光電信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、光電信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)姓名：XXX 班級(jí)：XXX學(xué)號(hào)：XXX指導(dǎo)老師：XXXX 實(shí)驗(yàn)一 阿貝原則實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉阿貝原則在光學(xué)測(cè)長(zhǎng)儀中的應(yīng)用。二、 基本原理1. 阿貝比較原則 萬(wàn)能工具顯微鏡結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖所示。萬(wàn)能工具顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)件軸線與被測(cè)件軸線不在一條直線上，而處于平行狀況。產(chǎn)生的阿貝誤差如下： 一階誤差，即阿貝誤差2結(jié)論 1）只有當(dāng)導(dǎo)軌存在不直度誤差，且標(biāo)準(zhǔn)件與被測(cè)件軸線不重合才產(chǎn)生阿貝誤差（一階誤差）。 2）阿貝誤差按垂直面、水平面分別計(jì)算。 3）在違反阿貝原則時(shí)，測(cè)量長(zhǎng)度為的工件所引起的阿貝誤差是總阿貝誤差的。 4）為了避免產(chǎn)生阿貝誤差，在測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)件軸線應(yīng)安置在被測(cè)件軸線

2、的延長(zhǎng)線上（阿貝原則）。 5）滿足阿貝原則的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)龐大。3.阿貝測(cè)長(zhǎng)儀阿貝測(cè)長(zhǎng)儀中，標(biāo)準(zhǔn)件軸線與被測(cè)件軸線為串聯(lián)形式，無(wú)阿貝誤差，為二階誤差，計(jì)算形式如下：三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 萬(wàn)能工具顯微鏡進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)1）儀器：萬(wàn)能工具顯微鏡，精度：1微米。用1元的硬幣，分別測(cè)它們的直徑，用數(shù)字式計(jì)量光柵讀數(shù)及傳統(tǒng)的目視法讀數(shù)法。每個(gè)對(duì)象測(cè)10次，求算數(shù)平均值和均方根值。2）實(shí)驗(yàn)步驟：瞄準(zhǔn)被測(cè)物體一端，在讀數(shù)裝置上讀一數(shù)；瞄準(zhǔn)被測(cè)物體另一端，在讀數(shù)裝置上再度一數(shù)（精度1微米）；兩次讀數(shù)之差即為物體長(zhǎng)度。四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)次數(shù)12345678910左側(cè)/mm-12.665-12.665-12.665-12.66

3、6-12.666-12.664-12.665-12.666-12.653-12.662右側(cè)/mm8.6918.6998.7018.6998.7008.6998.6998.7008.6848.689直徑/mm20.35620.36420.36620.36520.36620.36320.36420.36620.33720.351五、 數(shù)據(jù)處理計(jì)算平均直徑：D=11020.356+20.364+20.366+20.365+20.366+20.363+20.364+20.366+20.337+20.351=20.360mm計(jì)算均方根值：x=110(20.3562+20.3542+20.3652+20.

4、3662+20.3662+20.3632+20.3642+20.3662+20.3512+20.3372)=20.360mm六、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，理解了阿貝原理以及產(chǎn)生阿貝誤差的原因，初步使用萬(wàn)能工具顯微鏡，對(duì)阿貝原理和阿貝誤差產(chǎn)生原因有了較為深刻的理解，同時(shí)熟悉了阿貝原則在光學(xué)測(cè)長(zhǎng)儀中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)二 激光平面干涉儀實(shí)驗(yàn)一、 基本原理 儀器：PG15-J4型激光平面干涉儀1臺(tái) 內(nèi)容：玻璃材料的平面度測(cè)量 精度：100nm激光平面儀原理圖儀器結(jié)構(gòu) 平面干涉儀基于雙光束等厚干涉原理進(jìn)行精密觀測(cè)。如圖3.1所示，圖中s是擴(kuò)展光源，位于準(zhǔn)直透鏡L1的前焦面上，發(fā)出的光束經(jīng)透鏡L1準(zhǔn)直后射向玻璃

5、片M，再?gòu)牟Ａ瓷浯怪蓖渡涞叫ㄐ纹桨錑上。入射光束在楔形平板下表面的反射光透過(guò)平板上表面和玻璃片反射向L2.按照確定定域面的作圖法，可知定域面在楔形平板內(nèi)部的BB的位置。如果平板不是太厚，且平板兩表面的楔角不是太大時(shí)，定域面非常接近平板下表面，這樣如調(diào)節(jié)顯微鏡L2對(duì)準(zhǔn)平板下表面，就可在顯微鏡像平面E上觀察到楔形平板產(chǎn)生的等厚條紋。 平面干涉儀結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。由組合星點(diǎn)G1發(fā)出的單色光經(jīng)棱鏡G2后，投向主鏡表面折射為平行光后，射向主鏡下表面（A面）及被測(cè)光學(xué)表面，A面和被測(cè)光學(xué)平面反射回來(lái)的光重疊相干后，經(jīng)棱鏡G2反射，進(jìn)入接收件。星點(diǎn)可由激光管G5、棱鏡G6、光源強(qiáng)度調(diào)節(jié)發(fā)散鏡G7組成。

6、接收件可以由人眼G10，成像物鏡G15和測(cè)微目鏡G11，或由分光棱鏡G12、可動(dòng)小孔G13和攝像頭G14組成的攝像。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.玻璃材料的平面度測(cè)量。1） 測(cè)量局部誤差 2） 測(cè)量整個(gè)面形誤差（用） 光圈數(shù) 不足一個(gè)光圈數(shù)平面度測(cè)量2.實(shí)驗(yàn)步驟： 參考圖3.1和3.2，1）移開(kāi)成像物鏡G15和測(cè)微目鏡G11，旋轉(zhuǎn)調(diào)整左右螺旋8，使平板繞水平面的橫軸或縱軸微小擺動(dòng)，出瞳S2繞S1轉(zhuǎn)動(dòng)直到S2和S1接近重合。2）裝上成像物鏡G15和測(cè)微目鏡G11，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)整左右螺旋8，直到G11視場(chǎng)中干涉條紋清楚。3）測(cè)量e和H，計(jì)算平面度和粗糙度。三、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)起始位置（mm）He對(duì)準(zhǔn)位置（mm）距離（

7、mm）對(duì)準(zhǔn)位置（mm）距離（mm）0.7331.2050.4721.7811.048四、 數(shù)據(jù)處理局部誤差：1=He*2=142.942nm 面形誤差：2=N*2=31508N五、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 在這次實(shí)驗(yàn)中，我對(duì)激光干涉儀的基本結(jié)構(gòu)和操作方法有了了解，由直接觀察曲面上的條紋分布，可以粗略地判斷不平整度。導(dǎo)致H和e的測(cè)量都有很大誤差的原因是實(shí)驗(yàn)中干涉形成的條紋較粗，影響最終實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)度。實(shí)驗(yàn)四 光電直讀光譜儀實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握光柵式光譜儀分光的基本原理。2. 熟悉光電直讀光譜儀光電系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。3. 掌握光電直讀光譜儀的基本光譜實(shí)驗(yàn)。二、 基本原理1. 平面衍射光柵的分光原理光柵方程式如

8、圖5.1所示，當(dāng)一束平行的復(fù)合光入射到光柵上，光柵能將它按波長(zhǎng)在空間分解為光譜，這是由于多縫衍射和干涉的結(jié)果。光柵產(chǎn)生的光譜，其譜線的位置是由多縫衍射圖樣中的主極大條件決定的。相鄰兩刻線對(duì)應(yīng)的光線22和光線11的光程差為： （1）相干光束干涉極大值的條件為： （2）入射與出射光在光柵法線同側(cè)取”+”號(hào)，在異側(cè)取”-”號(hào)。 由式（1）和（2）可得相鄰兩光線干涉極大值的條件-光柵方程為： （3）式中 -入射角 -衍射角 -刻痕間距，通常稱為光柵常數(shù) -光譜級(jí)次， （3）式可改寫(xiě)為： （4）2. 光柵式單色儀光學(xué)系統(tǒng)切爾尼-特納系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)原理圖光柵中心位于入射光線與出射光線的對(duì)稱軸上，兩個(gè)球面反射

9、鏡的焦距均為300mm，入射與出射狹縫位于球面鏡的焦面。平面反光鏡作為折光鏡將出射光線折轉(zhuǎn)90，以使出縫與入縫90的垂直分布，可以避免因?yàn)楣庠磁c光電接收器距離過(guò)勁=近而互相干擾。復(fù)色光源經(jīng)入射狹縫照明在球面鏡（一）上，此鏡將平行光投射到光柵上，光柵將復(fù)色光衍射分光，分成不同波長(zhǎng)的平行光束以不同的衍射角投向球面鏡（二）上，此鏡將接收的平行光束聚焦在出縫處，從而得到一系列按波長(zhǎng)排列的光譜。透過(guò)出縫射出的光束只是光譜寬度很窄的一束單色光。掃描機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，光柵隨之旋轉(zhuǎn)，這樣就可以得到所選擇的單色光。光路中的光闌和擋光板起限制視場(chǎng)外多余光束的作用，以利于減少儀器的雜散光。3. CCD作探測(cè)器的光電直讀光

10、譜儀如圖所示：光譜儀結(jié)構(gòu)圖1.入射狹縫及調(diào)焦筒 2.平面反射鏡3.光柵旋轉(zhuǎn)手輪 4.波長(zhǎng)計(jì)數(shù)器5.球面反射鏡（一） 6.球面反射鏡（二）7.CCD探測(cè)器 8.調(diào)焦螺母9調(diào)焦筒緊固螺釘線 10.濾光片（CB550）主要參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)波段范圍：330-1100nm焦距： 180mm平面光柵：300線/mm；閃耀波長(zhǎng):500nm 600線/mm；閃耀波長(zhǎng):500nm 1200線/mm；閃耀波長(zhǎng):500nm相對(duì)孔徑：D/f=1/3.8三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 分析光柵式光電直讀光譜儀基本光學(xué)系統(tǒng)，繪制光路圖和機(jī)構(gòu)圖，記錄基本參數(shù)。2. 了解編VC+采集軟件，及計(jì)算機(jī)界面設(shè)計(jì)。3. 用CCD探測(cè)器的光電直讀光

11、譜儀進(jìn)行光源光譜采集。4. 用光電池做探測(cè)器的光電直讀光譜儀進(jìn)行光源采集。四、 實(shí)驗(yàn)步驟 進(jìn)行汞燈光譜實(shí)驗(yàn)開(kāi)啟汞燈高壓電源，調(diào)整聚焦透鏡使光源像聚焦到調(diào)整光譜儀輸入狹縫，調(diào)整狹縫大?。ù蠹s0.5mm）使輸出電壓在合適范圍內(nèi)；用VC+采集汞燈光譜曲線。用數(shù)據(jù)文件記錄光譜曲線，根據(jù)光譜曲線確定汞燈峰值波長(zhǎng)鈉燈特征譜線圖：可見(jiàn)光波段掃描，得到白熾燈光譜圖：五、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)中用光電直讀光譜儀觀察了汞燈、鈉燈、白熾燈的光譜圖，光電直讀光譜儀掃描結(jié)果比較直觀，但不是很精確，只能用來(lái)粗略觀察使用。實(shí)驗(yàn)五 光譜法物質(zhì)成分分析實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉用光電倍增管作傳感器的光電直讀光譜儀

12、的基本結(jié)構(gòu)和光學(xué)系統(tǒng)。2. 掌握光電直讀光譜儀的基本光譜實(shí)驗(yàn)。3. 了解光電倍增管傳感器的前置放大電路，單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換程序，以及串行通訊電路。4. 熟悉分光光度計(jì)基本原理。5. 掌握吸收光譜法檢測(cè)物質(zhì)濃度。二、 基本原理1. 平面衍射光柵分光原理2. 光電倍增管式光電直讀光譜儀（1） 原理圖光電直讀光譜儀（2） 主要技術(shù)參數(shù) 波長(zhǎng)范圍 （可擴(kuò)展為） 光柵 平面光柵 ，刻線面積， 閃耀波長(zhǎng) （可按用戶要求選配其他規(guī)格的光柵） 波長(zhǎng)準(zhǔn)確度 波長(zhǎng)重復(fù)性 焦距 相對(duì)孔徑 分辨率 （光柵） 線色散倒數(shù) （） 雜散光 （He-Ne激光器，在處測(cè)定） 狹縫 寬度 連續(xù)可調(diào)整，高度共分五檔 外形尺寸 長(zhǎng)*寬

13、*高 （主機(jī)） （控制器）3. 分光光度計(jì)如圖所示，分光光度計(jì)是in性物質(zhì)熒光光譜光強(qiáng)研究或物質(zhì)分子吸收光譜的研究。主要由光源（氘燈D、鎢燈W），發(fā)射單色器（光柵C、球面發(fā)射鏡、）、調(diào)制盤CH、光電倍增管B、試樣池及組成。分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)：分光光度計(jì)實(shí)物圖：為了實(shí)現(xiàn)線性化測(cè)量，光柵光譜儀中設(shè)計(jì)了正弦機(jī)構(gòu)。如圖所示光柵垂直定位于一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，光柵、轉(zhuǎn)盤以及搖桿（正弦桿）連接成一體形成一個(gè)構(gòu)件，搖桿和絲桿組成正弦機(jī)構(gòu)。（1） 透過(guò)率測(cè)試原理：讓進(jìn)行波長(zhǎng)掃描（保持同樣的波長(zhǎng)接收），可得試樣在不同波長(zhǎng)下的透過(guò)率曲線其中：為透過(guò)試樣的光強(qiáng)（探測(cè)器接收），為入射光強(qiáng)（探測(cè)器接收），為透過(guò)率。（2） 吸收光

14、譜測(cè)量原理：吸收光譜反映了物質(zhì)本質(zhì)特性，特定的氣體、液體物質(zhì)有特定的吸收光譜。吸收度的定義為：和的定義同上。用分光光度計(jì)測(cè)得和，自動(dòng)計(jì)算可得吸收光度曲線，它就反映了物質(zhì)的吸收光譜。（3） 分光光度法檢測(cè)溶液濃度-朗伯比爾定律：式中為溶液濃度，、和的定義同上，為常數(shù)，它與入射光波長(zhǎng)以及溶液的性質(zhì)、液層厚度和溫度有關(guān)，為溶液厚度。 分光光度計(jì)可測(cè)得溶液濃度，用相對(duì)法 已知標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，再測(cè)得、就可算得。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 分析光柵式光電直讀光譜儀基本光學(xué)系統(tǒng)，繪制光路圖和機(jī)構(gòu)圖，記錄基本參數(shù)（焦距、主要尺寸）。2. 了解VC+采集軟件，以及計(jì)算機(jī)界面設(shè)計(jì)，包括：對(duì)話框、光譜曲線顯示。3. 用雙光束

15、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行高錳酸鉀溶液濃度測(cè)定。1） 吸收光譜法檢測(cè)高錳酸鉀溶液濃度。 首先配置已知濃度的高錳酸鉀溶液，再配置另一濃度的高錳酸鉀溶液，用分光光度計(jì)獲得高錳酸鉀溶液的吸收度曲線，以確定最大吸光度的波長(zhǎng)值（繪制下圖）。由于實(shí)驗(yàn)儀器故障，我們?cè)谶M(jìn)行本實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)法得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以無(wú)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，在此抱歉。四、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)掌握了吸收光譜法檢測(cè)物質(zhì)濃度和光電直讀光譜儀的使用方法；但是由于實(shí)驗(yàn)儀器故障，需要返廠維修，我們無(wú)法得到正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在黃鷹老師和陳晶田老師的同意下，我們跳過(guò)此實(shí)驗(yàn)，在此抱歉。實(shí)驗(yàn)六 光電透過(guò)率測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 學(xué)習(xí)典型光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2. 理解激

16、光透過(guò)率測(cè)量的原理3. 設(shè)計(jì)激光透過(guò)率測(cè)量系統(tǒng)的各部分電路二、實(shí)驗(yàn)原理 透過(guò)率的測(cè)量是光學(xué)測(cè)量的一項(xiàng)重要內(nèi)容， 在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、 物體的化學(xué)性質(zhì)、 生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 一般情況下， 輻射源的輻射要受到中介媒質(zhì) （大氣， 光學(xué)系統(tǒng)元件等） 的吸收，輻射等，只有一部分輻射功率透過(guò)媒質(zhì)， 最后被探測(cè)器接受。 當(dāng)以平行輻射束在媒質(zhì)中傳播時(shí)， 若媒質(zhì)有吸收，則在傳播一段距離之后，在垂直于傳播方向單位面積上的輻射能通量將減少。 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于在均勻吸收媒質(zhì)，如果不考慮散射時(shí)，被吸收的輻射能通量的相對(duì)值m 距離時(shí)， 輻射能通量就衰減為原來(lái)值得1/ e 。 除去吸收外， 散射也是輻射衰減原因之一

17、。 設(shè)有一輻射能通量為f 的平行輻射束， 入射到包含許多微粒質(zhì)點(diǎn)的非均勻媒質(zhì)上， 由于媒質(zhì)內(nèi)微粒的散射而衰減的相對(duì)值 / dff 與通過(guò)的距離 dx 成正比，即： 將上式從 0 到 x 積分，得到在 x 處的輻射能通量： 該式稱為散射定律，式中 (0) f 為在 x=0 處的輻射功率，m 為散射系數(shù)，與吸收情況相似，媒質(zhì)散射也是輻射能通量按指數(shù)規(guī)律衰減。 如果傳播媒質(zhì)中同時(shí)存在吸收和散射，則輻射能通量為f 的入射輻射在傳播 x 距離之后，透過(guò)的輻射能通量為： 上式稱為比爾朗伯定律。式中，激光透過(guò)媒質(zhì)后的光強(qiáng)與透過(guò)前的光強(qiáng)的比值稱為透過(guò)率。 又稱透射率或透射系數(shù)。如前所述，其計(jì)算公式為： 三、系

18、統(tǒng)組成框圖與說(shuō)明1.系統(tǒng)框圖 激光透過(guò)率測(cè)量系統(tǒng)得原理框圖如下：由經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光器發(fā)出的一定波長(zhǎng)的激光經(jīng)過(guò)介質(zhì)后衰減，光強(qiáng)減小，分別測(cè)量出激光通過(guò)介質(zhì)前后的光強(qiáng)， 即可測(cè)出激光通過(guò)此介質(zhì)的透過(guò)率。 光電傳感器將入射的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路，如 IV 轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、積分電路，將交流信號(hào)變成直流信號(hào)， 該直流信號(hào)的大小與入射到光電傳感器上的光信號(hào)的強(qiáng)度成正比， 通過(guò)測(cè)量該直流電流的大小即可測(cè)量出激光通過(guò)介質(zhì)的透過(guò)率。 1. 各部分電路說(shuō)明 驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路：為滿足半導(dǎo)體激光器對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率要求，可以設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)諧的方波發(fā)生器。方波發(fā)生頻率從 32KHZ 到 125HZ.。方波發(fā)生

19、器實(shí)際上是由以 NE 555 為核心的組成。 555 時(shí)基電路和 R16、R13、C12 等組成一個(gè)無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，它的振蕩頻率此多諧振蕩器產(chǎn)生的波形是具有一定占空比的方波，其中 將原理圖中的參數(shù)帶入公式可計(jì)算出從 555 產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率為 32KHZ.。參考電路如下： 本實(shí)驗(yàn)中，半導(dǎo)體激光器的調(diào)制頻率采用 1KHz。 光電傳感 I/V 轉(zhuǎn)換電路： 光電傳感器采用光電池， 由于光電池采用無(wú)偏置電路， 輸出信號(hào)為電流，所以后續(xù)的電路采用低噪聲、低偏置電流放大器 CA3140 設(shè)計(jì)了如圖 3 所示的 I/V 轉(zhuǎn)換電路。由電路的虛短與虛斷特性計(jì)算可知： 帶通濾波電路: 本方案設(shè)計(jì)一個(gè) 2 階壓

20、控電壓源帶通濾波器，要求中心頻率 f=1khz,增益Av =2，品質(zhì)因數(shù) Q=10，原理圖如圖所示。帶通濾波器的性能參數(shù)：積分電路：積分電路的作用是將輸入的交流信號(hào)變成直流信號(hào)，可以采用 AD536A 芯片。AD536A 能夠計(jì)算直流和交流信號(hào)的真有效值。在工作時(shí)，如果輸入的是幅值緩慢變化的直流信號(hào)，則它可以進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入直流信號(hào)的幅值變化較快時(shí)，由于直流誤差(平均誤差)和紋波誤差的存在，AD536A 的實(shí)際輸出值將與理想的輸出值略有差異。 當(dāng)采用如圖 5 所示的兩極濾波電路時(shí)， 在不增加穩(wěn)定時(shí)間的情況下， 可更有效地減小紋波。 對(duì)于恒定的紋波， 可以通過(guò)減小 C6、C4 和 C5 的

21、值來(lái)進(jìn)一步縮短穩(wěn)定時(shí)間。 由于直流誤差與濾波器無(wú)關(guān)，而僅與 C6 有關(guān)，所以在選擇 C6 時(shí)，只要考慮其直流誤差即可。經(jīng)過(guò) AD536 后輸出的是直流信號(hào)，與入射到光電傳感器上的光信號(hào)的強(qiáng)度成正比。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1、 實(shí)驗(yàn)背景介紹和整體演示； 2、 學(xué)生自己動(dòng)手調(diào)節(jié)光路，電路不作設(shè)計(jì)由已經(jīng)有的模塊來(lái)完成，記錄不同波片的透過(guò)率。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品0.90.790.50.320.10電壓（mV）897.6840.0516343114透過(guò)率0.89760.8400.5160.3430.114相對(duì)誤差/%0.266.33.27.214載物臺(tái)上無(wú)樣品時(shí)，V0=1000mV誤差分析1.電阻阻值

22、與標(biāo)稱值不相符；2.探測(cè)器受外界擾動(dòng)；3.探測(cè)器的靈敏度有限。 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了并計(jì)算樣品的光譜透過(guò)率，熟悉了光電探測(cè)系統(tǒng)的基本組成，掌握了透過(guò)率的測(cè)量原理及方法，并且基本完成了測(cè)量任務(wù)。實(shí)驗(yàn)七 攝像機(jī)原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 理解攝像機(jī)的工作原理2 掌握視頻信號(hào)的構(gòu)成3 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的疊加圖形二、電視攝像原理 一幅圖像，根據(jù)人眼對(duì)細(xì)節(jié)分辨力有限的視覺(jué)特性，總可以看成是由許多小單元組成。在圖像處理系統(tǒng)中， 這些組成畫(huà)面的的細(xì)小單元稱為象素， 象素越小， 單位面積上的象素?cái)?shù)目就越多，由其構(gòu)成的圖像就越清晰。 電視系統(tǒng)中， 把構(gòu)成一幅圖像的各象素傳送一遍稱為一個(gè)幀處理， 圖像的每幀由許多象素轉(zhuǎn)變

23、成相應(yīng)的電信號(hào)， 再分別用各個(gè)相應(yīng)信道把這些信號(hào)同時(shí)傳送出去， 接受端接收后又同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 恢復(fù)出原發(fā)射的信號(hào)。 1.電視掃描 只有對(duì)一幅圖象進(jìn)行分解和同步掃描之后，才可能對(duì)這幅圖象進(jìn)行傳遞和再現(xiàn)。因此，一個(gè)完整的電視信號(hào)不但應(yīng)有反映象素亮度的視頻信號(hào)還應(yīng)有保證與攝象管內(nèi)電子束進(jìn)行同步掃描的復(fù)合同步信號(hào)，以及在掃描逆程時(shí)關(guān)閉電子束的復(fù)合消隱信號(hào)！ 根據(jù)人眼的生理特點(diǎn)，在不產(chǎn)生亮度閃爍感和保證有足夠的清晰度的情況下，掃描頻率應(yīng)該在 48Hz 以上， 掃描行數(shù)須在 500 以上，為了使圖象清晰度不下降，又要減小系統(tǒng)的帶寬， 人們又提出了隔行掃描技術(shù)！隔行掃描方式是將一幀（一幅）電視圖象分成兩場(chǎng)進(jìn)

24、行掃描。第一場(chǎng)掃出光柵的第 1，3，5，7等奇數(shù)行，稱為奇數(shù)場(chǎng)；第二場(chǎng)掃第 2，4，6，8等偶數(shù)行，稱為偶數(shù)場(chǎng)。每一幀圖象經(jīng)過(guò)兩場(chǎng)掃描，所有象素即可掃完，電視電子束的掃描軌跡也稱為掃描光柵，如上圖所示。下圖所示為行掃描電流波形及水平(行)掃描示意圖。場(chǎng)掃描鋸齒電流及場(chǎng)偏轉(zhuǎn)軌跡如上圖所示 2.亮度視頻信號(hào) 視頻輸出的電壓大小， 反映了一行中對(duì)應(yīng)象素的明暗程度， 視頻信號(hào)具有正負(fù)極性之分，對(duì)于正極性視頻信號(hào)， 象素越亮信號(hào)的幅度越大， 而對(duì)于負(fù)極性視頻信號(hào)則相反， 象素越亮，信號(hào)的幅度越??！ 3.復(fù)合消隱信號(hào) 電視系統(tǒng)中掃描正程期間傳送圖像信號(hào)，逆程期間不傳送圖像信號(hào)。電子束逆程掃描在熒光屏上出現(xiàn)

25、回掃線， 將對(duì)正程的圖像造成干擾， 影響圖像的清晰度。 因此需使電視機(jī)在行、場(chǎng)掃描逆程期間電子束截止，以消除行、場(chǎng)逆程回掃線，即實(shí)現(xiàn)消隱。行消隱脈沖的寬度一般為 12us,場(chǎng)消隱脈沖寬度一般為 25TH，如下圖： 4.復(fù)合同步信號(hào) 在電視系統(tǒng)中 為了使電視機(jī)重現(xiàn)的圖像與攝像機(jī)拍攝的圖像完全一致， 要求接收端與發(fā)送端的電子束掃描必須同步。如果收、發(fā)端掃描不同步，則重現(xiàn)的圖像變形或不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)圖像混亂不能正常收看。完整的同步信號(hào)如下： 視頻同步信號(hào)同步脈沖疊加在消隱脈沖之上，亮度視頻信號(hào)則是插在相連的消隱脈沖之間。5.開(kāi)槽脈沖 從上述說(shuō)明中， 我們可以看到場(chǎng)同步信號(hào)的寬度遠(yuǎn)比行同步的要寬的多，

26、同時(shí)要比行周期還要寬， 這對(duì)于接受方獲取同步信號(hào)是很不利的。因此， 為了解決這個(gè)問(wèn)題， 作到準(zhǔn)確同步， 我們將場(chǎng)同步信號(hào)開(kāi)槽， 信號(hào)形成一系列的鋸齒形狀。 這些鋸齒脈沖中也包含有行同步信號(hào)，稱為“開(kāi)槽脈沖”。6.均衡脈沖 另外， 電視視頻信號(hào)中的行場(chǎng)同步信號(hào)的提取是不同。 行同步信號(hào)是幅度比較法獲得的，通過(guò)限幅電路來(lái)獲得同步； 我們看到， 場(chǎng)同步信號(hào)脈寬比行的要大的多， 因此通過(guò)對(duì)符合同步信號(hào)進(jìn)行積分后，用比較電路就可以獲得場(chǎng)同步信號(hào)。 為了保證奇偶場(chǎng)的場(chǎng)同步積分后波形相同，在場(chǎng)間又引入均衡脈沖！ 三、電視信號(hào)圖象疊加原理視頻信號(hào)及時(shí)間疊加是視頻信號(hào)中混入一定形狀的圖形或時(shí)間信號(hào)， 從而在屏幕

27、的特定位置上與圖象信號(hào)同時(shí)進(jìn)行顯示的設(shè)備。 本實(shí)驗(yàn)是要在視頻信號(hào)中疊加一個(gè)十字線， 其基本原理如下： 首先提取視頻信號(hào)中行場(chǎng)同步信號(hào)， 然后對(duì)行、 場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 產(chǎn)生一個(gè)與行場(chǎng)同步信號(hào)有穩(wěn)定關(guān)系的控制信號(hào)， 用這個(gè)控制信號(hào)控制模擬開(kāi)關(guān)， 模擬開(kāi)關(guān)的輸出就在 2 路輸入信號(hào) （十字線與視頻信號(hào)） 間的快速切換， 由于人眼視覺(jué)的暫留效應(yīng)， 在顯示器屏幕上看起來(lái)就是一幅疊加了十字線的圖像！ 下面是電視信號(hào)疊加圖像的原理框圖： 普通攝像頭輸出的是復(fù)合視頻信號(hào)，因而首先必須進(jìn)行分離。 1、視頻信號(hào)同步分離電路（1）、LM1881 芯片簡(jiǎn)介 為了使用方便， 我們使用集成視頻信號(hào)同步分離電路 LM1

28、881， 下面簡(jiǎn)單說(shuō)明 LM1881 的功能。 LM1881 視頻信號(hào)同步分離器能夠從幅度為 0.5V 到 2V 的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)同步 NTSC、PAL 和 SECA信號(hào)中提取定時(shí)信號(hào)，包括混合和場(chǎng)的同步脈沖定時(shí)和奇偶場(chǎng)信息。LM1881 的工作原理如下圖：LM1881 的使用十分方面，只需要直流 5V 到 12V 的單電源提供電壓，在使用的過(guò)程中，除了在 8 腳用電容耦合電源和在 6 腳用耦合電容設(shè)置電流外， 只僅僅需要在 2 腳耦合信號(hào)輸入耦合一個(gè)電容和在 6 腳設(shè)置一個(gè)電阻， 他們是用來(lái)確定內(nèi)部電流的； 如果輸入信號(hào)掃描頻率不是 15.734kHz，那么通過(guò)調(diào)節(jié) 6 腳可以保證 LM1881 器

29、件能夠使用。從該芯片中我們可以得到四種主要的同步信號(hào)： 混合同步信號(hào) （包括場(chǎng)行掃描時(shí)間信息）， 場(chǎng)同步脈沖， 沖激或鉗位脈沖和奇偶輸出。 實(shí)驗(yàn)儀器電路板中使用集成芯片 LM1881 分離出行場(chǎng)同步信號(hào)的電路如下： LM1881 構(gòu)成的行場(chǎng)分離電路其中：hs 表示復(fù)合同步輸出vs 表示場(chǎng)同步輸出EVEN/ODD 表示奇偶場(chǎng)同步輸出2、控制電路 控制電路的功能是要計(jì)算出疊加圖像的場(chǎng)、行位置值。實(shí)際上使用計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)儀使用大規(guī)模可編程邏輯電路 EPM7128SLC84 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) hs、vs 信號(hào)的計(jì)數(shù)。 3、疊加圖形 模擬開(kāi)關(guān)工作原理示意圖： 假設(shè)模擬開(kāi)關(guān)有二路輸入信號(hào) VideoIn

30、 1、VideoIn 2， 當(dāng)選擇信號(hào) VideoSe 為高電平時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)輸出為 VideoIn 1，當(dāng) VideoSe 為低電平時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)輸出為 VideoIn 2。一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1） 用示波器觀察復(fù)合視頻信號(hào)的波形。（2） 用示波器觀察場(chǎng)同步、行同步信號(hào)的波形并畫(huà)出這兩個(gè)波形圖。（3） 按動(dòng)S1S5，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（4）在實(shí)驗(yàn)儀的面包板上，用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)在監(jiān)視屏幕上任一位置的疊加一橫線或豎線。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：用兩片74HC161通過(guò)并行方式組成一個(gè)256進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用此計(jì)數(shù)器對(duì)hs信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出與CD4053的第10腳相連，通過(guò)控制CD4053的輸出在原圖像和橫

31、線的快速切換，就可以在顯示器上疊加一條橫線的圖像。二、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解了攝像機(jī)的工作原理和視頻信號(hào)的組成；掌握了視頻信號(hào)中疊加圖像、文字的原理和方法，并在視頻信號(hào)中疊加了時(shí)間和日期、十字線等圖像，基本完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。實(shí)驗(yàn)八 光譜透過(guò)率測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解單色儀結(jié)構(gòu)、原理和使用方法；進(jìn)一步了解鎖定放大器的工作原理以及其使用方法。（2）掌握單色儀的定標(biāo)方法及用單色儀測(cè)定濾光片光譜透過(guò)濾的方法。深入理解微弱信號(hào)檢測(cè)的原理。（3）學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)檢測(cè)試樣的光譜透過(guò)率的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 單色儀工作原理光柵單色儀的光路結(jié)構(gòu)如圖1所示，入射到光柵單色儀的自然光或復(fù)色光，經(jīng)入射狹縫S1后

32、投射到球面反射鏡M1上。S1處于M1的聚焦面上。因此反射光為平行光束。這束平行光束經(jīng)閃耀光柵G分光后，分成不同波長(zhǎng)的平行光束以不同的衍射角投向球面反射經(jīng)M2。球面鏡M2起照相物鏡的作用，這些平行光束經(jīng)過(guò)M2、M3反射后成像在他的聚焦面上，從而得到一系列的光譜。出射狹縫位于球面鏡M2的聚焦面上。根據(jù)它開(kāi)啟的寬度大小，允許波長(zhǎng)間隔非常狹窄的一部分光束射出狹縫S2。圖1 WDG30型光柵單色儀原理圖當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以在狹縫S2處得到光譜純度高的不同波長(zhǎng)的單色光束。這樣單色儀就起到了將入射的復(fù)色光分解成一系列獨(dú)立的單色光的作用。使用單色儀時(shí)首先要用標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)單色儀的讀數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)光源

33、采用的是高壓汞燈，它有404.7nm、407.8nm、435.8nm、546.1nm、577nm、579.1nm幾條特征譜線，根據(jù)這些譜線可以對(duì)單色儀的讀數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。2. 鎖定放大器工作原理本實(shí)驗(yàn)選用南京大學(xué)生產(chǎn)的HB-211型精密雙相鎖定放大器，它是一種新型正交鎖定放大器，能精確地測(cè)量被淹沒(méi)在嗓聲、干擾背景中的微弱信號(hào)。該鎖定放大器采用了多點(diǎn)信號(hào)平均和相敏檢波聯(lián)合使用的技術(shù)，完成對(duì)被測(cè)信號(hào)同相分量和正交分量的檢測(cè)。并具有動(dòng)態(tài)范圍大、漂移小等特點(diǎn)。儀器原理框圖如圖2所示，主要包括以下幾大部分：輸入信號(hào)部分、參考信號(hào)部分、信號(hào)處理部分、單片機(jī)功能控制及測(cè)量值顯示PC機(jī)接口部分、電源及其它部分。圖

34、2 HB-211型精密雙相鎖定放大器原理框圖（1）輸入信號(hào)通道輸入信號(hào)通道由低噪聲前置放大器，量程控制放大器，高通、低通濾波器三部分組成。高通、低通濾波器，是由運(yùn)算放大器和R,C組成的二階高通、低通濾波器，原理圖如圖3所示。由高通、低通濾波器組成帶通濾波器，根據(jù)待測(cè)信號(hào)的頻率選擇高通、低通濾波器的載止頻率，組成以待測(cè)信號(hào)頻率為中心的帶通特性，抑制干擾，提高儀器的過(guò)載能力和動(dòng)態(tài)范圍。高通、低通濾波器通截止頻率可調(diào)。組成的濾波器只能放大被測(cè)信號(hào)及其頻率附近帶寬內(nèi)的噪聲，使遠(yuǎn)離信號(hào)頻率的噪聲或干擾被抑制，達(dá)到減小干擾或解除過(guò)載的目的。圖3 高通、低通濾波器原理圖（2）參考信號(hào)通道鎖定放大器是利用相關(guān)

35、接收原理，從噪聲或干擾背景中檢測(cè)微弱信號(hào)，因此，他必須要有一個(gè)參考信號(hào)通道。參考通道的作用是將外部輸入的參考信號(hào)(同步信號(hào))，加工成信號(hào)處理部分要求的同頻方波。經(jīng)鎖相環(huán)和分頻器組成的倍頻電路。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行倍頻(2f工作模式)或不倍頻(f工作模式)。f,2f工作模式根據(jù)測(cè)量要求，由單片機(jī)控制。f,2f電路的輸出去觸發(fā)寬帶相移電路。相移量0,90,180,270由單片機(jī)控制，調(diào)節(jié)面板旋轉(zhuǎn)能產(chǎn)生0100的相移量，此相移器調(diào)節(jié)的相移量是移動(dòng)方波的上升沿，用此上升沿去觸發(fā)由鎖相環(huán)構(gòu)成的倍頻和分頻電路。（3）信號(hào)處理部分信號(hào)處理部分是本儀器的核心，對(duì)信號(hào)進(jìn)行多點(diǎn)平均和相關(guān)處理，從而能達(dá)到從噪聲或干擾背景

36、中檢測(cè)信號(hào)，信號(hào)處理部分的原理框圖如圖4所示。圖4 信號(hào)處理部分原理框圖由信號(hào)通道輸出的信號(hào)，設(shè)為,為輸入信號(hào)的振幅，為相對(duì)于參考信號(hào)的相位差。此信號(hào)經(jīng)由參考信號(hào)通道輸出的f,2f方波控制的四點(diǎn)平均器進(jìn)行信號(hào)平均。多點(diǎn)信號(hào)平均器相當(dāng)于一個(gè)帶通放大器，帶通的中心頻率由參考方波的頻率決定，當(dāng)參考信號(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)，此帶通放大器的中心頻率也隨著變化。因此，多點(diǎn)信號(hào)平均器相當(dāng)于一個(gè)跟蹤濾波器，能抑制干擾和噪聲。本儀器采用的多點(diǎn)信號(hào)平均器是由一個(gè)電阻和四個(gè)由開(kāi)關(guān)控制的電容器組成，在一個(gè)周期內(nèi)四個(gè)開(kāi)關(guān)輪流接通，即每一個(gè)電阻電容組成的積分器在四分之一的周期內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分。把與參考信號(hào)(觸發(fā)開(kāi)關(guān)的同步信號(hào))

37、同頻率的正弦波在四個(gè)電容器上積分，在電容上的穩(wěn)態(tài)電壓分別為:式中為放大倍數(shù)，為輸入信號(hào)的幅值，為輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的相位差。多點(diǎn)信號(hào)平均器的輸出信號(hào),通過(guò)放大后，與參考信號(hào)的調(diào)相方波進(jìn)行相敏檢波，相敏檢波器是開(kāi)關(guān)式的相敏檢波器，對(duì)于控制開(kāi)關(guān)的同頻信號(hào)相對(duì)于的相位差分別為0、90、180、270的輸出波形對(duì)應(yīng)的直流分量分別是: 、。是放大倍數(shù)。相敏檢波器的開(kāi)關(guān)同步信號(hào)是參考信號(hào)輸出的調(diào)相方波。與的相位差分別為0、90、180、270四個(gè)頻率為1024Hz的周期依次改變，每一種相位占四分之一周期，因此，相敏檢波器的同步開(kāi)關(guān)用控制，輸出信號(hào)通過(guò)低通濾波和放大后，在多點(diǎn)信號(hào)平均器中進(jìn)行同步積累，由

38、于模擬多點(diǎn)信號(hào)平均器的同步開(kāi)關(guān)信號(hào)與調(diào)相同步開(kāi)關(guān)是同一個(gè)1024Hz的信號(hào)控制的，能保證嚴(yán)格同步。如圖4所示。多點(diǎn)信號(hào)平均器的輸出波形，多點(diǎn)信號(hào)平均器內(nèi)四個(gè)電容上輪流輸出的電壓分別為、。其中K為總放大倍數(shù)。這波形中包含了被測(cè)信號(hào)的同相分量和正交分量。（4）同相、正交分量測(cè)量電路被測(cè)信號(hào)用直角坐標(biāo)分量表示，就需測(cè)量出同相分量和正交分量信號(hào)平均器的輸出信號(hào)，通過(guò)兩個(gè)電位器進(jìn)行分壓后，分成兩路，分別輸給同相分量通道和正交分量通道的相敏檢波器(PSD)，兩通道的電路完全一樣，由相敏檢波器(PSD)和低通濾波器組成，所不同的正交PSD只響應(yīng)多點(diǎn)信號(hào)平均器輸出波形中的電壓，同相PSD只響應(yīng)電壓。通過(guò)低通濾

39、波器后，最后的輸出的直流電壓為：同相分量，正交分量，很顯然，這兩個(gè)量是相敏的，可以作為矢量電壓表使用，或任何一路都可以作為單通道鎖定放大器使用。上述兩通道的低通濾波器的時(shí)間常數(shù)，通過(guò)單片機(jī)控制。本儀器的測(cè)量顯示是由A/D變換及單片機(jī)處理后。在液晶屏上同時(shí)顯示，兩分量。三、實(shí)驗(yàn)儀器鎖定放大器、光柵單色儀、溴燈、斬光器、高壓汞燈、會(huì)聚透鏡、濾光片等。鎖定放大器的使用1.信號(hào)輸入2.接地端子3.時(shí)間常數(shù)的選擇4.參考模式f，2f的使用5.直角坐標(biāo)分量,和極坐標(biāo),的測(cè)量。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包擴(kuò)單色儀的定標(biāo)和光譜特性的測(cè)量。光譜特性的測(cè)量即利用寬光譜的鹵素?zé)翡鍩糇鞴庠?，分別測(cè)量探測(cè)器在

40、直接接收單色儀出射光和透過(guò)被測(cè)樣品時(shí)的光譜響應(yīng)，從而求出幾種樣品的光譜透過(guò)率。2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）校準(zhǔn)單色儀按圖5裝置擺好光路，調(diào)整透鏡盡量使得汞燈的光能聚焦在單色儀的入射狹縫，使透鏡高壓汞燈單色儀觀察出光狹縫圖5 單色儀校準(zhǔn)裝置示意圖更多的光能進(jìn)入單色儀。在單色儀出射狹縫從小到大旋轉(zhuǎn)光柵單色儀的轉(zhuǎn)輪，可以觀察到汞燈精細(xì)明亮的6條特征譜線，實(shí)際波長(zhǎng)依次為404.7nm、407.8nm、435.8nm、546.1nm、577nm、579.1nm。記下每條譜線單色儀對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，為消除誤差，測(cè)量23次取平均值。（2）光譜透過(guò)率測(cè)量按照?qǐng)D6所示裝置放置好實(shí)驗(yàn)儀器，溴燈聚焦后的光斑落在單色儀入射狹縫上。調(diào)

41、制器輸出的信號(hào)（根據(jù)使用斬波器內(nèi)外徑選擇合適的檔位和輸出端口）接鎖定放大器參考信號(hào)輸入端。探測(cè)器的輸出接鎖定放大器信號(hào)輸入A端口。將鎖定放大器的接地端子與大地連接，設(shè)置好儀器的各功能項(xiàng)。溴燈調(diào)制器單色儀探測(cè)器樣品信號(hào)輸入鎖定放大器A B參考輸入調(diào)制信號(hào)輸出圖6 光譜透過(guò)率測(cè)試裝置示意圖 測(cè)量樣品的光譜透過(guò)率，調(diào)節(jié)單色儀，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，每隔一定波長(zhǎng)（10或20nm）記錄探測(cè)器的光譜響應(yīng)值（為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可測(cè)多組）。在光路中放入待測(cè)樣品，放入樣品的時(shí)候盡可能使得光線正入射到樣品，以免發(fā)生反射或樣品等效厚度發(fā)生變化，重復(fù)上述步驟。3.數(shù)據(jù)處理分別整理用鎖定放大器和高精讀萬(wàn)用表測(cè)得數(shù)據(jù)，繪出被測(cè)樣品

42、光譜透過(guò)率曲線。由于探測(cè)器后的放大電路有一定直流偏置，用萬(wàn)用表測(cè)量和鎖定放大器的測(cè)量數(shù)據(jù)在計(jì)算透過(guò)率時(shí)有所不同。用鎖定放大器測(cè)量時(shí)，透過(guò)率，其中是放入待測(cè)樣品后測(cè)得的電壓值、為未放待測(cè)樣品的電壓值。三、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1、 使用汞燈進(jìn)行單色儀校準(zhǔn)2、樣品的光譜透過(guò)率測(cè)量Vr1為樣品1的電壓測(cè)量值Vr2為樣品2的電壓測(cè)量值Vr為不加樣品的電壓測(cè)量值由此可以繪出樣品1的光譜透過(guò)率曲線樣品2的光譜透過(guò)率曲線3、濾光片的帶寬特性測(cè)量1號(hào)片中心波長(zhǎng)為633nm，電壓隨波長(zhǎng)變化特性：波長(zhǎng)/nm380420460500540580600610Vr/mV0.10.10.10.110.110.120.120

43、.12波長(zhǎng)/nm620625630635640650690730Vr/mV0.130.510.690.320.140.130.120.101號(hào)片電壓隨波長(zhǎng)變化曲線：5號(hào)片中心波長(zhǎng)為532nm，電壓隨波長(zhǎng)變化特性：波長(zhǎng)/nm380420460500510520525530Vr/mV0.10.10.10.10.10.110.190.99波長(zhǎng)/nm535540550590630670710Vr/mV1.490.650.10.10.10.10.15號(hào)片電壓隨波長(zhǎng)變化曲線：四、 實(shí)驗(yàn)小結(jié)實(shí)驗(yàn)中使用了鎖定放大器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。樣品1和樣品2在短波長(zhǎng)區(qū)域透過(guò)率都很低，明顯屬于長(zhǎng)波長(zhǎng)透過(guò)率材料；其中樣品2

44、在700nm附近有100%的透過(guò)率峰值。濾光片的帶寬測(cè)量中，1號(hào)和5號(hào)濾光片的3dB帶寬為20nm左右，窄帶濾波特性較好。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性主要是由于實(shí)際測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)電壓值有抖動(dòng)，。實(shí)驗(yàn)九 紅外報(bào)警器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、 概述紅外報(bào)警器是利用工作在紅外波段的光電探測(cè)器制作的一種光電探測(cè)系統(tǒng)，它能替代人看守倉(cāng)庫(kù)或監(jiān)視一定范圍的場(chǎng)所，當(dāng)有人或異物進(jìn)入時(shí)，便可發(fā)出聲光報(bào)警，告訴主人出現(xiàn)了意外情況，以便采取應(yīng)急措施。紅外探測(cè)器及偏置報(bào)警電路放大及處理驅(qū)動(dòng)電路紅外光發(fā)射源圖1-1 主動(dòng)式紅外報(bào)警器原理框圖常用的紅外報(bào)警器，按其工作方式可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。圖1-1為主動(dòng)式紅外報(bào)警器的原理框圖。由

45、紅外光源發(fā)出的紅外輻射被紅外探測(cè)器接收，紅外輻射信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)信號(hào)放大和處理電路后送報(bào)警電路。這種報(bào)警器實(shí)際上分為發(fā)送和接收兩個(gè)部分，分開(kāi)放置。當(dāng)沒(méi)有人和物進(jìn)入這兩部分時(shí)，紅外輻射沒(méi)有被阻斷，報(bào)警器處于一種狀態(tài)，不報(bào)警。一旦有人或物進(jìn)入這兩部分之間，紅外輻射被阻斷，報(bào)警器立即翻轉(zhuǎn)到另外一種狀態(tài)，即可發(fā)出聲光報(bào)警，或以其它方式報(bào)警。圖1-2 被動(dòng)式紅外報(bào)警器原理框圖被動(dòng)式紅外報(bào)警器的原理框圖如圖1-2所示，這種報(bào)警器實(shí)際上只有接受部分，當(dāng)有人和物體進(jìn)入其監(jiān)視范圍內(nèi)時(shí)，人或物體發(fā)出的紅外輻射被紅外探測(cè)器接收后，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大和處理，就會(huì)發(fā)出報(bào)警。因此在設(shè)計(jì)和選用紅外報(bào)警器時(shí)，必須根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)

46、合，做出合理的選擇。這種選擇是多因素綜合的結(jié)果，答案不是唯一的。二、 設(shè)計(jì)方案 要求設(shè)計(jì)一個(gè)主動(dòng)式紅外報(bào)警器，所以必須選擇合適的紅外發(fā)光二極管和光電二級(jí)管（或光電三級(jí)管），主要使它們的發(fā)光波段和接收波段能夠互相對(duì)應(yīng)。 首先查閱光電手冊(cè)，經(jīng)過(guò)多種因素考慮選擇紅外發(fā)光二級(jí)管 HG413，其發(fā)光波段集中在0.95um 附近，相應(yīng)的接收器件選擇2CU1光電二極管。其光譜響應(yīng)曲線的峰值在0.88um附近，到0.95um時(shí)仍然有70%的峰值響應(yīng)故可選用。因?yàn)闆](méi)有響應(yīng)峰值在0.95um的光電二極管。也只好這樣配置。 根據(jù)紅外發(fā)光二極管 HG413 的參數(shù)，和紅外報(bào)警的要求，設(shè)計(jì)發(fā)射部分電路如圖5-1所示。圖2-1紅外報(bào)警器發(fā)射部分原理圖這是一個(gè)由555電路組成的多諧振蕩器，振蕩頻率為3.1kHz。調(diào)節(jié)R3的大小可限制通過(guò)HG413 的電路，從而決定發(fā)射強(qiáng)度，也就決定了接收距離。本設(shè)計(jì)中R3使用100歐可變變阻器，方便調(diào)節(jié)。圖2-2紅外報(bào)警器接收部分原理圖紅外報(bào)警器接收部分如圖5-2 所示。這里RL是光電二極管2CU的偏置電路，RC是交流耦合電路，A1構(gòu)成電壓跟隨器。A2及其外圍阻容元件構(gòu)成有源濾波器。A3 構(gòu)成反相比例放大器。D3 和R7、C3組成半波整流濾波電路