R2VCCDAR16278NE555435VO1C1 图2 NE555定时器构成多谐振荡器
NE555集成电路用它构成占空比为50%的多谐振荡器原理图如图2所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。
在前半周期，VCC通过R2、D对C1充电，由于二极管D的作用，电流不经过R1，因此其充电时间T1为：
1Vcc3=RCln2 T1=R2C1ln212Vcc-Vcc3Vcc-而在后半周期，电容放电时，二极管反向电阻无穷大，555内部的三极导通，电流通过R1至7脚直接放电，此时其放电时间T2为：
1Vcc3=RCln2 T2=RC11ln112Vcc-Vcc3当A点电压上升到上限阈值电压（约2VCC）时，定时器输出翻转成低电平。这时，A点电压
3Vcc-将随C1放电而按指数规律下降。当A点下降到下限阈值电压（约23VC）时，定时器输出又变成高电平，调整R1、R2的电阻值得到严格的方波输出。当R1=R2时，输出为方波信号。其输出频率为：
f=11 =T1+T22RCln211参考值：R1 = 5.6K? R2 = 5.6K? C1 =0.1μF
44f?21R.1C1?1.3KHZ
用NE555组成振荡器来作红外发射信号时，由于红外发光管BT401的工作电流在30mA以上，因
此要加一个三极管驱动电路。使输出电流大于或等于红外发光管的最小工作电流IF。其驱动电路的参考电路图如下图3。
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VCC39红外发射二极管1K
图3 红外发光二极管驱动电
（2）信号放大、检波、比较（判决）参考电路原理
电路如图4所示，先用OP07CP(运算放大器)构成一个放大电路，将光敏二极管所接收的电流信号放大。再用
12LF353构成一个比较器，放大器的正端加2V左右偏压，负端加信号电压。当光线
未被阻断时，从放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经R9C2低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负输入端电位大于或等于正输入端电位。则放大器输出电压为负电压，LED截止，报警器不发声；当光线被阻断时，信号消失，放大器只有正端加正电压，输出为正电压，LED发光，报警器发声，以示报警。电阻R8是LED的限流电阻。
在检波电路部分,C1为隔直电容,滤除电路或环境所带来的直流成分,也可以通过提高判决电平的高低来滤除直流成分的干扰。 参数值：
R1：1KΩ R2：1KΩ R3：100KΩ R4：100KΩ R5：1KΩ W1：10KΩ C1：0.1uF C2：1uF
?VR1312R2?VR3光敏二极管C1D1R5+5V?V6?81LF35327R85R4C2R9W1?4?VLED接收放大检波判决报警
图4 报警用参考电路
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（3）报警保持电路
阻断发射系统和接收系统的红外光束时，比较器的输出变为高电平，而当发射系统和接收系统的红外光恢复时，输出又变为低电平；如果用手晃过，阻断的时间非常短，要让报警系统持续报警，就应在比较器的输出加上报警保持电路。74HC74为双D触发器，是上跳沿触发的边沿触发器，带有预置、清零输入。当红外线阻断结束，D触发器输出仍保持高电平，系统持续报警，直至清零。
2、注意事项
1、实验过程中，未经指导老师的许可，请勿随意拆开光通路组件，以免损坏光学器件。 2、实验过程中，请勿带电连线，以免烧坏电子元器件。
3、红外发射二极管组件及光敏二极管的结构组件中，P、N极分别与红和黑的接插件相连。 4、报警保持电路中的声音报警使用的是扬声器发声，发光报警是使用发光二极管发光，二者电路上是独立的，可并联使用。在实验调试过程中，建议使用发光报警模式，以免实验过程中影响其他人实验。
四、实验步骤
1、红外发光二极管驱动电流测试实验
（1）安装好光发射装置和光接收装置，并且使红外发光二极管与光电二极管在同一水平线上。 （2）将光源调制单元的T1（LED+）和电流表的“+”极相连，将电流表的“-”极与光发射器件的P极相连，光源调制单元的T2（LED-）与光发射器件的N极相连。光源调制单元J2上的短路块与C9电容相连。（注：C9，C15，C13的电容值分别为473(0.047uF)，103(0.01uF)，472(0.0047uF)）
（3）打开电源开关，再打开直流开关，发光二极管D4、D5亮。用示波器测试光源调制单元的调制信号TP1，调节相应的电位器使得调制波形为1：1的方波信号。
（4）读出电流表的读数，即为此时红外发光二极管的驱动电流。
（5）将光源调制单元J2 上的短路块分别与103和472相连，用同样的方法测试出相应的红外发光二极管的驱动电流。并进行比较。
电容选择 驱动电流（mA） 473 103 472
（6）实验完成，关闭直流开关与电源开关，将短路块与473电容相连，拆除各导线。 （结论：改变驱动频率时，发光二极管的驱动电流也随之改变）
2、信号检波设计光电报警系统实验
（1）安装好光发射装置和光接收装置：并且使红外发光二极管与光电二极管在同一水平线上。 （2）连接LED、PD：将光源调制单元的T1（LED+）和T2（LED-）分别与光发射单元的P极和N极相连，光接收单元的P极和N极分别与T3（PD+）和T4（PD-）。光源调制单元J2上的短路块与C9电容相连。
（3）连接整流、滤波、比较电路：按如图5所示的电路图连接电路，在设计模块中取不同的电
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阻、电容值，使用连接导线连接出电路。图中C2为滤波电容，通过D1整流，C2滤波后得直流信号，R6和R7组成比较电平，当滤波所得到直流信号高于比较电平时，输出为高电平。
（4）连接放大输出T5到下图中的接入端，输出端接入报警保持的输入端T10，T11接入报警保持电路T50。
（5）打开电源开关，再打开直流开关，发光二极管D4、D5亮，用示波器测试光源调制单元的调制信号TP1，调节相应的电位器使得调制波形为1：1的方波信号。
C2=1uF R9=100KΩ R6=5.1KΩ R7=2.2KΩ
图5 光电报警电路简易设计图
（6）测量比较器LF353同相端电压,调节放大电路增益（电位器调节），使LF353反相端电压略高于同相端,此时发光二极管不发光，分析原因。
（7）用手或其它物体阻断光发射与光接收之间的警戒线时，报警电路模块的发光二极管会亮，按下报警保持模块的轻触开关，发光二极管会熄灭。若实验不成功，检查各部分的连线情况重新实验。
（8）声音报警：关闭直流电源，将T50与T52相连。打开直流开关，用手或其它物体阻断光发射与光接收之间的警戒线时，报警电路模块会同时发光报警和声音报警，光电报警设计完成。
（9）实验完成，关闭直流电源和交流电源，拆除各导线。
3、自拟红外报警系统实验（选作）
自拟一套红外报警系统原理图，将所设计的原理图以及元器件的参数记录如下，并用实验证明之。
五、思考题
1、为了提高作用距离，光源调制频率和占空比如何取值？
2、当拦截光束的目标运动较快或较慢，电路参数应如何考虑才能保证正常报警。
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实验四 光纤温度传感
一、实验目的
1、了解并掌握传导型光纤温度传感器工作原理及其应
二、实验内容
1、传导型光纤温度传感光学系统组装调试实验 2、发光二极管驱动及探测器接收实验 3、传导型光纤温度传感器测温度原理实验
三、实验仪器
1、光纤温度传感器实验仪 1台 2、集成温度传感器 1个 3、光纤 1根
四、实验原理(电路图见P32)
1、光纤传感器
光纤传感器分为两大类：一类是功能型（传感型）传感器; 另一类是非功能型（传输型）传感器。
功能型光纤传感器：是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。光纤既是敏感元件又传输光信息。多采用多模光纤，优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高。典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。
传输型光纤传感器：是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质，仅起导光作用，常采用单模光纤。优点：无需特殊光纤及其他特殊技术；比较容易实现，成本低。缺点：灵敏度较低。实用化的大都是传输型的光纤传感器。
在传输型光纤温度传感器中，光纤本身作为信号的传输线，利用温度－电－光－光－电的转换来实现温度的测量。主要应用在恶劣环境中，用光纤代替普通电缆传送信号，可以大大提高温度测量系统的抗干扰能力，提高测量精度。 2、集成温度传感器
集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于—50℃～+150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极—发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管电压产生的离散性，采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型两种，电流型集成温度传感器在一定温度下相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有良好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（+4V～+30V）。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。
3、白色发光二极管及其驱动
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