物理光学基础实验指导书声光调制器实验和电光调制器实验
物理光学实验
报
告
学院：信息与通信工程学院
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学号：
姓名：
日期：2012年5月3日
实验一声光调制器
一、实验目的
1、掌握声光调制器的工作原理和使用方法。
2、巩固书上所学的关于声光调制器的应用原理、范围。
二、实验仪器
1、声光调制器实验仪1台
2、半导体激光器或He-Ne激光器1台
35V、24V直流电源各1台
4 单踪5MHz示波器1台
三、实验原理和电路说明
声光调制器实验仪由线性声光调制器及驱动电源两部分组成。驱动电源产生150MHZ频率的射频功率信号加入线性声光调制器，压电换能器将射频功率信号转变为超声信号，当激光束以布拉格角度通过时，由于声光互作用效应，激光束发生衍射（如图1所示）。外加文字和图像信号以0.5~~5.5V 电平输入驱动电源的调制接口“输入”端，衍射光光强将随此信号变化，从而达到控制激光输出特性的目的，如图2所示。
线性声光调制器由声光介质（钼酸铅晶体）和压电换能器（铌酸锂晶体）、阻抗匹配网络组成。声光介质两通光面镀有0.6328 um（或者其他）光波长的光学增透膜。整个器件由铝制外壳安装。驱动电源由振荡器、转换电路、锯齿波电路、线形电压放大电路、功率放大电路组成。驱动电源的工作电压:±15V (黑正、白负、包线为地，注意！！) ; 外输入调制信号由“输入”端输入(控制开关拨向“调制”) ，直流工作电压范围为：0.5~~5.5V ; 衍射效率大小由工作电压大小决定。“输出端”输出驱动功率,用高频电缆线与声光器件相联后，驱动电源的输入电源才接通±15V电源。驱动电源的外形图，如图4所示。
图1 布拉格衍射原理图
图2 衍射光光强将随此信号变化情况
五、实验内容与步骤
1、显示声光调制波形，观察声光调制偏转现象
2、测试声光调制幅度特性
3、显示入射光与衍射光的能量分布
4、测试声光频率偏转特性
5、测试声光调制衍射效率、带宽等参数
6、测量超声波在介质中的声速
7、模拟声光调制的光通讯实验研究与演示
五、实验报告
1、整理实验数据，画出相应的数据表格和波形图。
（1）实验数据表
（2）声光调制幅度特性图
图3 载波电压与接收光强
2、线性声光调制器由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
线性声光调制器是由声光介质和换能器组成。
换能器：当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时，换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质。
声光介质：当超声波传入声光介质时，在介质内形成折射率变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。
3、声光频率偏转特性：
A=B+C (注：A为入射光，B为衍射光0级光，C为衍射光±1级光)
5、测试声光调制衍射效率
?=I1/I0=5.56/6.06=91.7%（I1为1级光，I0为0级光）
6、实验心得体会
通过本次声光调制器实验的过程，我明白了声光效应的基本原理以及其基本的现象和一些简单的应用，解开了课上对它的疑惑，从现实中真正地看见了这些神奇的现象，亲身经历了整个过程。
在课上的学习中，我知道了声光效应的定义，即当光通过有超声波作用的介质时，相位就要受到调制，其结果如同它通过一个衍射光栅，光栅间距等于声波波长，光束通过这个光栅时就要产生衍射，这就是通常观察到的声光效应。根据对这个定义的初步理解，和课上一些基本理论的学习，其实主要是在老师的讲解带领下，我们集体完成了这个实验。
起初，在老师的指导下，我们连接好电路，开始调节光斑，使其通过设备之后在接收面上得到的光强最集中，在调节的过程中我们发现，逆时针调节载波频率使其变小时，光斑逐渐向内靠近，即角度变小，反之向外散去。
当调节到适当参数时，使其稳定，接下来我们逐渐调节载波频率隔0.5V 记录一次载波频率的大小和所接收到的光强的大小，载波频率从1.51V变化到5.3 V，期间一共记录了十二组数据，通过对数据的初步处理，画草图，我们大体可看出在中间阶段，载波频率与接收的光强近似成线性关系。
后来老师告诉我们关于衍射功率的概念，即1级光与0级光的比值百分数，通过调节，我们使这个这个比值达到最大，此时老师给我们接上音乐，扩音器里竟神奇般的发出了模糊的音乐声，经过反复的调节之后，声音逐渐清晰，欣慰的我们都在聆听着自己操作过的音乐。
本次实验虽小，但是对我们的影响颇大，是我们极少数的能亲自参与的成功的实验，真正的将我们的知识运用到了实践中，希望这样的机会能再多一点，让我们更好的理解课本中的知识，而不只是纸上谈兵，学完就忘。
实验二电光调制器
一、实验目的
1、掌握电光调制器的工作原理和使用方法。
2、巩固书上所学的关于电光调制器的应用原理、范围。
二、实验仪器
1、电光调制器实验仪1台
2、半导体激光器或He-Ne激光器1台
35V、24V直流电源各1台
4 双踪示波器1台
三、实验原理和电路说明
光在晶体中传播的性质可用折射率椭球来描述，电场对光学介质的影响，是电场使介质的折射率椭球主轴方向和大小发生变化。当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q 时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡（P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时，它们的光轴彼此垂直。），所以Q没有光输出；给克尔盒加以电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q 的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。
对前图a而言的几个量的方位关系图
上图示出几个偏振量的方位关系，其中，光的传播方向平行于z轴（垂直于屏幕向里）；M和N分别为起偏器P和检偏器Q的光轴方向，二者彼此垂直；α为M与y轴的夹角，β为N与y轴的夹角，α+β＝π/2；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x轴；o光垂直于xz面，e光在xz面内。设自然光经过P后所产生的平面偏振光为
＝Esinωt
E
M
由于此光的传播方向垂直于介质光轴，所以，它通过介质时产生双折射。但是，这个光的o光和e光在介质中的折射率不同，而且o光的振动方向垂直于主截面（光轴与光线所构成的平面），e光的振动方向在主截面内，所以，o光和e光在介质中的传播速度不同。这两种光在介质的输入端是同相的，而通过一定厚度的介质达到输出端时，将要有一定的相位差。因此，o光和e光在介质输出端的表达式为
＝Esinωt sinα
e光，E
xl
＝Esin(ωt+φ)cosα
o光，E
yl
式中，下标l代表介质厚度，φ代表o、e光通过厚度为l的介质后所产生的相位差。
当o、e光达到Q时，只有平行于Q光轴N的分量能通过，垂直于N的分量则被阻挡。所以，通过Q的光为
E xN ＝-E
xl
sinβ
E yN ＝E
yl cosβ
E N ＝E
xN
+E
yN
＝E[sin(ωt+φ)cosαcosβ- sinωt sinαsinβ]
可以证明，P与Q的设置，当α＝β＝π/4时输出最强，此时上式变为
E
Nm
＝Esin(φ/2)cos(ωt+φ/2)＝A cos(ωt+φ/2)
式中，A＝Esin(φ/2)为通过检偏器Q的光振动的振幅。
由于发光强度I正比于振幅的平方，则有
I∝A2＝E2sin2(φ/2)
此式对于克尔盒和泡克耳斯盒都适用，其中的φ随着盒中介质的不同而不同。对于具有克尔效应的介质，理论分析指出，o、e光通过厚度为l的介质后，所产生的相位差为
φ＝2πkl(U/d)2
式中，k称为克尔系数，与介质种类有关；U为加到克尔盒两电极板上的电压；d为两电极板间的距离。可见，克尔盒中φ与U的平方成线性关系。
现作如下的讨论：
1）如果U=0，则φ=0，I=0。这是不给克尔盒加电压，Q无光输出时的情形。
2）如果 U=d(2kl)-1/2，则φ＝π，I∝E2。这是给克尔盒加电压，而所加的电压又满足上式的情形，这时o、e光的相位差为φ＝π，Q有最大的光输出。o、
e光相位差等于π，相应的光程差为λ/2，即(n
e -n
o
)l=λ/2。这时克尔盒的作
用，相当于一个1/2波片。所以，将满足这一条件的电压称为半波电压，记以Uλ
/2
或Uπ。
3）如果0＜U＜Uλ/2，则0＜φ＜π，I∝E2sin2(φ/2)。这即是介于以上二者之间的情形。Q将因φ的不同而要阻挡一部分光，Q的光输出，将是以φ/2为参量，按正弦平方的规律变化。
克尔效应的时间响应特别快，可跟得上1010Hz的电压变化，因此可用它来作高速的电光开关。如果加到克尔盒上的电压是由其它物理量转换来的调制信号，克尔盒的光输出就要随着信号电压而变化，这时克尔盒就是电光调制器。克尔盒中所用的介质，多数都是液体，但也有少数固体，如铌酸钽钾和钛酸钡晶体等。半波电压一般为数千伏。
四、实验内容与步骤
1、显示电光调制波形，观察电光调制现象
2、测试电光晶体的调制特性曲线
3、测量电光晶体的特征参量
4、进行电光调制的光通讯实验研究与演示
5、模拟声光调制的光通讯实验研究与演示
五、实验报告
1、整理实验数据，画出相应的数据表格和波形图。
2、电光调制器由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
电光调制器是由起偏器、电光晶体、1/4波片、检偏器组成。
起偏器：产生线偏振光。
电光晶体：当有外加电压时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过电光晶体后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与晶体性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于已经确定晶体结构的电光晶体已经确定来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的，由此即实现了对光的调制。
1/4波片：改变工作点，使之在线性区域工作。
检偏器：与起偏器形成一对正交偏振器。
3、实验心得体会
本次实验是关于电光调制器的，通过实验，我基本上了解了电光效应的原理和一些基本的操作过程。
实验前已预习到光调制技术就是将信息电压（调制电压）加载到光波上的技术，而电光调制则是利用电光效应实现的调制。实验仪器的主要组成为电光调制器实验仪、半导体激光器或He-Ne激光器、双踪示波器和电源，其中电光调制器实验仪又由起偏器、1/4波片、检偏器等几个基本部分组成。
刚开始实验时，老师让我们把所有的实验仪具都取了下来，然后一个个按顺序重新装上去。于是，我们把取下的仪器都按顺序放好，防止取的时候乱了顺序。起初，我们把检偏器放上了电光调制器实验仪，并通过光孔观察落在接收面上的光斑，当调节光斑全部落入光孔的凹陷面之内，此时的光度计读数也接近于最大，即入射的光线与起偏器相同。
后来我们把检偏器装了上去，并调节检偏器使光度计的读数达到最小，此时通过的光强也最小，检偏器与起偏器的方向近似于垂直。
最后，我们将1/4波片也装了上去，通过调节波片的角度，观察示数的变化，当示数达到最大值时，老师让我们接上音乐播放器，同样，在扩音器中我们听到了模糊的音乐声，老师让我们调节一下波片或者接收面，在调节的过程中，声音逐渐变得清晰。
第二次实验的顺利完成，我们同样尝到了成功的喜悦。一步步地在老师的指导下，亲手完成每个步骤，把课上学习的每一个知识点，在实验中都化作了操作步骤，真正的将理论运用于实践活动，巩固了我们本来在脑海里一直很深硬的知识，使其以立体现实的形态呈现在我们的眼前，似乎是对知识的灵活化。相信通过实验，每位同学都已将死板的知识灵活的刻于脑海中，希望老师能给我们多一点自己动手学习的实践知识，通过实践来强化我们的知识系统。
实验一 声光调制实验 早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光衍射现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 一、实验目的 1、掌握声光调制的基本原理。 2、了解声光器件的工作原理。 3、了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。 4、观察布拉格声光衍射现象。 二、实验原理 （一）声光调制的物理基础 1、弹光效应 若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因相互作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。弹光效应存在于一切物质。 2、声光栅 当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的相位。这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。其光栅常数就是声波波长λs ，这种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。由于机械波的压缩和伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。如果遇见反声物质，超声波将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。由于机械波压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光栅。 首先考虑行波的情况，设平面纵声波在介质中沿x 方向传播，声波扰动介质中的质点位移可写成 ()x k t u u s s -=ωcos 01 (1) μ0是质点振动的振幅，ωs 是声波频率，k s 是声波波矢量的模。相应的应变场是 ()x k t k u x u S s s s -=??-=ωsin 01 (2) 对各向同性介质，折射率分布为
电光效应和电光调制 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。1875年克尔（Kerr）发现了第一个电光效应。即某些各向同性的透明介质在外电场作用下变为各向异性，表现出双折射现象，介质具有单轴晶体的特性，并且其光轴在电场的方向上，人们称这种光电效应为克尔效应。1893年普克尔斯（Pokells）发现，有些晶体，特别是压电晶体，在加了外电场后，也能改变它们的各向异性性质，人们称此种电光效应为普克尔斯效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Ｈｚ的电场变化），因此被广泛用于高速摄影中的快门，光速测量中的光束斩波器等。由于激光的出现，电光效应的应用和研究得到了迅速发展，如激光通信、激光测量、激光数据处理等。 一．实验目的 1．掌握晶体电光效应和电光调制的原理和实验方法。 2．观察电光效应所引起的晶体光性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 3．学会用简单的实验装置测量LN（LiNbO3铌酸锂）晶体半波电压。观察电光调制的工作性质。 二．仪器用具 电光效应实验仪，电光调制电源,LN晶体横向电光调制器，接收放大器,He-Ne激光器,二踪示波器和万用表。 三．实验装置与原理 （一）实验装置 （1）电光效应实验仪面板如图所示。 （2）晶体电光调制电源：调制电源由-200V—+200V之间连续可调的直流电源、单一频率振荡器（振荡频率约为1kHz）、音乐片和放大器组成，电源面板上有三位半数字面板表，可显示直流电压值。晶体上加的直流电压的极性可以通过面板上的“极性”键改变，直流电压的大小用“偏压”旋钮调节。调制信号可由机内振荡器或音乐片提供，此调制信号是用装在面板上的“信号选择”键来选择三个信号中的任意一个信
现代(传感器)检测技术实验 实验指导书 目录 1、THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 2、实验一金属箔式应变片——电子秤实验 3、实验二交流全桥振幅测量实验 4、实验三霍尔传感器转速测量实验 5、实验四光电传感器转速测量实验 6、实验五 E型热电偶测温实验 7、实验六 E型热电偶冷端温度补偿实验 西安交通大学自动化系 2008.11
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 一、概述 “THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。 实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。 1.主控台 (1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调； (2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能； (3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能； (4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V； (5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级； (6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能； (7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm； (8)计时器：0～9999s，精确到0.1s； (9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。 2.检测源 加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C； 转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm； 振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。 3.各种传感器 包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。包括扭矩传感器、光纤压力传感器、超声位移传感器、PSD位移传感器、CCD电荷耦合传感器：、圆光栅传感器、长光栅传感器、液位传感器、涡轮式流量传感器。 4.处理电路 包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、V/I、F/V转换电路、直流电机驱动等 5.数据采集 高速USB数据采集卡：含4路模拟量输入，2路模拟量输出，8路开关量输入输出，14位A/D 转换，A/D采样速率最大400kHz。 上位机软件：本软件配合USB数据采集卡使用，实时采集实验数据，对数据进行动态或静态处理和分析，双通道虚拟示波器、虚拟函数信号发生器、脚本编辑器功能。
电光调制实验实验报告 【实验目的】 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法 2、学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数 3、观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象 【实验仪器】 铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器 【实验内容及步骤】 一、调整光路系统 1、调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上拉动滑块，近场远场都保证整个光路基本处于一条直线，即使光束通过小孔。放上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，即，使检偏器的主截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。 2、将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中
心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3、拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗字线，它将整个光场分成均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。如图四所示 4、旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴锥光图与偏振片垂直时是互补的。如图五所示图四图五 6、晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，说明单轴晶体在电场作用下变成双轴晶体，即电致双折射。如图六所示 7、改变晶体所加偏压极性，锥光图旋转90度。如图七所示图六图七8 只改变偏压大小时，干涉图形不旋转，只是双曲线分开的距离发生变化。这一现象说明，外加电场只改变感应主轴方向的主折射率的大小、折射率椭球旋转的角度和电场大小无关。 二、依据晶体的透过率曲线(即T-V曲线)，选择工作点。测出半波电压，算出电光系数，并和理论值比较。我们用两种测量方法： 1、极值法晶体上只加直流电压，不加交流信号，并把直流偏压从小到大逐渐改变时，示波器上可看到输出光强出现极小值和极大值。
传感器原理与应用实 验指导书
实验一压力测量实验 实验目的： 1．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。 2．比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点，了解全桥测量电路的优点。 3．了解应变片直流全桥的应用及电路标定。 二、基本原理： 1．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： ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 2．不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。 3．全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4
时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。 4. 电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)、自备测试物。 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板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、 R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
声光调制实验 【实验目的】 1、了解声光调制实验原理； 2、研究声场与光场相互作用的物理过程； 3、测量声光效应的幅度特性和偏转特性。 【实验仪器及装置】 声光调制实验仪（半导体激光器、声光调制晶体、光电接收等）、示波器。 图5.1 所示为声光调制实验仪的结构框图。由图可见，声光调制实验系统由光路与电路两大单元组成。 光电接收 线阵激光器声光晶体 信号输出（扩展用） 光电信号信号 解调输出解调输出 主控单元 超声载波信号源 激光电源载波频率指示 载波幅度指示 外接调制信号 Y Ⅰ 或音频信号调制信号源接收光强指示 解调波 Y Ⅱ 调制波 图 5.1声光调制实验系统框图 一、光路系统 由激光管（ L）、声光调制晶体（ AOM）与光电接收（ R）、CCD接收等单元组装在精密光具座上，构成声光调制仪的光路系统。 注：本系统仅提供半导体激光管（包含电源）作为光源，如使用氦氖激光管或其他激光源时，需另配置其它配套电源。 二、电路系统
除光电转换接收部件外，其余电路单元全部组装在同一主控单元之中。 图5.2 主控单元前面板 图5.2 为电路单元的仪器前面板图，各控制部件的作用如下： 电源开关控制主电源，按通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电。 解调输出插座解调信号的输出插座，可送示波器显示。 解调幅度旋钮用于调节解调监听与信号输出的幅度。 载波幅度旋钮用于调节声光调制的超声信号功率。 载波选择开关用于对声光调制超声源的选择： 关——无声光调制 80MHz——使用 80MHz晶振的声光调制 Ⅰ—— 60～ 80MHz声光调制 Ⅱ—— 80～ 100MHz 声光调制 载波频率旋钮用以调节声光调制的超声信号频率。 调制监视插座将调制信号输出到示波器显示的插座。（输出波形既可与解调信号进行比较，也可呈现出射光的能量分布状态） 外调输入插座用于对声光调制的载波信号进行音频调制的插座。 （插入外来信号时1kHz 内置的音频信号自动断开） 调制幅度旋钮用以调节音频调制信号的幅度。 接收光强指示数字显示经光电转换后光信号大小。 载波电压指示数字显示声光调制的超声信号幅度。 载波频率指示数字显示声光调制的超声信号频率。
广东第二师范学院学生实验报告 院（系）名称物理系班 别11物理 本四B 姓名 专业名称物理教育学号 实验课程名称近代物理实验（2） 实验项目名称电光调制实验 实验时间2014年12月 18日实验地点物理楼五楼 实验成绩指导老师签名 内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验 结果与分析、实验心得 【实验目的】 1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法 2. 学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数 3. 观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象 【实验仪器】 铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器 【实验内容及步骤】 一、调整光路系统 1. 调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上拉动滑块，近场远场都保证整个光路基 本处于一条直线，即使光束通过小孔。 放上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，即，使检偏器的主 截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。 2. 将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看 光束是否在晶体中心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3. 拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到 最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗十字线，它将整个光场分成均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。如图四所示 4. 旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴锥光图与偏振片垂
实验一 金属箔式应变片性能实验 （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： εK R R =? 式中R R ?为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数， l l ?=ε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受 力状态变化、电桥的作用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。对单臂电桥输出电压4 1ε EK U O =。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V 电源、土4V 电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1．应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的1R 、2R 、3R 、4R 。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别， Ω====3504321R R R R ，加热丝阻值为Ω50左右。 2．接入模板电源上15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器3W R 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端i V 相连，调节实验模板上调零电位器4W R ，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。 3．将应变式传感器的其中一个应变片1R (模板左上方的1R )接入电桥作为一个桥臂与5R 、6R 、7R 接成直流电桥（5R 、6R 、7R 模块内已连接好） ，接好电桥调零电位器4W R ，接上桥路电源上4V （从主控箱引入）如图1—2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源
实验十电光调制 一、实验目的： 1.了解电光调制的工作原理及相关特性； 2.掌握电光晶体性能参数的测量方法； 二、实验原理简介： 某些光学介质受到外电场作用时，它的折射率将随着外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，在光学性质上变为各向异性，这就是电光效应。 电光效应有两种，一种是折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，称为泡克耳斯（Pockels）效应；另一种是折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例，称为克尔（Kerr）效应。利用克尔效应制成的调制器，称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。利用泡克耳斯效应制成的调制器，称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。泡克耳斯盒又有纵向调制器和横向调制器两种，图1是几种电光调制器的基本结构形式。 图1：几种电光调制器的基本结构形式 a) 克尔盒 b) 纵调的泡克耳斯盒 c) 横调的泡克耳斯盒
当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡（P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时，它们的光轴彼此垂直。），所以Q没有光输出；给克尔盒加以电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。 泡克耳斯盒里所装的是具有泡克耳斯效应的电光晶体，它的自然状态就有单轴晶体的光学性质，安装时，使晶体的光轴平行于入射光线。因此，纵向调制的泡克耳斯盒，电场平行于光轴，横向调制的泡克耳斯盒，电场垂直于光轴。二者比较，横调的两电极间距离短，所需的电压低，而且可采用两块相同的晶体来补偿因温度因素所引起的自然双折射，但横调的泡克耳斯盒的调制效果不如纵调的好，目前这两种形式的器件都很常用。 图2：纵调的泡克耳斯电光调制器 图2为纵调的泡克耳斯电光调制器。在不给泡克耳斯盒加电压时，由于P产生的平面偏振光平行于光轴方向入射于晶体，所以它在晶体中不产生双折射，也不分解为o、e光。当光离开晶体达到Q时，光的振动方向没变，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻挡，Q无光输出。 当给泡克耳斯盒加以电压时，电场会使晶体感应出一个新的光轴OG。OG的方向发生于同电场方向相垂直的平面内。由于这种电感应，便使晶体产生了一个附加的各向异性。使晶体对于振动方向平行于OG和垂直于OG的两种偏振光的折射率不同，因此这两种光在晶体中传播速度也就不同。当它们达到晶体的出射端时，它们之间则存在着一定的相位差。合成后，总光线的振动方向就不再与Q的光轴N垂直，而是在N方向上有分量，因此，这时Q则有光输出。泡克耳斯效应的时间响应也特别快，而且φ与U成线性关系，所以多用泡克耳斯盒来作电光调制器。
晶体电光调制与光通信实验 实验人： 合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术 2011 级 1 班，学号11343026） 一．实验目的 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2.学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3.观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 二．实验原理 1.电光效应 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。 电场引起的折射率的变化： +++=2 00bE aE n n 其中a 和b 为常数， 0n 为0E =0时的折射率。 光在各向异性晶体中传播时，因光的传播方向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的 折射率也不同。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为： 1 2 3 22 2 22 1 2 =+ + n z n y n x 式中1n 、2n 、3n 为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成： 1 222212 213 223 233 2 222 2 211 2 =+ + + + + n xy n xz n yz n z n y n x 晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效应，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为 1 22 20 2 2=+ +e n z n y x 加上电场后折射率椭球发生畸变，当x 轴方向加电场，光沿z 轴方向传播时，晶体由单轴晶变为双轴晶，垂直于光轴z 轴方向的折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为 1 2)1 ( )1 ( 222 2220 2 2220 =-++-xy E y E n x E n x x x γγγ 2.电光调制原理
《传感器原理及应用》实验指导书闻福三郭芸君编著 电子技术省级实验教学示范中心
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、 实验仪器 1、传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 2、万用表 MY60 1个 三、 实验原理 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： S l R ρ = （1） 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ρ?，故引起电阻值变化R ?。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 εσE = （2） 式中：ζ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 四、 实验内容与步骤 1、应变式传感器已装到应变传感器模块上。用万用表测量传感器中各应变片R1、R 2、R 3、R4，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、将主控箱与模板电源±15V 相对应连接，无误后，合上主控箱电源开关，按图1-1顺时针调节Rw2使之中间位置，再进行放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（如四根粗实线），把电桥调零电位器Rw1，电源±5V ，此时应将±5V 地与±15V 地短接（因为不共地）如图1-1所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、按表1-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表1-1中。
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358；
4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
五、实验报告 1、 画出电路图，并说明设计原理。 2、 列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V ，测试表格1. 曲线图：画图说明，x 坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y 坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k 欧姆（负载两端电压），100欧和100K 欧两电阻可以得到两条曲线。 O 1 2 3 4 5 UK UR1UR2 3、 说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困 难及解决方法。
声光调制实验 一、用途 声光调制是高等院校实验教学仪器，主要用于现代物理实验、光学实验和声光调制实验。将调制电压加载到光波上的技术叫光调制技术。利用声光效应实现的调制叫声光调制。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 二、结构 本仪器由可调半导体激光器做光源，声光晶体盒、声光调制电源箱及滑座和旋转平台等组成。见下图： 1.调平底脚 2.导轨 3.滑座 4.四维调整架 5.半导体激光器 6.声光晶体盒 7.旋转平台 8.小孔光阑 9.横向滑座 10.光电探测器
三、技术参数 (1)声光调制器声光介质：钼酸铅晶体 换能器介质：铌酸锂晶体 通光口径：1mm 中心频率：80MHz 衍射效率：〉70% (2)激光光源半导体激光电源 (3)激光波长 650nm (4)光功率输出 0～可调 (5)交流电源 AC220v 22v 50Hz (6)环境温度 0～40℃ 四、主要功能特点及实验项目 1、观察声光调制的衍射现象 调节激光束的亮度，使在相屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0级光斑； 打开声光调制电压，此时以80MHz为中心频率的超声波开始对声光晶体进行调制； 微调载物平台上声光调制器的转向，以改变声光调制器的光束入射角，即可出现因声光调制而出现的衍射光斑； 仔细调节光束对声光调制器的角度，当+1级（或者－1级）衍射光最强时，声光调制器即运转在布拉格条件下的偏转状态。 注：布拉格衍射一级衍射达到极值的条件是：1)控制电压为一特定的值；2)入射激光必须以特定的角度布拉格角α入射。 2、观察交流信号调制特性
实验平台介绍 传感器教学实验系列nextsense是针对传感器教学，虚拟仪器教学等基础课程设计的教学实验模块。nextsense系列配合泛华通用工程教学实验平台nextboard使用，可以完成热电偶、热敏电阻、RTD热电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器的课程教学。课程提供传感器以及调理电路，内容涵盖传感器特性描绘、电路模拟以及实际测量等。 图1 nextboard实验平台 nextboard具有6个实验模块插槽；提供两块标准尺寸的面包板，用户可自搭实验电路；为NI 数据采集卡提供信号路由，可完全替代NI数据采集卡接线盒功能，轻松使用数据采集卡资源；还为实验模块和自搭电路提供电源，既可用于有源电路供电，也可作为外接设备供电。 实验模块区共有6个插槽，分别为4个模拟插槽Analog Slot 1-4，2个数字插槽Digital Slot 1-2。数据采集卡的模拟通道和数字通道分配到实验模块区的Analog Slot 和Digital Slot 上。Analog Slot 模拟插槽用于那些需要使用模拟信号的实验模块。Digital Slot 数字插槽用于那些需要同时使用多个数字信号或脉冲信号的实验模块。 图2 模拟插槽和数字插槽
特别需要注意的是： （1）在使用所有模块之前，都要先区分模块的类型：带有正弦波标记的为模拟实验模块，需要插在Analog Slot 上使用；带有方波标记的为数字模块，需要查在Digital Slot 上使用。如果插错插槽，会导致模块工作不正常，甚至损坏模块。 （2）插拔实验模块前关闭nextboard电源。 （3）开始实验前，认真检查模块跳线连接，避免连接错误而导致的输出电压超量程，否则会损坏数据采集卡。 Nextboard的连线： （1）电源线，把220V的电源通过一个15V的直流变压器，送到实验台上。 （2）数据采集卡，将数据采集卡的插头与实验台可靠连接。
成绩信息与通信工程学院实验报告 (操作性实验) 课程名称:物理光学 实验题目:声光调制实验指导教师: 班级:学号: 学生姓名: 一、实验目得与任务 1、观察声光调制得偏转现象 2、测试声光调制得幅度特性 3、显示声光调制偏转曲线 ４、观察声光调制随频率偏转现象 5、测试声光调制频率偏转特性 6、测量声光调制器得衍射效率 7、测量超声波得波速 8、声光调制与光通讯实验演示 二、实验仪器及器件 声光调制实验仪 图1 声光调制实验仪装置 三、实验内容及原理 声光调制原理:
当声波在某些介质中传播时,会随时间与空间得周期性得弹性应变,造成介质密度(或光折射率)得周期变化、介质随超声应变与折射率变化得这一特性,可使光在介质中传播时发生衍射,从而产生声光效应:存在于超声波中得此类介质可视为一种由声波形成得位相光栅(称为声光栅),其光栅得栅距(光栅常数)即为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时,光波就会被该声光栅所衍射而改变光得传播方向,并使光强在空间作重新分布。 声光器件由声光介质与换能器两部分组成。前者常用得有钼酸铅(PＭ)、氧化碲等,后者为由射频压电换能器组成得超声波发生器、如图1所示为声光调制原理图。 射频信号 图2 声光调制得原理 图1 声光调制原理 理论分析指出,当入射角(入射光与超声波面间得夹角)满足以下条件时,衍射光最强。 (1) 式中N为衍射光得级数,、k分别为入射光得波长与波数,与K分别为超声波得波长与波数 声光衍射主要分为布拉格(Bragg)衍射与喇曼—奈斯(Ｒaman-Ｎath)衍射两种类型、前者通常声频较高,声光作用程较长;后者则反之。由于布拉格衍射效率较高,故一般声光器件主要工作在仅出现一级光(N=１)得布拉格区。 满足布拉格衍射得条件就是: (2) (式中F与分别为超声波得频率与速度,为光波得波长) 当满足入射角较小,且得布拉格衍射条件下,由(１)式可知,此时 ,并有最强得正一级(或负一级)得衍射光呈现。 入射(掠射)角与衍射角之与称为偏转角(参见图1),由(２)式: (3)
晶体的电光效应与光电调制 实验目的： 1) 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压； 2) 学习电光调制的原理和试验方法，掌握调试技能； 3) 了解利用电光调制模拟音频通信的一种实验方法。 实验仪器： 1) 晶体电光调制电源 2) 调制器 3) 接收放大器 实验原理简述： 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应 1、 电光调制原理 1) 横向光电调制 如图 入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x 轴的线偏振光，他在晶体感应轴x ’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为 wt A e x cos 0'=wt A e y cos 0'= 用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为A E x =)0('A E y =)0(' 所以入射光的强度为22 '2 '2)0()0(A E E E E I y x i =+=?∝ 当光通过长为l 的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差A l E x =)('δi y Ae l E -=)(' 通过检偏器出射的光，是这两个分量在y 轴上的投影之和
() 12 45cos )()('0-= ?=-δ δi i y y e A e l E E 其对应的输出光强I t 可写为()()[] 2 sin 2*2200δ A E E I y y t =?∝ 由以上可知光强透过率为2 sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式()d l V r n l n n y x 223 0'' 22λ π λ π δ= -= 当相位差为π时?? ? ??= l d r n V n 223 02λ 由以上各式可将透过率改写为()wt V V V V V T m sin 2sin 2sin 02 2 +==π π π π可以看出改变V0或 Vm ，输出特性将相应变化。 1) 改变直流电压对输出特性的影响 把V0=Vπ/2带入上式可得 ()?? ???? ???? ??+=+==wt V V wt V V V V V T m m sin sin 121sin 2sin 2sin 02 2 πππππ π 做近似计算得?? ???????? ??+≈ wt V V T m sin 121ππ 即T ∝Vmsinwt 时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制 如果Vm ＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。
传感器实验指导书 Revised at 2 pm on December 25, 2020.
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358； 4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为
电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 五、实验报告 1、画出电路图，并说明设计原理。 2、列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V，测试表格1.
曲线图：画图说明，x坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k欧姆（负载两端电压），100欧和100K欧两电阻可以得到两条曲线。 3、说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困难及 解决方法。 实验二声音传感器应用实验-声控LED旋律灯 一、实验目的： 1、了解声音传感器的工作原理及应用； 2、掌握声音传感器与三极管的组合电路调试。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、数字万用表、电烙铁等； 2、电子元件有： 声音传感器（带脚咪头）1个；弯座1个；线1个；5MM白发蓝LED 5个；9014三极管 2个1M电阻 1个；10K电阻 1个；电阻 1个；1UF电解电容 1个；47UF电解电容1个；万能电路板一块。 三、基本原理： 声控LED旋律灯工作电压。其功能为：本电路制作成功后5只LED会随着音乐或是其它声音的节奏闪动起来，可放置于音响附近，让灯光为音乐伴舞！电路原理图如图1所示。 图1 声控LED旋律灯 当发出声音时，声音波传入声音传感器，声音传感器把声音波转换成电压波动。 这个电压波动可以通过电容C2，传到Q1三极管的基极。然后这个电压波变Q1和Q2两级放大之后，输出较大的电压波。最后这个电压波使得5只LED闪动起来。
传感器与检测技术实验指导书 学生姓名： 学号： 所在班级： 黑龙江八一农垦大学信息技术学院
实验一金属箔式应变片及电桥性能实验 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：ΔR／R＝Kε式中ΔR ／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/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受力状态变化、电桥的作用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。，对单臂电桥输出电压 U o1= EKε/4。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、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（电子秤）已装于应变传感器模板上。传 感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，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
图1－1 应变式传感器安装示意图 2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源 开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。 3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电 桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节R W1，使数显表显示为零。
目录 实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (2) 实验二电容式传感器的位移特性实验 (4) 实验三霍尔转速传感器测速实验 (6) 实验四压电式传感器测量振动实验 (7) 实验五电涡流传感器位移特性实验 (8) 实验六光纤传感器的位移特性实验 (10) 实验七Cu50温度传感器的测温特性实验 (12) 实验八湿敏传感器实验 (14) 附录一温控仪表操作说明 (15)
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： εK R R =?/ 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 /?=ε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U O14/εEK =。 三．需用器件与单元 CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±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R 1、R 2、R 3、R 4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。 2．实验模块接入模块电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将CGQ-001实验模块调节增益电位器Rw 1顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi 相连，调节实验模块上调零电位器Rw 2，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。 3．将CGQ-013实验模块上应变式传感器的其中一个应变片R 1（即模块左上方的R 1）接入电桥作为一个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw 1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节 Rw 图1-1 应变式传感器安装示意图