红外传感器的性能测试及应用实验报告

第1页红外传感器的性能测试及应用实验报告学院:计算机与电子信息学院专业:电子信息与通信工程类班级:111班学号:1107200144姓名:谭晨曦一、实验目的：1、掌握红外传感器的基本应用电路。2、掌握收、发红外光的元件的基本特性。3、掌握红外传感器在黑线检测应用上的性能特点。二、实验设备：二、万用表，双路直流电压源。实验基本元件：带有收发功能的一体化的红外传感器RPR220，100k电位器二个，100定值电阻R1，2k电阻定值电阻R2。三、实验原理：测试红外线传感的电路如图所示：第2页左边为发射管，通过的电流为FI；右边为接收管，通过的电流为CI。传感器的基本特性是：发射管，通过的电流越大，发射的光的强度也越大；接收管，接收到的光越强，通过的电流就越大。发射管把红外线发射出去，红外线经过反射平面反射回到接收管。通过检测接收管的电流大小，就可以感知到反射平面的反射强度。在白底平面上检测黑线的应用中，就是根据反射回来的光线在接收管中产生的电流大小，来判断是否存在黑线。测量回路电流大小的方法，就是在回路中，串联阻值已知的电阻，通过测量电阻上的电压，换算出实际电流的大小。实际应用中，将发射管回路中的电流源换成电压源，通过改变回路串联电阻的大小，来调节回路电流的大小。本实验中，该串联电阻应由一固定数值的电阻和一电位器组成，其中固定电阻的作用，一是通过它来测量出电流大小，二是防止当电位器调节到0时，有可能会导致电流过大而烧毁发射管。对于接收管回路，可采用这种方法来达到既能测量回路电流大小，又可以调节接收管上电压大小的目的。四、实验主要任务：1、根据实验原理所述知识及后面任务的需要，设计并制作一个测试红外线传感器性能的电路。2、若d为传感器前端到反射平面（白纸）之间的距离大小，分别测量出当10dmm和20dmm时的以下特性曲线。(a)(b)测量(a)图特性时，必须确保流过发射管的电流不超过其极限值。测量(b)图特性时，只测量当10FImA和20FImA的两条特性曲线。CEV最高取20V。自行设计数据记录表格，将各测试点数据如实记录。3、在白纸中间贴一条2cm宽的黑胶带，如图所示：第3页将传感器按如图所示方向摆放，从原点O开始，向右每隔2mm测量一次接收管回路电流大小，最后绘制出接收管回路电流与距离x的关系曲线。分10dmm和20dmm两种情况测量两遍。测量的最大x值为12cm。测量中，设置10FImA，3CEVV。五、实验方案及步骤：1、将发射管与100kΩ电位器及100Ω电阻R1串联接成输入回路，将接收管与100k电位器及2k电阻R2串联接成输出回路(电路图略)。2、因红外传感器RPR220发射管允许的最大IF为50mA，R1=100Ω，经计算可知实验1中最大可取5V电压源；实验中测量并记录发射管两端电压VF及定值电阻R1两端电压VR1；电流IF可通过测量R1两端电压再除以其电阻阻值得到。3、因红外传感器RPR220接收管允许的最大Ic为30mA，R1=2kΩ，经计算可知实验2、3中最大可取60V电压源；实验中测量并记录接收管两端电压VCE及定值电阻R2两端电压VR2；电流IＣ可通过测量R２两端电压再除以其电阻阻值得到。4、实验2、3过程中应对外界光线采取遮挡措施，同时也应尽可能固定好传感器与反射平面之间的距离，以免因外界光线干扰过大和传感器与反射平面之间的距离变化过大而造成误差太大，影响分析。六、实验数据及分析:2cm/xcmO传感器6cm8cm实验中制作的电路板实图第4页一、实验数据记录表格：1．发射管数据：（其中IF=1RRV1）VF/v0.960.991.041.081.111.141.19VR1/v0.010.020.100.200.360.721.92IF/mA0.100.201.002.003.607.2019.202．接收管数据：（其中IC=2RRV2）d=10mm，IF=10mAＶCE／v0.211.002.024.046.128.0110.0112.0214.0716.00ＶR2／v0.220.340.370.390.390.400.380.390.400.41ＩC／mA0.110.170.190.200.200.200.190.190.200.2118.0519.980.400.410.200.21d=10mm，IF=20mAＶCE／v0.161.022.034.016.088.0310.0012.0714.0415.80ＶR2／v0.360.710.750.760.770.790.800.790.8080ＩC／mA0.180.360.380.380.390.400.400.400.400.4017.8020.000.800.810.400.41d=20mm，IF=10mAＶCE／v0.181.092.034.146.027.9710.1311.9014.0716.20ＶR2／v0.090.110.110.110.110.110.110.110.110.11ＩC／mA0.050.060.060.060.060.060.060.060.060.0618.1719.810.110.110.060.06d=20mm，IF=20mAＶCE／v0.131.012.114.145.988.0610.0111.6614.0716.25ＶR2／v0.090.230.240.240.240.240.240.240.240.25第5页ＩC／mA0.050.120.120.120.120.120.120.120.120.1317.9519.360.250.250.130.133．d=20mm，其中２ＲｃＲＶ＝Ｉ２X/cm00.20.40.60.81.01.21.41.61.8VR2/v0.1800.1830.1810.1840.1810.1810.1830.1820.1810.181IC/mA0.0900.0920.0910.0920.0910.0910.0920.0910.0910.0912.02.22.42.62.83.03.23.43.63.80.1810.1820.1810.1820.1810.1840.1810.1810.1800.1810.0910.0910.0910.0910.0910.0920.0910.0910.0900.0914.04.24.44.64.85.05.25.45.65.80.1760.1630.1570.1450.1320.1130.0830.0470.0340.0280.0880.0820.0790.0730.0660.0570.0420.0240.0170.0146.06.26.46.66.87.07.27.47.67.80.0250.0260.0340.0500.0890.1160.1400.1510.1630.1680.0130.0130.0170.0250.0450.0580.0700.0760.0820.0848.08.28.48.68.89.09.29.49.69.80.1740.1800.1820.1810.1840.1820.1810.1810.1800.1830.0870.0900.0910.0910.0920.0910.0910.0910.0900.09210.010.210.410.610.811.011.211.411.611.80.1810.1820.1820.1820.1830.1830.1800.1810.1820.1810.0910.0910.0910.0910.0920.0920.0900.0910.0910.09112.00.1810.091d=10mm，其中２ＲｃＲＶ＝Ｉ２第6页X/cm00.20.40.60.81.01.21.41.61.8VR2/v0.440.420.430.440.440.440.420.440.450.44IC/mA0.220.210.220.220.220.220.210.220.230.222.02.22.42.62.83.03.23.43.63.80.440.440.440.440.430.440.440.450.440.440.220.220.220.220.220.220.220.230.220.224.04.24.44.64.85.05.25.45.65.80.440.440.440.380.260.240.080.060.040.040.220.220.220.190.130.120.040.030.020.026.06.26.46.66.87.07.27.47.67.80.040.050.050.060.100.280.420.430.440.440.020.030.030.030.050.140.210.220.220.228.08.28.48.68.89.09.29.49.69.80.440.440.430.440.440.440.420.430.440.440.220.220.220.220.220.220.210.220.220.2210.010.210.410.610.811.011.211.411.611.80.440.430.440.440.440.440.450.440.450.440.220.220.220.220.220.220.230.220.230.2212.00.440.22二、将实验数据绘制成图像如下：1.发射管IF-VF图像：第7页2.接收管IC-ＶCE图像：3.过黑带实验IC-X图像：第8页三、将各组数据通过Matlab进行曲线拟合得到下列公式:1.发射管IF-VF:IF=69.8973VF-70.23272.接收管IC-ＶCE:IC=-0.0007ＶCE2+0.0171ＶCE+0.1055，(d=10mm，IF=10mA)IC=-0.0015ＶCE2+0.0373ＶCE+0.1998，(d=10mm，IF=20mA)IC=-0.0002ＶCE2+0.0043ＶCE+0.0386，(d=20mm，IF=10mA)IC=-0.0004ＶCE2+0.0111ＶCE+0.0628，(d=20mm，IF=20mA)3.过黑带实验IC-X:IC=0.00322X-0.0385X+0.2612，(d=10mm)IC=0.00132X-0.0152X+0.1077，(d=20mm)四、误差来源:实验误差主要为外界光的干扰以及测量过程中传感器与反射平面之间距离的微小改变。七、实验结论：分析数据发现如下实验现象：1、在传感器与反射平面之间距离不变的条件下，通过接收管的电流IC随IF的增大而增大；2、在IF不变的条件下，通过接收管的电流IC随传感器与反射平面之间距离的减小而增大；第9页3、当反射平面为白色时，即反射光的作用强时，Ic较大；当反射平面为黑色时，即反射光的作用弱时，Ic明显减小；结论：综合以上实验现象，得出结论：传感器接收到的光越强，通过接收管的电流就越大。八、实验总结：实验前应参考元器件允许通过的最大电压、电流，避免发生损毁；经过这次实验发现自己的动手能力不足，有待提升；实验过程中暴露出自己因为各种考虑不周导致浪费大量时间的问题，将在今后的生活学习过程中改正。