光电技术综合实验平台操作手册指导书

目录

第1章光电技术实验.....................................................................3

实验1.1光敏电阻特性参数及其测量..................................................3

实验1.2光敏电阻伏安特性的测量....................................................6

实验1.3光敏电阻的变换电路........................................................9

实验1.4光敏电阻的时间响应特性实验..............................错误!未定义书签。

实验LS光电二极管光照冠敏度的测量..............................错误!未定义书签.

实验1.6光电二极管伏安特性的测量................................错误!未定义书签。

实验1.7光电二极管时间响应特性的测量............................错误!未定义书签。

实验1.8硅光电池在不司偏置状态下的特性参数及其测最.............错误!未定义书签。

实验1.9测量硅光电池在反向偏置下的时间响应......................错误!未定义书签。

实验1.10光电三极管光照灵敏度的测量.............................错误!未定义书签。

实验1.11光电三极管伏安特性的测量...............................错误!未定义书签。

实验1.12光电三极管时间响应特性的测量...........................错误!未定义书签。

实验1.13光电三极管光谱响应特性的测量...........................错误!未定义书签。

实验1.14光电耦合器件电流传输比的测量...........................错误!未定义书签。

实验1.15光电耦合器件伏安特性的测量.............................错误!未定义书签。

实验1.16光电耦合器件时间响应的测量.............................错误!未定义书签。

实验1.17热敏器件与热释电探测器实验.............................错误!未定义书签。

实验1.18热释电探测器件光谱响应特性实验........................错误!未定义书签。

实验1.19PSD位置传感器特性参数测量.............................错误!未定义书签。

实验1.20四象限光电传感器特性参数测量...........................错误!未定义书签。

实验1.21雪崩光电二极管特性参数与测量...........................错误!未定义书签。

实验1.22PIN光电二极管特性实验..................................错误!未定义书签。

实验1.23线阵CCD骡动系统设订实验..............................错误!未定义书签。

实验1.24太阳能电池实验............................................错误!未定义书签。

实验1.25光电测距系统设计实验.....................................错误!未定义书签。

实验1.26光电调制实验装置实验....................................错误!未定义书签。

第2章光电检测技术实验................................................错误!未定义书签。

第一篇线阵CCD实验指导..............................................错误!未定义书签。

实验2.1线阵CCD原理与驱动特性...................................错误!未定义书签。

实验2.2线阵CCD输出特性的测量...................................错误!未定义书签。

实验23利用线阵CCD进行物体外形尺寸的测量.....................错误!未定义书签。

实验2.4线阵CCD的A/D数据采集...................................错误!未定义书签。

实验2.5用软件提取边缘信号的二值化...............................错误!未定义书签。

实验2.6利用线阵CCD测量物体的倾斜角度..........................错误!未定义书签。

实验2.7利用线阵CCD识别条形码...................................错误!未定义书签。

实验2.8用线阵CCD测量物体的振动................................错误!未定义书签。

实验2.9利用线阵CCD进行图像扫描................................错误!未定义书签。

附录一TCD1206SUP手册............................................错误!未定义书签。

附录二编程手册...................................................错误!未定义书签。

数据存储格式............................................................错误!未定义书签。

第二篇面阵CCD实验指导..............................................错误!未定义书签。

实验2.10面阵CCD原理及驱动实验.................................错误!未定义书签。

实验2.11面阵CCD的图像采集与参数设置...........................错误!未定义书签。

实验2.12面阵CCD尺寸测量实验....................................错误!未定义书签。

实验2.13面阵CCD颜色识别与变换.................................错误!未定义书签。

实验2.14图像信息的点运算实验....................................错误!未定义书签。

实验2.15图像的几何变换实验......................................错误!未定义书签。

实验2.16图像的旋转和缩放........................................错误!未定义书签。

实验2.17图像的滤波与增强实验....................................错误!未定义书签,

实验2.18图像的边缘与轮廓检测....................................错误!未定义书签。

实验2.19投影与差影实验...........................................错误!未定义书签。

实验2.20形态学处理实验...........................................错误!未定义书签。

实验2.21面阵CCD图像采集程序设计...............................错误!未定义书签。

附录一软件快速安装指南...........................................错误!未定义书签。

附录二软件编程指导...............................................错误!未定义书签。

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第1章光电技术实验

实验1.1光敏电阻特性参数及其测量

1.实验目的

通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理、暗电阻、亮电阻、光照特

性等基本参数及其测量方法。

2.实验器材

①

②光电平台主机1台；

③LED光源实验装置1个；

④发光二极管R、G、B、W四色各1个;

⑤光敏电阻1个：

⑥光电探测实验装置1个；

⑦通用磁性表座3个；

⑧光电器件支杆3个；

⑨连接线20条；

照度计探头1个；

3.实验步骤

（1）元件组装

①将光敏电阻牢固地安插在光电探测实验装置上，如图-1所示。将延长接圈拧到装置上，将

接圈上的定位块旋转到合适位置，使光敏电阻固定不动且与装置同轴，即完成光敏电阻实验装置的

安装；光敏电阻实验装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负极）插孔引出电极，而红色引出线为靠

近白螺钉一侧（正极）插孔引出电极。将光敏电阻实验装置用支撑杆安装在磁性表座上.再用磁性

表座将光敏电阻实验装置固定在导磁的光学台面。

图-1图-2

②将LED发光二极管（白色）牢固地安插在LED光源装置上，二极管的长脚插入白色螺钉一侧

的插孔内（正极），短脚插入黑色螺钉一侧的插孔内（负极;，如图将延长接圈拧到装置上，将

接圈上的定位块旋转到合适位置，使得LED固定不动且与装置同轴，即完成LED光源装置的安装。

光源装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负极）插孔引出电极，而红色引出线为靠近白螺钉一侧（正

3

极）插孔引出电极。将光源装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光源装置固定在导磁

的光学台面上。

③将光源装置与光敏电阻实验装置相对安装在一起，使LED发出的光恰好被光敏电俄所接收,

并能够排除外界杂光的干扰为最好，如图-3。

图-3

④将照度计探头用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将照度计探头固定在导磁的光学

台面上。

（2）测量光敏电阻的亮电阻

①将LED实验装置按照如图-4所示搭建LED供电电路。需要注意的是，LED后端引出的红线

是正极，黑线是负极。具体搭建步骤如下：将中2连接线一端插入平台左下角的“+5V”电源插孔,

另一端插入51。电阻的一端，51c电阻的另一端接1K电位器的滑动端，1K电位器的固定端接LED

光源装置引出的红线插头，LED引出的黑线插头插入20mA电流表的正极（红色插孔），电流表负极

接平台的“GND”。

②将光电探测实验装置按照如图-5所示搭建光敏电阻亮电阻测显电路，具体搭建步骤如卜.：

用中2连接线将平台左下角的“+12V”插到200mA电流表的正极，电流表的负极插入光敏电阻装

置引出的红色插头，光敏电阻引出的黑色插头插入平台的“GND”，在“+12V”和“GND”之间并

联20V电压表，即完成测量电路的搭建。

IKLED

+5VGND

图-4LED供电电路图-5光电二极管实验电路

电路连接好后，打开平台电源开关，20V数字电压表、200mA数字电流表将测出光敏电阻的电

源电压Ubb值、电流"值。20mA数字电流表将测出流过LED发光二极管的电流标。，当调整LED供

4

电电路中的1k。电位器时，LED电流随之改变，光敏电阻佗电流/P也随之改变，将光敏电阻移开,

把照度计探头与LED光源相对安放，测量出此时LED的照度。调整电位器儿次，多测儿组数据，将

测出的流过发光二极管的电流/LED、流过光敏电阻的电流hLED的照度值填入表1.34。电源电压

Ubb与流过光敏电阻的电流IP之比即为光敏电阻的亮电阻自，计算出亮电阻的阻值填入表-1。

测量次数电源电压Ubb电流/IED<mA)电流lp(mA)照度Ev(lx)亮电阻风测量公式

(V)(0)

112

212

312

412

RLUbb//p

512

612

712

812

表-1光敏电阻亮电阻的测量

(3)测量光敏电阻的光照特性

根据表T中的数据，在直角坐标系中画出Ev-后关系曲线，即为光敏电阻的光照特性曲线。

如图-6

4.关机与结束

①将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述

实验；若合理，可以进行关机；

②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放【可配件箱；

③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。

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实验1.2光敏电阻伏安特性的测量

1.实验目的

通过本实验，进一步认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻伏安特性及其测量方法。达到会用光

敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。

2.实验器材

①光电平台主机1台；

②LED光源实验装置1个；

③发光二极管R、G、B、W四色各1个;

④光敏电阻1个；

⑤光电探测实验装置1个；

©通用磁性表座3个；

⑦光电器件支杆3个；

⑧连接线20条；

⑨照度计探头1个；

3.实验步骤

（1）元件组装

①将光敏电阻牢固地安插在光电探测实验装置上，如图-1所示。将延长接圈拧到装置上，将

接圈上的定位块旋转到合适位置，使光敏电阻固定不动且与装置同轴，即完成光敏电阻实验装置的

安装；光敏电阻实验装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负极）插孔引出电极，而红色引出线为靠

近白螺钉一侧（正极）插孔引出电极。将光敏电阻实验装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性

表座将光敏电阻实验装置固定在导磁的光学台面。

图-1图-2

②将LED发光二极管（白色）牢固地安插在LED光源装置上，二极管的长脚插入白色螺钉一侧

的插孔内（正极），短脚插入黑色螺钉一侧的插孔内（负极），如图-2。将延长接圈拧到装置上，将

接圈上的定位块旋转到合适位置.，使得LED固定不动且与装置同轴，即完成LED光源装置的安装。

光源装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负极）插孔引出电极，而红色引出线为靠近白螺钉一侧（正

6

极）插孔引出电极。将光源装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光源装置固定在导磁

的光学台面上。

③将照度计探头用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将照度计探头固定在导破的光学

台面上。

④将照度计探头和LED光源装置相对安放，用照度计测量LED发出光的照度

（2）测量光敏电阻的伏安特性

①按照图-3所示搭建LED光源供电电路，将平台左下角的“+5V”插到51。电阻的一端，电阻的

另一端与56ko电位器滑动端相连，然后将LED光源装置的红色插头插入56k。电位器的固定端，

将LED光源的黑色插头插入200mA电流表的“+”极，将电流表的“一”极和平台的“GND端相连。

②打开平台电源，LED光源点亮，调整56kQ电位器，使光源照度为1201X,关闭电源，将照度计

探头移开。

③将光敏电阻实验装置与LED光源装置相对安放，按照图-4搭建光敏电阻实验电路，用①2连接线

将平台右下角的“低压可调”电源连接到20mA电流表的正极（红色插孔），电流表的负极（黑色

插孔）连接光敏电阻实验装置的正极（红线），光敏电阻实验装置的负极（黑线）连接到平台的“GND”,

再分别用红黑两种颜色的连线将20V的数字电压表并联到平台的“低压可调”与“GND”端（用红

色连线接电压表+极和低压可i周电压插孔），即完成光敏电阻伏安特性测量电路的搭建。在搭建电路

的过程中•定要注意关断实验平台的电源，不要带电搭建，搭建完成后，要认真检查是否正确。

④打开平台电源，调整光敏电阻伏安特性测量电路中的低压可调电位器，逐渐增大电压4b，读出

一系列电压Ubb和电流自然后将这些值分别填入表中，在直角坐标系上找到位置点，将这些点

连成线。

⑤将光敏电阻移开，将照度计探头与LED光源装置相对安放，改变LED供电电路中的电位器阻值，

使照度Ev分别为表中的照度值时，调整光敏电阻伏安特性测量电路中的低压可调电位器，逐渐增

大电压Ubb，读出一系列电压Ubb和电流6然后将这些值分别填入表-1中，在直角坐标系上找到

这些位置点，将这些点连成线，画出几条曲线，即为光敏电阻的伏安特性曲线。

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表-1光敏E3阻伏安特性的浜量

照度Ev(lx)12345678

电压Ubb（V）

120(lx)

电流/p(mA)

电压Ubb（V）

140(lx)

电流/p(mA)

电压Ubb(V)

160(lx)

电流lp(mA)

电压Ubb(V)

180(lx)

电流/p(mA)

图-5光敏电阻伏安特性曲线

4.关机与结束

①将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述

实验；若合理，可以进行关机；

②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；

③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。

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实验1.3光敏电阻的变换电路

1.实验目的

通过本实验，学习光敏电阻基本变换电路的类型及其特性：重点掌握光敏电阻的恒压偏置电路

与恒流偏置电路，掌握在实际应用中使用光敏电阻进行光电检测与光电控制时，应该怎样正确选择

变换电路。

2.实验器材

①光电平台主机1台；

②发光二极管R、G、B、W四色各1个；

③LED光源实验装置1个；

（4）光敏电阻1个；

⑤光电探测实验装置1个；

©通用磁性表座3个；

⑦光电器件支杆3只；

⑧连接线20条；

@照度计探头1个；

3.实验步骤

（1）元件组装

①将光敏电阻牢固地安插在光电探测实验装置.匕如图-1所示。将延长接圈拧到装置上，将接

圈上的定位块旋转到合适位置，使光敏电阻固定不动且与装置同轴，即完成光敏电阻实验装置的安

装；光敏电阻实验装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负极）插孔引出电极，而红色引出线为靠近

白螺钉一侧（正极）插孔引出电极。将光敏电阻实验装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表

座将光敏电阻实验装置固定在导磁的光学台面C

图-1图-2

②将LED发光二极管（白色）牢固地安插在LED光源装置上，二极管的长脚插入白色螺钉一侧

的插孔内（正极），短脚插入黑色螺钉一侧的插孔内（负极），如图-2。将延长接圈拧到装置上，将

接圈上的定位块旋转到合适位置.，使得LED固定不动且与装置同轴，即完成LED光源装置的安装。

光源装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负极）插孔引出电极，而红色引出线为靠近白螺钉一恻（正

极）插孔引出电极。将光源装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光源装置固定在导磁

的光学台面上。

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③将照度计探头用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光源装置固定在导磁的光学台

面上。

④将照度计探头和LED光源装置相对安放，用照度计测量LED发出光的照度

(2)光敏电阻恒流偏置电路及其电压灵敏度的测量

①如图-3所示搭建LED光源电路。合上光电平台的电源开关，数字电流表将测量出流过LED

光源的电流，调节电位器，观察电流表读数的变化，注意不要超过LED额定电流。

②调整LED供电电路中56k£2电位器的旅钮，读出并记录流过LED发光管的电流MD恺，测出

照度&，再改变M。，再测照度以，得到LED光源的电流与发光照度的一组数据，填入表-1中，分

析出LED的发光特性。

表-1照度测量数据表

12345678

/LED(rnA)

Ev(lx)

③用连接线将光敏电阻按照如图-4所示恒流偏置电路进行搭建。电路参数可以自行选取，原则

有两条：

a.流过稳压二极管的电流应该满足稳压二极管稳定工作的条件，即流过稳压管的电流大于等于

5mA,稳压管两端的电压才能保持稳定。Ubb为+12V电源，VDw为稳压二极管电压，根据公式1.3-1

计算出Rbo

U-vn

/=-------也>5mA(13-1)

%

如果没有稳压二极管，可以将平台提供的两个1N60二极管串联起来替代稳压管，但是要正向

连接，如图・5所示。注意，Ubb为+12V电源，这时它们的正向压降VDw为1.3V,电流要小于30mA,

根据公式1.3-2计算出Rbo

I="2一皿<30mA(1.3-2)

10

n?

200VoC二二

图-4恒掬编兽翻置电路

b.满足三极管的线性工作条件

必须使三极管工作在线性放大区，只有在线性放大区三极管的发射极电流才近似等于集电极电流，

光敏电阻才能处于恒流偏置的状态。平台提供的三极管型号为9014,应使三极管的集-射结电压Uce

大于饱和压降Uces=0.5V,。帅为+12V电源。即

U”=・人(4+尺)>0.5V(13-3)

Rb为稳压二极管或两个1N60二极管提供稳定工作电流，其阻值应满足式(1.3-1)或式(1.3-2)：

上为光敏电阻所提供偏置电流，在三极管处于放大工作状态下，Vbe为0.7V,光敏电阻的电流近

似为

1=1=4-%(1.3-4)

0'&

其值的大小应该满足恒流偏置电路中三极管VT处于放大工作状态的要求。根据公式1.3-4可以计算

出Re的范围。光敏电阻恒流偏置电路的输出电压为

“o=Ubb-4综(1.3-5)

先用数字甩压表测量三极管基极甩位是否稳定，然后检测三极管的Uce是否满足在线性区工作的

要求，即大于0.5V。都满足后，调整光源电路中的电位器，用照度计探头测出光源照度Ev,把照

度计移开，用光敏电阻接收，测量光敏电阻输出电压Uo,反复上述操作，得到LED光源照度Ev与

光敏电阻输出电压Uo的一组数据，由公式1.3-6可以计算出电压灵敏度Sv,分析测量结果，说明

入非线性的原因。

u-77

S=0201(1.3-6)

v—

(3