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端光照强度随外界条件变化而变化的情况，并记录实验结果。
客户端实验效果示意图如图11.2所示。
图11.2 环境监测-光照强度测量实验（客户端）
五. 注意事项
由于光照强度变化非常快，并且对环境光线的影响也非常敏感，因此观察到的光线照度应是一个在一定范围内波动的数据，误差的计算应使用相对误差的概念。
（有条件的话可参考标准照度计读数。
）
六. 实验报告要求
1. 根据实验内容整理实验结果，并分析和说明其检测原理。
七. 思考题
1. 分析测量误差，应用于测光照度的传感器还有哪些？简述其工作原理。
附录：
1. 该实验的实验信号处理框图如图11.3所示
图11.3 环境光照强度测量实验信号处理框图。