光电传感器测量系统的设计
检测技术与应用课程设计报告
系别自动化工程系
班级
姓名
学号
指导教师
20XX年1月
一、设计目的
1、了解光电式传感技术的基本原理，掌握光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池传感器等的结构、原理、特性及使用注意事项。掌握光电效应的概念。
2、了解各种光电元件的性能参数指标及一些其他特性。
3、掌握数字光照度计的使用方法。
4、了解典型传感器的技术指标，重点掌握传感器的设计要求。
5、掌握正确调试电路的方法。
6、掌握常用仪器设备的正确使用方法，利用开放式传感器实验箱更具体的了解光电传感器的工作原理和应用，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提
高动手能力。
7、掌握基本的传感器设计方法，进一步了解常规敏感元器件的工作原理和特性。
二、设计任务及要求
1. 测量光照强度与电压的关系并作出正确的曲线及图表。
2. 根据所提供的设备，正确选择传感器、相关元件。
计算机、LabVIEW虚拟仪器软件和DRLAB快速可重组综合实验台为必选设备；
传感器的范围已经给定，选择正确传感器并写出选择依据、其他元件可根据自己需求自行选择；
尽量写出其他可以实现测量目的的其他相关传感器。
3. 论述基本原理，并画出相关电路图。
论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理；
电路图参考教材电路自己设计。
4. 按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路。
在调试电路时注意各元件的性能参数指标，避免损坏。
光电传感器在不同的光强不同的温度下所对应的电阻值均不相同，不同的环境下所得到的结果差别较大，但对结果进行分析得出的特性与光电传感器特性相一致，因所处环境的差别本结果仅作为参考。
硬件调试中注意将光电传感器靠近光源，将光照度计靠近光电传感器，操作的正确性可以有效减小误差。
注意遮蔽周围环境的强光，特别是在日光灯下进行操作时要小心谨慎。
5. 参考已完成的脚本，使用LabVIEW来设计光电传感器虚拟仪器，包括前后面板。
脚本中的控件自己任意选择。脚本中应注出自己与合作者的姓名、班级等信息。
6. 软硬件结合验证，并调试，直到测试正确。
给出测量的结果和分析，包括数据数据表格和曲线关系等。
三、选择的仪器和设备
1. 计算机。
2. LabVIEW虚拟仪器软件，使用的是LabVIEW 8.2.1。
LabVIEW虚拟仪器软件：它是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平
台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。LabVIEW应用程序，即虚拟仪器，它包括前面板、流程图以及图标/连结器三部分。LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。
3. DRLAB快速可重组综合实验台。
4. 开放式传感器实验箱。采用开放式系统结构。
5. 光敏三极管。
光敏三极管又称为光电三极管、光电晶体管，其结构与普通三极管相似，都具有电流放大作用，只是基极电流不仅受基极电压控制，还受光照的控制。光敏三极管工作时各极所加电压与普通三极管相同，集电结反向偏置，发射结正向偏置，及集电极接正电压，其发射极接负电压。光照射发射结产生的光电流，相当于基极电流，因此集电极电流是光电流的β倍。当光照射时，在集电结附近产生光生电子——空穴对，载流子在内建电场作用下，电子流向集电极，空穴流向基极，相当于外界向基极注入了控制电流。而基极、集电极、发射极又构成一个具有放大作用的三极管，完成光电流
的放大。光敏三极管的基本特性包括光谱特性、伏安特性、光照特性、温度特性和响应特性等。光谱特性是指在入射光照度一定时，输出的光电流随光波波长的变化而变化；伏安特性显示出光敏管的光电效应性质，因为在无偏压时，光敏三极管仍有光电流输出，它在不同照度下的输出特性和普通三极管在不同基极电流时的输出特性一样；光照特性显示了光敏三极管的光电流与照度的关系；温度特性对其输出电流影响较小，但对暗电流影响却十分明显；响应速度比光敏二极管慢得多。
6. 电阻、光源、跳线等。
四、总体设计
设计方案
1. 传感器的选择：光敏三极管，如图1-1、1-2、1-3所示。
图 1-1 光敏三极管
图 1-2 光敏三极管简单等效电路图图 1-3 光敏三极管电路图
光敏三极管是光电转化半导体器件，具有NPN或PNP结构的半导体管。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做的较小，入射光主要被基区吸收。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。它的发
射结与光敏二极管一样具有光敏特性。它的集电结与普通晶体管一样，可以获得电流增益。光照射发射结产生的光电流相当于基极电流，因此集电极电流是光电流的?倍，所以光敏三极管比光敏二极管有更高的灵敏度，但噪声也比光敏二极管大。在结构上，为了保证入射光可靠地作用于发射结，基区面积做得较大，发射区面积做的较小。将光敏三极管接在电路中时，它的集电极接正电压，发射机接负电压。光敏三极管与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好、可靠性好、体积小、使用方便等优点。
2. 硬件实现：光敏三极管有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此通过给光敏三极管不同的光照强度体现出其和电压的关系。
3. 软件实现：应用LabVIEW编写实验脚本。
4. 设计整体验证：通过新编写的软件与硬件及电路元件等相结合，测试验证是否可运行、是否出正确的波形、正确显示光照强度和电压的关系。
基本原理
光敏三极管的等效电路如图1-4，当有光照射到基区时，激发产生的电子--空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。光敏三极管
使用时，其基极通常开路，基极—集电极产生的光感生电流直接馈入基极，并被三极管放大，因此光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。一般光敏三极管只引出E、C俩个电极，其光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制领域。
图1-4 光敏三极管等效电路图
五、具体步骤
硬件实现步骤
1、准备相应的硬件设备，包括传感器和其它元器件。
在实验电路板上搭建好电路，按图1-5的电路图，并仔细检查接线；可参考接线图1-6；
在硬件实现过程中，需要注意如下：实验时连接电路前必须正确辨认出三极管的三个引脚，光敏三极管如果引脚连接错误极易烧坏。实验中注意遮蔽周围坏境的强光，特别是在日光灯下进行实验时要小心谨慎。
图 1-5 光敏三极管的光测量实验原理图
图 1-6 电路连接图
软件实现步骤
1、在桌面上运行LabVIEW主程序图标,或在“开始”程序中运行快捷方式进入LabVIEW工作平面，如图1-7所示。
图1-7 LabVIEW工作平面
2、点击选项，或者点击文件—>**VI，如图1-8所示。
图 1-8 **VI
3、弹出前面板和程序框图，如图 1-9、1-10所示.
图 1-9 前面板
图1-10 程序框图
4、在设计虚拟仪器界面前，需要对所设计的系统有完整的了解，知道其需要用到的VI，针对此个光敏三极管测电压系统的设计，，需要两个数值输入控件分别控制采集芯片的采样频率和采样长度，需要一个数值显示控件显示测出的电压值，需要一个布尔开关来控制界面脚本的运行与停止，需要一个波形图显示控件来实时显示信号波形，最后需要找个一个**运行；找到需要的所有控件，并将其置于前面板上，右键点击前面板弹出控件选板，点击数值控件->点击数值输入控件，如图1-11所示。
图 1-11 选择数值输入控件
5、选择数值输入控件后，界面如图1-12。
图 1-12 添加有数值输入控件的界面
6、如步骤5所示再次添加一个数值输入控件，如图 1-13 所示。
图 1-13 再次添加有数值输入控件的界面
这俩个数值输入控件用于表示此程序中规定的数值，是固定值。
7、将这两个数值输入控件的标签分别改成其对应控制
的内容，以方便系统设计和原理程序框图的连接，双击“数值”和“数值2”，分别将其更改为“采样频率”和“采样长度”，如图1-14所示。
图 1-14 更改标签后的界面
8、右键点击前面板弹出控制面板，点击数值控件中的数值显示控件，同上几步添加控件，如图1-15，并将标签更改为电压值。
图 1-15 添加数值显示控件后的界面
该数值显示控件用于显示当前状态下所需要的值，是测量值。
9、右键点击前面板弹出控件选板，点击布尔控件，点击开关按钮，如图 1-16所示。
图 1-16 点击布尔控件
10、选择开关按钮后，将其置于合适的位置，如图1-17所示。
图 1-17 选择开关按钮
开关按钮用于控制程序。开是程序运行，关时程序停止。
11、右键点击前面板弹出控件选板，点击图形控件->点击波形图，如图1-18所示。
图 1-18所示波形图选择
12、选择波形图后，将其置于合适的位置，如图1-19所示。
图1-19 添加波形图控件后的界面
波形图控件用于显示程序运行状态下当前波形的显示。
13、修改波形图控件的名字及属性等，如图 1-20所示。
图 1-20 修改属性等后的界面
14、右键点击前面板弹出控制面板，点击数组、矩阵中的数组，如图1-21。
图 1-21 选择数组控件
15、选择数组控件放在合适的位置,修改属性后界面如图1-22所示；
图 1-22所示添加数组控件后的界面
数组控件用于存放程序中的**。
16、在数组控件上添加一个开关，起到**选择的作用，在本实验中我们采用3**信号采集，如图1-23所示。
图 1-23 添加**后的界面
添加一个开关后。整个可用于**选择。如多个**需在运行时打开**。
17、最后整理初步完成的前面板，发现可以让这个程序测量更多值，所以再在前面板上添加一个数值控件中的时间标识显示，选择数值控件中的时间标识显示控件，如图1-24所示
图 1-24 选择时间标识显示
18、将时间标识显示控件放置在前面板上，如图1-25
所示
图 1-25 放置时间标识显示控件
该时间标识显示控件用于显示当前时间，和表功能一样。
19、在前面板再添加一个指示灯，如图1-26所示
图 1-26 选择指示灯控件
20、将指示灯放置在前面板，初步完成前面板，如图1-27所示
图 1-27 初步完成的前面板
该指示灯用于显示当前运行情况，若运行则亮显示开，若关断则不亮显示关。
21、在前面板上按住CTRL+E或者点击窗口->选择显示程序框图激活程序框图界面，如图1-28所示
图 1-28 程序框图界面
22、右击程序框图界面弹出函数选板，点击选择VI,如图1-29所示。
图 1-29 函数选板
23、选择下拉菜单中，选择 VI 选项，如图1-30所示。
图 1-30 选择子VI
24、在对话框中选择“getUSBAdwave111”，如图1-31所示。
图 1-31 选择虚拟采集芯片
25、点击确定，将虚拟采集芯片放置到程序框图上，如图1-32所示。
图 1-32 放置虚拟采集芯片
虚拟采集芯片用于和其他器件相连，包括**、采样频率、采样长度和返回值等。
26、右击程序框图界面弹出函数选板，点击express-信息分析中的统计选项，并将该器件放置于程序框图中，如图 1-33所示。
图 1-33 放置统计控件
该统计控件用于返回波形中第一个信号的选中参数。
27、右击程序框图界面弹出函数选板，点击express-信号操作的选择信号，并将该器件放置于程序框图中，如图1-34所示。
图 1-34 放置选择信号控件
选择信号用于接受多个信号作为输入，只返回用户选中的信号。用户可指定输出中包含的信号，也可改变输入信号的顺序。
28、右击程序框图界面弹出函数选板，点击express-信号操作的合并信号，并将该器件放置于程序框图中，如图1-35所示。
图 1-35 放置合并信号
合并信号用于将两个或多个信号合并到一个信号输入
端。
29、右击程序框图界面弹出函数选板，点击express-信号操作的转换至动态，并修改属性，将该器件放置于程序框图中，如图1-36所示。
图 1-36 放置转换至动态
转换至动态控件用于连接数组与动态数据类型。
30、调整各控件的布局以方便连线，将输入数值控件和布尔开关分别连接到虚拟采集芯片对应的连接处，将虚拟采集芯片的三**输出连接到波形图，如图1-37所示。
图 1-37 布局连线
31、右击程序框图界面弹出函数选板，点击布尔控件->选择真常量，如图1-38所示。
图 1-38 选择布尔控件——真常量
32、将真常量控件置于合适位置并将其连接到虚拟采集芯片的三**输入上，以激活虚拟采集芯片的三**数据采集功能，如图1-39所示。
图 1-39 连接真常量控件
33、右键点击时间标识，选择定时选板中的获取时间/日期，如图1-40所示。
图 1-40 选取获取时间/日期选项界面
34、将获取时间/日期控件放置，并将其和时间标识连线，如图 1-41所示。
图 1-41 放置获取时间/日期控件
获取时间/日期控件用于显示当前时间。
32、最终前面板和流程图框, 如图1-42、1-43。
图 1-42 最终前面板
图 1-43 最终程序框图
33、至此，实际信号的采集、波形显示全部完成，为测量出光照对光敏三极管的电压影响需要对采集到的信号进行分析计算。
设计整体验证
1、安装好灯泡，打开光照度计，把照度计探头放在光敏电阻附近，调整光源、光敏三极管和照度计探头位置；
2、依次打开试验箱电源开关、电路板电源开关；
3、本实验创意在于添加了一个指示灯，用于提示次程序是否处于运行中，当程序运行时该控件为亮绿色显示开，当程序不运行时为墨绿色显示关，可以很好的辨识程序的运行情况；另一个创意在于添加了一个日期/时间显示装置，程序框图面板需要一个当前时间和该控件相连才能体现作用，当该程序连接好后，程序开始运行时此控件显示当前时间并一直运行，和钟表功能一样，如图1-44所示为程序未运行时，日期/时间的显示，显示自己设定的时间，自己设定的时间是20XX年1月15的上午8：00：00.000在此控件的设置属性中有默认时间和群定时间范围等选项需要自行
图 1-44 显示未运行时设定的时间标识
4、在脚本界面中，点击连续运行按钮，点击开关按钮。此时，观察实验运行情况，如图1-45所示，此时时间显示为16：46：45，电压值为-39.857mv。
图 1-45实验运行情况
5、通过长时间光照，改变电压值及光照值，再次观察实验运行情况，如图1-46所示，此时时间为16：51：45电压值为12mv，光照强度为0.285
图 1-46 实验运行情况
6、再次观察运行情况，如图 1-47 所示，此时时间值为16：52：20，电压值为13mv，光照强度为0.321 图 1-47 运行情况
7、根据长时间光照，电压值和光强度变化，测的数据填入表中如图2-1所示，并作曲线图如图2-2所示光强
0.285
0.321
15
17
54
85
电压
12
13
540
630
900
1450
2030
图 2-1 表格
图 2-2 光敏三极管光照特性曲线图
小结
通过本次课设时间使我深刻的体会到检测技术与各种仪器的重要性。在工农业生产、科学研究、国防建设和日常生活中，人们需要测量外部世界的一些非电量，例如，位移、速度、加速度、力、力矩、温度、压力、流量和成分等，以便及时、准确地获得信息，这就必须合理选择和善于应用各种传感器和检测仪表。这次的课程设计实验不仅培养了我们动手能力更重要的是培养了我们动脑的能力，自己设计、自己创新，重在自学的过程。做过制作检测程序后使我收获很多，不仅学会了很多知识，而且收获了快乐、感到成功的喜悦，同时认识到自己的很多不足，在今后的学习过程中可以
更好的学习。
六、相关问题
1．什么是传感器？
答：传感器是一种以一定精确度把被测量转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。
2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？
答：传感器由敏感元件、转换元件、转换电路组成。
①敏感元件，它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
②转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。
③转换电路：将上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
3.传感器按能量的传递方式可分为哪几类
答：传感器按能量的传递方式分类。将非电量转换成电量的转换元件均可分为两类：有源元件和无源元件。
①有源元件是一种能量转换器，可将非电能量转换成电能量。这类传感器有些是可逆的。
②无源元件本身不是一个转换器。被测量直接或间接的作用引起该元件的某一电参数的变化，要想获得电压和电流的变化值，必须匹配测量电路和辅助电源。由于它不进行能量的转化，因此一般是不可逆的。
4.传感器分类
答：传感器按其工作原理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。
5.什么是光电效应？有哪几种分类？
答：光电元件的理论基础是光电效应。光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒子所构成，每个光子具有的能量γ正比于光的频率ν。所以，用光照射某个物体，就可以看做这物体受到一连串能量为γ的光子所轰击，而光电效应就是由于这物体吸收到光子能量为γ的光后产生的电效应。
通常把光线照射到物体后产生的光电效应分为两类，即外光电效应和内光电效应。
1) 外光电效应：在光线作用下，电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，使电子逸出物体表面的现象。
2) 内光电效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态而使物体电阻率改变的现象。
3) 光生伏特效应：在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。
6.传感器的基本特性
答：根据被测量的变化状态，可以把传感器的输入量分为静态量和动态量俩类。
①静态量是指传感器的输入量为稳定状态信号或变化极其缓慢的准静态信号；动态量指传感器的输入量为周期
信号、瞬变信号或随机信号等随时间变化的信号。
②传感器的静态特性是指传感器在被测量处于稳定状态下的输出输入关系。传感器的静态特性是在静态标准工作条件下测定的。
③传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。很多传感器要在动态条件下检测，被测量可能以各种形式随时间变化。
7.传感器的性能指标
答：由于使用传感器的条件和环境等的差异，对传感器其他性能指标的要求也不同，通常还应考虑的性能指标有：
①稳定性，表示传感器维持其性能参数长时间不变化的能力；
②零漂，表示在零输入状态下传感器的输出漂移，又可分为时间零漂和温漂；
③输入特性，在测量过程中，传感器成为被测对象的负载时，将产生“载荷”效应。
④输出特性，传感器的输出端都要与一些后续的处理电路、传输电路或仪表等相连接。
⑤可靠性，可靠性指规定的工作条件和工作时间内传感器保持原有性能指标的能力。
⑥对环境的要求，由于传感器的工作原理及结构等的不同，受外界因素的影响不同。
⑦安装要求，选用的传感器应易于安装、维护和更换。
8.光电三极管的基本特性
答：包括光谱特性、光照特性、伏安特性、频率响应和温度特性。
9.光电式传感器的类型，简述原理
答：光电式传感器在检测技术领域内的应用，按其输出量性质基本上可分为模拟光电传感器和开关式光电传感器俩类。
①模拟光电传感器的工作原理是基于光电器件的光电流随光通量而发生变化，是光通量的函数。
②开关式光电传感器的工作原理是光电器件的输出仅有两个稳定状态，即“通”与“断”的开关状态，当光电器件受光照时有电信号输出，光电器件不受光照时无电信号输出。
10.新型传感器的发展方向
答：微型化；集成化；智能化、数字化与多功能化；标准化；新型；性能更好
11.光电传感器的特点是什么？
答：光电传感器的特点：响应快、结构简单、可靠性高等优点。具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样
12.采用光电传感器可能测量的物理量有哪些？
北京信息科技大学 测控综合实践 课程设计报告 题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：
摘要 摘要 基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。 本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器
Abstract
目录 摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
光电测量系统设计报告
光电测量系统设计报告
一、干涉的基本原理 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。 由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。 1、劈尖的等厚干涉测细丝直径 见图7.2.1-2，两片叠在一起的玻璃片，在它们的一端夹一直径待测的细丝，于是两玻璃片之间形成一空气劈尖。当用单色光垂直照射时，如前所述，会产生干涉现象。因为程差相等的地方是平行于两玻璃片交线的直线，所以等厚干涉条纹是一组明暗相间、平行于交线的直线。 设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度 由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径 具体测量时，常用劈尖盒，盒内装有两片叠在一起玻璃片，在它们的一端夹一细丝，于是两玻璃片之间形成一空气劈尖，见图7.2.1-2。使用时木盒切勿倒置或将玻璃片倒出，以免细丝位置变动，给测量带来误差。
光电传感器——基于红外反射式的测速机
引言 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。迄今为止,测速可分为两类:模拟电路测速和数字电路测速。随着微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用,出现了以计算机为核心的数字测速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的快速性、精确性和优越性。 一：设计思路 用一个红外发光二极管和一个接受红外光的二极管组成一套光电管。当检测到物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。由此，我想到用一个比较器来比较两种接受到的信号，从而输出“0”“1”两种高低电平，并把两种信号传给单片机进行统计，然后利用设定算法进行计算，最后通过数码显示管显示计算结果。 二：所需模块 本测速系统共有两个模块构成，一个为光电传感器部分，用于接收光信号并转换为电信号，即高低电平信号；另一个为单片机部分，用于接收高低电平信号并通过内部计算，然后再通过数码显示管显示测出的结果。 （一）光电传感器部分 （1）LM339工作原理及管脚图： LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。 两个输入端中的一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入
模拟电子技术课程实验报告 专业班级： 学号： 姓名： 指导教师：
基本摘要及要求： 设计一个放大器系统，当传感器电阻值变化±1%时，放大电 路能够产生±6的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-6V，误差不超过±2%。 一、电路结构及原理说明： 该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电路。 电路框图如下所示： 基准电压源测量电桥放大电路 1．基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，采用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。 2．测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。 3.放大电路： 放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。 二、测量电路和参数计算
1、基准电源电路 基准源输出电压为V+=7V ，稳压管电压为5.6V ，取稳压管的稳定电流为1~1.2mA 。 根据基准源电路有 Vz RJ RJ Vo )1 2 1(1+ = 25.16 .50 .7)121(1==+=RJ RJ Vz Vo 得到： 25.01 2 =RJ RJ 选RJ2=10k Ω，可得RJ1=40k Ω。 由于 JF JF F R R Vz Vo I 6 .50.7-=-= R11 R21 R22 R31 R32 R41 R42 vo vi1 vi2 . . . VS RJ1 RJ2 RJ3 RJ4 RJF DJ1 Vz V+ . . . . R1 R3 R4 R2(1+δ|) Vo . . . . . . . .
光电系统课程设计报告 设计题目：光电心率计 指导老师：吴xx 班级： 10XX 设计者： XXX 设计者学号： ************* 同组者姓名： ****************************** ****************************** ********************************* 设计者联系电话： ****************** 目录 一．摘要 (4) 二．技术指标 (4) 三．设计原理 (5) 3.1、光电探测电路 (5) 3.2、电源电路 (6) 3.3、滤波放大电路及虚拟地电路 (6) 3.4、单片机电路 (7) 3.5、显示电路 (8) 3.6、蜂鸣器电路 (9) 四．设计方案论证 (9)
4.1、心率计的软件实现方法 (9) 4.2、滤波放大电路的实现 (9) 4.3、光电探测电路的实现 (10) 4.4、心率值的显示方法 (10) 五. 硬件电路设计 (11) 5.1、电源电路设计 (11) 5.2、光电探测电路 (12) 5.3、“虚拟地”电路 (12) 5.4、滤波放大电路 (12) 5.5、单片机电路 (13) 5.6、译码显示电路 (15) 5.7、蜂鸣器电路 (16) 六．软件设计 (16) 6.1 总流程图 (17) 6.2 主函数流程图 (18) 6.3 采样比较程序 (19) 6.4 心率计算与显示警报模块 (20) 七．结论 (21) 八．课程设计的心得体会 (21) 参考文献 (22) 附录 (23) 附录一、程序代码 (23)
附录二、原理图 (28) 附录三、PCB所有层图 (29) 附录四、顶层PCB图 (30) 附录五、底层PCB图 (30) 附录六、元件清单 (31) 一．摘要 随着现代社会，人们对自己的健康越来越关心，因此对各种医疗设备的需要也越来越大。其中心率测量仪是最常见的医疗设备之一，它能应用于医疗、 健康、体育以及我们生活中的方方面面，因此一个简单便宜而又有较高精度的 心率测量仪是很有市场的。 我们无法通过直接测量来获取人的心率，但是由于人的脉搏是与心跳直接相关的。因此，我们可以通过测量脉搏来间接测量人的心率。我们小组的光电 系统课程设计制作的光电心率测量仪是用光电传感器测量经手指尖反射的信号，然后经过滤波放大后送到51单片机进行信号处理并将计算所得到的心率值通过动态扫描的方式显示出来。 关键词：51单片机；光电测量；A/D采样；动态扫描显示；响铃提醒。二．技术指标 利用光电方法测量人体心率，并通过显示器显示出来，具体要求 如下： 1、采用51 系列单片机 2、制作光电测量头 3、通过A/D 采样方式测定人体心率（不能整形成方波计数）
课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：
目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)
1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换
光电式传感器测转速实验报告 ——传感器与检测技术 班级：1321202 专业：测控技术与仪器学号：201320120209 姓名：林建宇
1.实验目的： 1）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法； 2）掌握测量和显示电路的设计方法； 3）了解光电式传感器以及示波器的使用方法。 2.实验基本原理： 光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如下图所示。 光耦测转速实验原理框图 3.需用器件与单元： 主机箱中的直流稳压电源、示波器、电压表、频率\转速表；转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。 4.实验步骤： （1）、按图1所示接线，并且接上示波器，将直流稳压电源调到10V档。
图1、光电传感器测速实验接线示意图 （2）、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节电机控制旋钮，F/V表以及示波器就会显示相应的频率f，计算转速为n=10f。实验完毕，关闭主、副电源。 5、实验结论与总结 组数 1 2 3 4 5 6 仪器频率108 133 166 186 232 373 示波器频率106.083 134.913 167.949 188.170 232.125 373.892 转速1080 1330 1660 1860 2320 3730 （注：转速单位为转/分钟） 平均误差?△=∑△i/6 (i=6) ?△≈0.855 σ≈1.070 总结：通过计算可知标准差较小，仪器准确率较高。由仪器和示波器所测的两种频率，其中示波器所显示的为标准值。根据上面实验观察到的波形，由于孔所占比例小，所以方波的高电平比低电平要宽。光电式传感器测转速方法简单，易于实现。
汽车仪表用传感器测量系统设计 汽车仪表是人和汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。随着汽车工业与电子工业的不断结合发展，电子控制技术在现代汽车的仪表系统中得到了广泛的应用。车用传感器是汽车电子设备中的重要组成部分，主要用于测量和控制系统，其性能好坏直接影响汽车是否正常工作。在自动测量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后将其转换成电信号，供显示仪表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号，则其他仪表和装置的精确度再高也无意义。 一、系统分析与论证 系统要求分别连接滑线变阻器左右两端接线头，从而要求系统分别显示测得的阻值，然后在将测得的两个阻值相减，得到的差值即为系统所要求的最后结果（结果精确到0.5‰）。如果差值的绝对值小于0.3€%R，我们说系统合格，否则不合格。根据系统要求，此系统首先通过A/D转换系统的A/D转换器作为模拟量的采集和输入，然后将数据送入51系列的单片机中进行数据的存储、处理，并通过单片机控制的LED显示系统送入LED显示管显示。 （一）A/D转换系统 A/D转换系统所需用为A/D转换器，它的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。A/D转换器的主要技术指标：转换时间和转换速率，分辨率和转换精度。同时为了适应系统集成的需要，有些转换器还将多种转换开关、时钟电路、基准电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供了很多方便。我们可以根据A/D转换器位数、A/D转换器转换速率、是否要加采样保持器、基准电压等4个方面来选择一个适合于各自系统的A/D转换器。
课程设计总结报告 课程名称：《光电技术》课程设计学生姓名：邓跃斌、付炜、黑阳超、林松系别：物理与电子学院 专业：电子信息科学与技术 指导教师：雷立云 2012年11月29日
目录 一、设计任务书 (3) 1、课题 (3) 2、目的 (3) 3、设计要求 (3) 二、实验仪器 (3) 三、设计框图及整体概述 (4) 四、各单元电路的设计方案及原理说明 (4) N E定时器构成多谐振荡器作调制电源 (5) 1、用555 N E电路结构 (5) （1）555 N E定时器组成的多谐振荡器 (5) （2）由555 （3）发射端电路 (6) L F放大器构成接收放大电路 (7) 2、用353 （1）光放大器 (7) （2）光比较放大器 (7) 五、调试过程及结果 (8) 1、调试的过程及体会 (8) 2、调试结果 (8) 六、设计、安装及调试中的体会 (9) 七、对本次课程设计的意见及建议 (9) 八、参考文献 (10) 九、附录 (10) 1、整体电路图 (10) 2、课程设计实物图 (10) 3、元器件清单 (11)
一、设计任务书 1、课题 光电报警系统设计与实现。 2、目的 本课程设计的基本目的在于巩固电子技术、光电技术、感测技术以及传感器原理等方面的理论知识，从系统角度出发，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，并养成严谨务实的工作作风。通过个人收集资料，系统设计，电路设计、安装与调试，课程设计报告撰写等环节，初步掌握光电系统设计方法和研发流程，逐步熟悉开展工程实践的程序和方法。 3、设计要求 （1）基本要求 用555 N E构成占空比为0.5多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参数选择进行分析说明；选用324 L M构成比较放大器进行报警电路设计；画出所做实验的全部电路图，并注明参数；记录调试完成后示波器输出的各测量点电压波形。 （2）扩展要求（选做） 分析影响作用距离的因素，提出提高作用距离的措施；设想光电报警系统的应用场合，并根据不同应用提出相应电路的设计方案。如需要闪烁报警，电路如何设计？ 二、实验仪器 多功能面包板………………………………………………………………1块T D S.60M H z.1Gs s双通道数字存储波示器………………………1台1002 YB A A直流稳压电源…………………………………………………1台17333 万用表………………………………………………………………………1台
专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19
一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。
4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计
课程设计说明书 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 传感器测量系统设计 高 指导教师：高敏职称: 副教授 年 12 月 26 日
摘要 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 关键词：电动机，单片机，传感器，晶振电路，流程图
目录 1 概述 (3) 1.1本课题设计的目的和意义 (3) 1.2数字式转速测量系统的发展背景 (3) 2 单片机 (4) 2.1 单片机AT89C51介绍 (4) 3 系统方案提出和论证（传感器的选择） (7) 3.1 方案一霍尔传感器测量方案 (7) 3.2 方案二光电传感器 (8) 4 转速测量系统的原理 (9) 4.1 转速测量方法 (9) 4.2 转速测量原理 (9) 5 系统硬件设计 (11) 5.1 转速信号采集 (11) 5.2 转速信号处理电路设计 (13) 5.3 最小系统的设计 (14) 5.3.1 复位电路（图4.8） (14) 5.3.2 晶振电路 (16) 5.3.3 最小系统的仿真 (17) 总结 (18) 参考文献 (19)
1 概述 1.1 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。 1.2 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
基于霍尔传感器的 转速测量 姓名：** 班级：** 学号：** 指导老师：** 基于霍尔传感器的转速测量
摘要 本文介绍一种用STC89C51单片机测量小型电动机转速的方法，霍尔传感器的工作原理，阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程，利用脉冲计数法实现了对转速的测量，通过LCD 直观地显示电机的转速值。结合硬件电路设计，采用模块化方法进行了软件设计。编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、显示模块等的C51程序。系统以单片机STC89C51为控制核心，用霍尔集成传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机数据处理，用8位LED数码管动态显示小型直流电机的转速。 关键词：单片机；转速测量；霍尔传感器 背景： 在直流电机的多年实际运行的过程中，机械测速电机不足之处日益明显，其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损，增加了设备的维护工作量，也随着增加了发生故障的可能性；同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中，需要将直流电动机停运，安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度，延长了检修时间，影响了设备的长期平稳运行。 随着电力电子技术的不断发展，一些新颖器件的不断涌现，原有器件的性能也随着逐渐改进，采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用范围与日俱增。因此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论基础，如可采用磁阻式、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。 经过比较分析后，决定采用测速齿轮和霍尔元件代替原来的机械测速电机。霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应这种物理现象的发现，虽然已有一百多年的历史，但是直到20世纪40年代后期，由于半导体工艺的不断改进，才被人们所重视和应用。我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点。 （一）转速的测量原理 转速是工程中应用非常广泛的一个参数，而随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字测量系统得到普遍应用，利用单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，应用全数字化的结构，使数字测量系统的越来越普及。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。转速的测量方法有很多，由于转速是以单位时间内的转速来衡量的，所以本文采用霍尔元器件测量转速。 霍尔器件是有半导体材料制成的一种薄片，其长为l，宽为b，厚度为d。若在垂直于薄片方向（即沿厚度d的方向）施加外磁场，在沿长为l的方向的两端面加外电场，则其内部会有一定的电流通过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑兹力，其大小为： F=qVB, 式中：F为洛伦兹力；q为载流子电荷，V为载流子运动速度，B为磁感应强度。
课题名称：传感器测量系统的设计指导教师：秦建中 班级：自动化1301 姓名：刘洒 学号： 2013001575 日期：2016年1月20日
《模拟电子技术》课程设计报告 传感器测量系统的设计 摘要 传感器检测系统这一概念是传感技术发展到一定阶段的产物。检测系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机组合。在工程实际中，需要有传感器与多台测量仪表有机地组合起来，构成一个整体，才能完成信号的检测，这样便形成了检测系统。随着计算机技术及信息处理技术的不断发展，检测系统所涉及的内容也不断得以充实。在现代化的生产过程中，过程参数的检测都是自动进行的，即检测任务是由检测系统自动完成的，因此研究和掌握检测系统的构成及原理十分必要。本次论文需要设计一个放大器系统，当电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±10V的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为10V，偏差为-1%时输出为-10V，误差不超过±5%。 关键词：放大器，传感器，检测 The design about sensor measuring system Abstract Sensor system, the concept is sensing technology has developed to a certain stage of the product. Detection system is the sensor and the measuring instrument, the organic combination of the conversion device. In practical engineering, sensor and measurement instrument of organic combination, constitute a whole, to complete signal detection, thus forming the detection system. With the development of computer technology and information processing technology, detection system involves content also continues to enrich. In modern production process, the process parameters of detection is done automatically, the detection task is done automatically detected by the system. Therefore, the study and master the detection The constitute and principle of the system is very necessary. This paper needs to design an amplifier system, when the resistance value change + 1%, amplifying circuit to generate the output voltage of the + 10V. Requirement deviation is 0 when the output is 0, the deviation is 1% output of 10V, the deviation is 1% output to - 10V, the error is more than + 5%. Key words: amplifier, sensor, detection
光电传感器的原理、功能特点等应用 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。光电传感器一般由处理通路和处理元件两部分组成。其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。 其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。光电传感器因为采用光学原理，因此其采集结果更精准、快速。 特点： 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（可见及紫外镭射光）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，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他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此应用广泛。 工作原理： 由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换 光电式传感器分类： ⑴反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到;一旦被检测物挡住光路，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。 ⑵对射型光电传感器，若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射
课程设计任务书及指导书 一.设计题目 《压力测量仪的设计》 二.设计目的 （1）使同学们掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理及其在电子天平中的应用。 （2）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。 三.设计任务 （1）学生根据设计要求完成设计与测试。 （2）在完成设计后书写课程设计报告。 四.时间安排2005年12月5日至2005年12月30日 五.设计内容 压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及 显示器等组成。其原理框图如图1所示： 图1 压力测量仪组成框图 (1) 传感器测量电路 称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。 电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R 1，R 2 ，R 3 和R 4 ，其中两对角点AC接电源电 压U SL =E（+10V），另两个对角点BD为桥路的输出U SC ，桥臂电阻为应变电阻。 R 1R 4 =R 2 R 3 时，电桥平衡，则测量对角线上的输出U SC 为零。当传感器受到外界物体重量影响时， 电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，U SC ≠0。
图2 传感器电桥测量电路 (2) 放大系统 压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。 为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。 (3) 模数转换及显示系统 传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。显示器可以选用数码管或液晶显示器 (4) 传感器供电电源 有恒压源与恒流源 对于恒压源供电：参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，当有重力作用时，两个桥臂电阻增加△R，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为△R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻均变化△R T 。这里假设△R远小于R，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为： U SC = E*( R+△R+△R T )/( R-△R+△R T +R+△R+△R T )- E*( R-△R+△R T )/( R+△R+△R T +R-△R+△ R T )= E*△R/（R+△R T ） 即 U SC = E*△R/（R+△R T ）式(1) 说明电桥的输出与电桥的电源电压E的大小和精度有关，还与温度有关。 如果△R T =0，则电桥的电源电压E恒定时，电桥的输出与△R/R成正比。 当△R T ≠0时，即使电桥的电源电压E恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明 恒压源供电不能消除温度影响。 对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则 I ABC =I ADC =0.5I 有重力作用时，仍有 I ABC =I ADC = 0.5I 则电桥的输出为： U SC = 0.5I*(R+△R+△R T )- 0.5I*(R-△R+△R T )=I*△R 即 U SC = I*△R 式(2) 因此，采用恒流源供电，电桥的输出与温度无关。因此，一般采用恒流源供电为好。 由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。 四、设计提示 (1) 放大电路设计 首先，由于传感器测量范围是0 ～ 2Kg，灵敏度为1mV/V，其输出信号只有0 ～10mV左右；而A/D转换的输入应为0V ～ 1.999V，对应显示0 ～ 1.999Kg，当量为1mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为200倍，一般采用二级放大器组成。 其次，在电路设计过程中应考虑电路抗干扰环节、稳定性。选择低失调电压，低漂移，高稳定
光电测量系统设计报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
光电测量系统设计报告 一、干涉的基本原理 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。 由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。 1、劈尖的等厚干涉测细丝直径 设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度 由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径 2、利用干涉条纹检验光学表面面形 检查光学平面的方法通常是将光学样板（平面平晶）放在被测平面之上，在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜。当单色光垂直照射时，通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形。 （1）待测表面是平面 （2）待测表面呈微凸球面或微凹球面 当手指向下按时，空气膜变薄，各级干涉条纹要发生移动，以满足式（2）， 3 式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率n ≈ 1。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m个暗环处的空气层厚度为m，则有：R，即，可得： 式中是第m个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得： 可见，我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R，或者由已知R求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径换成直径，则有： 对第m+n个暗环有 将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有 可见，如果我们测得第m个暗环及第（m+n）个暗环的直径、，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R。 经过上述的公式变换，避开了难测的量和m，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。