光敏电阻传感器特性及应用实验
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。
光敏电阻的光敏特性研究实验报告
光敏电阻的光敏特性研究实验报告光敏电阻光敏特性的研究一、实验设计方案1.1、实验目的1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的光照特性曲线。
2、学习使用电脑实测。
3、学习使用DataStudio软件。
4、学习了解设计性实验的基本方法。
1.2、实验原理光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，（如图1）；入射光强，电射光弱，电阻增大。
光敏电敏感性与人眼对可见光μm的响应很接近，只要人光，都会引起它的阻值变化。
路时，通用白炽灯泡光线或控制光源，但本实验采用激通过两偏振片控制光照强度传感器测出。
图1 光敏结构图阻减小，入阻器对光的（0.4~0.76）眼可感受的设计光控电自然光线作光做光源，并由角速度1.2.1光敏电阻的光照特光电流随照度的变化而称为光照特性。
不同类型的光照特性不同，大多数光敏特性是非线性的。
某种光敏特性如图1所示。
利用光敏电阻的光照特一些材料的光吸收系数。
图2 某光敏电阻的光照特性性改变的规律光敏电阻的电阻的光照电阻的光照性可以测出1.2.2光敏电阻特性图3为某光敏电阻的的关系，利用光敏电阻的光敏图3 某光敏电阻的的阻值与光强关系阻值与光强特性，可以分别模拟设计一个简单的光控自动报警实验与一个光控自动照明实验。
光敏电阻的电阻与光强间关系曲线的线性关系,不可以用在线性的光感测量中. 1.3.2选用仪器列表仪器名称型号主要参数用途750接口 CI7650 阻抗最大的有效输入电压范围±10 V 数据采集处理计算机和DataStudio 电压传感器光敏电阻取样电阻激光器、偏振片 CI6874 CI6503 ——电压范围：±10 VAC/DC ——1000Ω。
数据采集平台、数据处理数据采集——作取样电阻提供光源 CdS ——转动传感器、电源导线等二、实验内容及具体步骤：2.1、测绘光敏电阻的光照特性曲线。
（1）按右图连接好电路，电压传感器连接到750接口。
光敏电阻等传感器的特性
实验分析：(1)中指针左偏，说明Rt的阻值增大；酒精蒸发吸热，温 度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大． (2)中指针右偏，Rt的阻值减小，而电阻Rt温度升高，故热敏电阻的 阻值随温度的升高而减小．
优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论．
光敏电阻的应用
( 2009年高考山东卷)为了节能和环保，一些公共场所使用光控 开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是 阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越 强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如 下表：
(1)设计电路如图所示．
2)测量步骤如下： ①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零； ②将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压U0； ③将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压U1； ④因为U0＝km0g、U1＝kmg，所以可求m＝m0U1/U0.
【答案】 见规范解答
(2009年高考宁夏卷)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电， 为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现 自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型， 可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0，照射光较弱(如 黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开 关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构 如图所示．
的示数减小，输出功率增大，故输入功率增大，而V1的示数不变，所
以A1的示数增大，故D选项正确．
答案：D
2．如图所示是通过变压器为一精密仪器供电的电路，仪器两端的 电压可通过示波器显示出来，电路中的变压器可视为理想变压器，已知 示波器显示的电压为 U2＝31.1sin(100πt) V，变压器原线圈与副线圈的匝 n1 10 数比 ＝ ，若仪器可以看成纯电阻电路，其工作时的电阻 R＝44 Ω， n2 1 下列判断正确的是( ) A．原线圈两端电压 311 V，原线圈中的电流 70.7 mA B．原线圈两端电压 220 V，原线圈中的电流 50 mA C．原线圈所接交流电源的频率为 100 Hz D．原线圈所接交流电源的频率为 50 Hz
运用光敏电阻原理设计光感传感器实验方案
物联网技术的普及将为光感传感器提供更广阔的应用空间，例如智能家居、智慧城市等领 域的光照监测与控制。
THANKS
感谢观看
通过对比不同温度下的光敏电阻阻值，可以观察到阻值随温度
的变化趋势。
温度与输出电压关系曲线绘制
01
02
03
实验步骤
将光敏电阻接入电路，通 过改变环境温度，测量并 记录输出电压。
实验数据
记录不同温度下的输出电 压电压的关系曲线图 ，可以直观地看出温度对 输出电压的影响。
06
实验总结与展望
本次实验成果回顾
光敏电阻特性验证
成功验证了光敏电阻在不同光照条件下的电阻值变化特性，为后续 应用提供了基础数据。
传感器电路设计
完成了基于光敏电阻的光感传感器电路设计，实现了光照强度的实 时监测和输出。
实验数据分析
通过对实验数据的分析，得出了光敏电阻响应时间与光照强度之间的 关系，为优化传感器性能提供了依据。
调试与测试方法
1. 接通电源，观察LED指示灯 是否亮起，以判断电路是否正
常工作。
2. 使用光源照射光敏电阻，观 察微控制器输出的电压值是否
随光强的变化而变化。
3. 调整运算放大器的放大倍数 ，使输出电压在微控制器的模 数转换范围内。
4. 在不同光强下记录微控制器 的输出电压值，并绘制出光强 与输出电压的关系曲线，以验 证光敏电阻的线性度和灵敏度 。
进一步优化响应速度，以满足快速响应的需求。
未来发展趋势预测
多功能集成化
未来光感传感器可能会向多功能集成化方向发展，例如集成温度、湿度等环境参数的监测 功能，实现一机多用。
智能化与自适应性
随着人工智能技术的发展，光感传感器可能会具备自学习、自适应能力，能够根据环境变 化自动调整参数，提高检测准确性。
光敏电阻特性研究实验报告
光敏电阻特性研究实验报告光敏电阻是一种能够根据光照强度改变电阻值的元件，它在光敏元件中具有重要的应用价值。
本实验旨在研究光敏电阻的特性，通过实验数据的采集和分析，探讨光敏电阻在不同光照条件下的电阻变化规律，为光敏电阻在实际应用中的选型和设计提供参考依据。
实验一，光照强度对光敏电阻的影响。
在实验室条件下，我们利用可调光源和万用表进行了一系列实验。
首先，我们将光敏电阻置于黑暗环境中，记录下此时的电阻值；随后，逐渐增加光源的亮度，每隔一定时间记录光敏电阻的电阻值。
实验结果表明，光照强度与光敏电阻的电阻值呈现出负相关的关系，即光照强度越大，光敏电阻的电阻值越小。
这一结果与光敏电阻的基本特性相符，也为后续实验提供了重要的数据支撑。
实验二，光敏电阻的响应速度。
为了研究光敏电阻的响应速度，我们设计了一组实验。
在实验中，我们利用光敏电阻和示波器搭建了一个简单的实验电路，通过改变光源的亮度，观察光敏电阻电阻值的变化情况。
实验结果显示，光敏电阻的响应速度较快，当光源亮度发生变化时，光敏电阻的电阻值能够迅速做出相应调整。
这一特性使得光敏电阻在光控自动调节系统中具有广泛的应用前景。
实验三，光敏电阻的温度特性。
在实验室条件下，我们对光敏电阻的温度特性进行了研究。
通过改变环境温度，记录光敏电阻的电阻值，得出了光敏电阻在不同温度下的电阻变化规律。
实验结果表明，光敏电阻的电阻值随着温度的升高而减小，这一特性需要在实际应用中进行合理的温度补偿，以确保系统的稳定性和可靠性。
结论。
通过本次实验，我们深入研究了光敏电阻的特性，并取得了一系列有意义的实验数据。
光敏电阻在光照强度、响应速度和温度特性等方面表现出了一系列重要的特点，这些特性为光敏电阻在光控自动调节系统、光电传感器等领域的应用提供了重要的理论依据。
同时，我们也发现了一些需要进一步深入研究的问题，比如光敏电阻的光谱特性、长期稳定性等方面的研究仍有待深入。
希望通过本次实验，能够为光敏电阻的应用和研究提供一定的参考价值，推动光敏电阻领域的进一步发展和应用。
光敏传感器实验报告
一、实验原理1.1光敏传感器简介光敏传感器外形及各部分特点功能如图1.1所示：图1.1 光敏传感器构造1.2光敏传感器工作原理结合图1.1所示的光敏传感器，其电路中用到了光敏传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。
其基本工作原理：经过信号放大电路，光敏传感器电路将感受到光程度以高低电平形式输出至单片机系统, 由状态显示系统进行显示。
光敏传感器工作框图如图1.2：图1.2 光敏传感器工作流程 二、光敏传感器硬件电路图电路中，光敏传感器电路如图2.1所示，其引脚连接图如图2.2所示：光敏传感器电路 信号放大电路单片机系统状态显示系统图2.1 光敏传感器硬件图1图2.2 光敏传感器硬件引脚图三、实验过程记录3.1 光敏传感器验证过程1、烧好ZIGBEE和智能网关程序。
2、将光敏传感器接到传感器A端口。
可以在图2.2中找到传感器A端口的位置。
3、根据实际需要及硬件连接原理，连接好外围硬件电路。
4、将仿真器USB连接入PC 机，插好电源，并打开开发实验箱上的电源开关和启动按钮，跳到网关显示界面，然后点击功能键进入。
5、结合网关以及Keil μVision4仿真软件对光敏传感器的主程序进行编译运行及仿真。
6、程序运行无误后，设置hex输出，将文件输出至“OBJ”文件夹下。
7、配置好J-Link、烧写程序，针对不同光照强度观察结果。
3.2 主要程序整个数据位其实一共是10个字节，除去2个字节的头和2个字节的校验，所以一共要采集的是数据其实有6个字节。
sensor_get_data(senser_type,&sensordata[2]) ；是采集函数，它首先保留了两个字节作头。
然后调用u8 sensor_get_data(u8 type,u8* data1)函数。
代码如下：u8 sensor_get_data(u8 type,u8* data1){u8* data = &data1[1];u8 no_sensor = 1; //有无传感器判断标志*data1 = type; //传感器类型//************ 传感器采集数据************//switch(type){case SENSOR_LIGHT5537: //判断光敏传感器GetSensorData(data); //采集数据break;default:no_sensor = 0;break;}return no_sensor;}四、实验结果把光敏传感器放置黑暗中，然后改变光照，显示屏上显示的光照强度会根据刚找强度的变化而变化，实验较为成功。
光敏电阻实验报告
掌握光敏电阻的应用
总结词
了解光敏电阻在现实生活和工业生产中的应用场景和优势。
详细描述
光敏电阻广泛应用于需要检测光照强度的场合，如自动控制、环境监测、安全系 统等。其优势在于能够实时监测光照强度变化，响应速度快，稳定性好，寿命长
等。
02
实验材料
光敏电阻
简介
光敏电阻是一种光电传感器，能够将光信 号转换为电信号。
更多便利。
谢谢您的聆听
THANKS
种类
常用的测量仪表有万用表、 电桥等。
使用方法
正确连接测量仪表，按照 操作规程进行测量，确保 测量结果的准确性和可靠性。
光源
简介
光源是提供光照的设备，用于模拟不同光 照条件下的实验环境。
种类
可选用自然光源或人工光源，如LED灯、 日光灯等。
控制方式
通过调节光源的亮度或更换不同颜色的滤 光片，以实现不同光照条件下的实验。
光敏电阻的应用实例
总结词
光敏电阻在许多领域都有广泛的应用，如自动控制、 光电传感器等。
详细描述
光敏电阻由于其独特的阻值变化特性，被广泛应用于 自动控制和光电传感器等领域。例如，在照相机中， 光敏电阻可以用来自动调节曝光时间；在路灯控制中， 光敏电阻可以用来根据环境亮度自动调节灯光亮度； 在安全监控系统中，光敏电阻可以用来检测环境光照 强度，从而实现自动报警等功能。这些应用实例充分 体现了光敏电阻的重要性和广泛的应用前景。
对实验的反思与建议
实验设备改进 为了提高实验的准确性和可靠性，建议升级或替换测量设 备，以提高其测量精度和稳定性。
实验环境控制 在未来的实验中，应加强对环境光照的控制，以减少光照 波动对实验结果的影响。例如，可以采用恒定光照设备或 加强实验室的遮光设施。
光敏电阻特性研究实验报告
课程名称：大学物理实验（一）实验名称：光敏电阻特性研究二、实验原理1.光敏电阻：基于内光电效应的一种光传感器探头，用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）图1 光敏电阻外观图2 光敏电阻符号图3 光敏电阻光照特性2.光敏电阻的结构和基本特性：光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光（可见光）的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1～10 M欧，在强光条件（100 LX流明）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧。
3.光敏电阻的原理：图4 无光照时的光敏电阻原理示意图图5 有光照时的光敏电阻原理示意图光敏电阻是一种能够感知光的电子元件，其原理在于光照射到光敏电阻表面时，会激发其中的电子发生跃迁，导致电阻值发生变化。
具体来说，光敏电阻中含有一种半导体材料的物质作为感光元件如硒化铋、硫化镉等，当光线照射到这种材料上时，会让一些电子从价带跃迁到导带，使得电子数量增加，从而导致电阻值降低。
导体材料在没有光照射时，其中的电子处于价带中，不能自由移动。
因此，当光线强度增加时，电阻值就会相应地减小；反之，当光线强度减小或消失时，电阻值则会增大。
4.光敏电阻的伏安特性：光敏电阻在光强一定的情况下（偏振片角度θ不变）时，电阻是一个定值电阻。
根据R = U/I,可得到光强不变时电阻是一条直线，它的斜率就是电阻的阻值。
图6 光敏电阻伏安特性表5.光敏电阻光照特性：光敏电阻又称光导管，在特定波长的光照射下，其阻值会迅速减小。
原因：光照后产生的载流子都参与导电，从而使光敏电阻的阻值迅速下降（百兆欧到百欧）。
6.光敏电阻其他特性参数：1)暗电流、暗电阻：在一定的电压下，没有光照时，流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻。
2)灵敏度：灵敏度是指暗电阻与受光照射时的亮电阻的相对变化值。
3)光谱响应：是指光敏电阻在不同波长的光照下的灵敏度。
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光敏电阻传感器特性及应用实验
1.了解光敏电阻的光电特性
2.了解光敏电阻暗电流、光电流的测量方法
3.掌握光敏电阻的伏安特性、负载特性的测量方法
1.分析光敏电阻传感器测量电路的原理；
2.连接传感器物理信号到电信号的转换电路；
3.软件观测亮度变化时输出信号的变化情况；
4.记录实验波形数据并进行分析。
1.开放式传感器电路实验主板；
2.光敏电阻亮度测量模块；
3.导线若干。
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。
实际上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。
图5-1 光敏电阻的电极
实验原理及内容：
光敏电阻的主要参数及测试方法：
1、暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。
在测量光敏电阻的暗电流时，应先将光敏电阻置于黑暗环境中30分钟以上，否则电压表的读数会较长时间后才能稳定。
将光敏电阻完全置入黑暗环境中（用遮光罩为光敏电阻遮光，且不通电），使用万用表电阻档测量光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R暗。
由于光敏电阻的个体差异，某些暗电阻可能大于200兆欧，属于正常现象。
利用图5-2，可以测量光敏电阻的暗电流，图中取E=12V，RL=10M，由电压表读数除以RL，即可得出光敏电阻的暗电流I暗。
2、亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
亮电阻的测试：在一定的光照条件下（移除遮光罩）由Counter输出PWM波驱动LED光源，使用万用表电阻档测量光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R亮。
利用图5-3，取E=12V，RL=2k。
读取电流表读数，即可得出在该光照条件下的亮电流I亮。
3、光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。
亮电阻与暗电阻之差等于光电阻，R光=R暗-R亮，光电阻值越大，光敏电阻的灵敏度越高。
亮电流与暗电流之差等于光电流，I光=I亮-I暗，光电流越大，光敏电阻的灵敏度越高
图5-2 光敏电阻暗电流测试电路图5-3 光敏电阻亮电流测试电路实验原理图：
实验（连线）原理图如图5-4所示，主要分为：偏置电源区域、传感器区域、负载电阻区域和LED光源区域四个部分。
利用该图，可以完成光敏电阻基本参数和基本特性测量的实验连线。
图5-4 实验原理图
实验连线图：
光源与传感器安装注意事项：
光敏电阻实验连线主要分两个部分。
即：光源连线和实验电路连线。
光源由PWM波方式控制灯的亮度，连线如图5-5所示。
光敏电阻的基本参数测量与特性测量，请参光敏电阻基本参数与基本特性页面的实验连线原理图进行连线。
步骤一连接设备
1．启动实验用的计算机，打开NI LabVIEW 2019软件；
2．将实验板插在NI ELVIS III的槽中，连接NI ELVIS III电源和与计算机通信的USB线；
3．打开NI ELVIS III开关，设备左边的电源灯亮。
4．参照图5-5实验连线图，正确连接实验线路。
4．打开编程开关APPLICATION BOARD POWER，板子右上方电源绿色灯亮。
步骤二实验连线
图5-5 实验连线图
1、如图5-5所示连接，“A+”“A-”连接完电流表后，“A-”还要连接GND。
电路连接好以后，10MΩ电阻开关打通，测量不同光照下的光敏电阻的特性；
2、设置光敏电阻和光源设置的物理通道（分别默认为A_AIO0和A_PWM0），点击程序中的【测量/暂停】按钮，按钮变为黄色，实验程序开始运行。
4、使用万用表电流表测量功能时，请选择【电流测量】选框。
5、若需测量直流电流时，则点击万用表测量区域的电流测量选项，并设置合适的测量量程，此时万用表其他测量功能被禁用。
注意测量时接线。
6、若需测量直流电压时，则点击万用表测量区域的电压测量选项，并设置合适的测量量程，此时万用表其他测量功能被禁用。
注意测量时接线。
7、若需调节LED光源的亮度，可调整光源设置的光照频率和PWM占空比控件。
调节百分比范围为1%-99%。
9、依据不同的实验，测得所需电压、电流值后，将这些值依次填入【X/Y曲线设置】区域的数据行，点击【生成X/Y关系曲线】按钮，绘制对应光敏电阻所属特性的X/Y关系曲线。
可点击保存数据将曲线保存下来。
10、在完成上述实验内容后，将实验得到的数据填入实验报告，结束实验、关闭设备电源并拆除实验连线。
注意事项：
1．发光二极管注意极性
2．在测量光照特性的时候注意接通负载10MΩ电阻
3．照度计与光源要对准，让照度计和光敏电阻互不遮挡，且处在同一温度场中。
4. 在使用万用表不同功能时请注意接线是否正确，以免出现意外。
1.按要求完整填写测试表格及测试数据；
2.分析并总结实验结果；
3.写出本次实验心得体会。
1．能否利用已有实验资源实现光敏电阻的光谱特性测量？
2．能否在现有基础上、通过改进实验程序的方法实现光敏电阻响应时间的测量？
附：实验程序界面。