光電傳感器實驗指導(dǎo)書

1、光電傳感器技術(shù)實驗指導(dǎo)太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院 太原理工大學(xué)測控技術(shù)研究所2014年10月21日 實驗一 光敏電阻特性參數(shù)及其測量1、光敏電阻伏安特性實驗1.1、實驗?zāi)康?通過本實驗，認識并學(xué)習(xí)光敏電阻，掌握光敏電阻的基本工作原理，變換電路和它的光照特性和伏安特性等基本參數(shù)及其測量方法。達到會用光敏電阻器件進行光電檢測方面應(yīng)用課題的設(shè)計。1.2、實驗儀器 GDS-(或)型光電綜合實驗平臺1 臺； LED 光源1 個； 光敏電阻 1 個； 通用光電器件實驗裝置 2 只 光電器件支桿 2 只； 連接線 20 條； 示波器探頭2 條； 注意事項：LED發(fā)光二極管正負極性問題（從側(cè)面觀察兩條引出

2、線在管體內(nèi)的形狀，較小的是正極），與之對應(yīng)的通用光電器件實驗裝置中，白螺釘一端為正極，黑螺釘一端為負極。通用光電器件引線紅色為正，黑色為負。1.3、實驗原理 某些物質(zhì)吸收了光子的能量后，產(chǎn)生本征吸收或雜質(zhì)吸收，從而改變了物質(zhì)電導(dǎo)率的現(xiàn)象稱為物質(zhì)的光電導(dǎo)效應(yīng)。利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料（如硅、鍺等本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體，硫化鎘、硒化鎘、氧化鉛等）可以制成電導(dǎo)(或電阻)隨入射光度量變化器件，稱為光電導(dǎo)器件或光敏電阻。 當光敏電阻受到光的照射時，其材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化，表現(xiàn)出阻值的變化。光照越強，它的電阻值越低。因此，可以通過一定的電路得到輸出信號隨光的變化而改變的電壓或電流信號。測量信號電壓或電流很

3、小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）將急劇變化，因此電路中電流將迅速增加。便可獲得光敏電阻隨光或時間變化的特性，即光敏電阻的特性參數(shù)。1.4、實驗步驟 利用圖1實驗裝置可以測量出光敏電阻的伏安特性，并能夠畫出其伏安特性曲線。 實驗過程可以采用如下步驟：下面利用光電綜合實驗平臺提供的硬件資源，模擬示波、模擬伏安特性以及其功能軟件，直接對光敏電阻進行伏安特性的測量實驗，在計算機界面上直接得到光敏電阻的伏安特性曲線。 具體實驗步驟如下： a. 電路接通無誤后將LED與光敏電阻閉合、固定，接通平臺電源，進入如平臺軟件的主界面，在主界面中點擊“伏安特性實驗”選項。在參數(shù)設(shè)置框中對伏

4、安特性實驗的參數(shù)進行設(shè)置，主要有兩項，分別是采樣頻率（250Hz）階梯波與掃描鋸齒波的工作頻率，和發(fā)出鋸齒波的級數(shù)選擇(4級)。點擊示波器進行觀測。 b. 執(zhí)行“返回”，更換采集方式。返回到主界面后，單擊“數(shù)據(jù)采集”菜單，顯示屏將顯示出光敏電阻的伏安特性曲線，保存數(shù)據(jù)。1.5、實驗結(jié)果及分析 測量光敏電阻伏安特性。 思考：圖1中R2、R3的作用。2、光敏電阻時間響應(yīng)特性實驗2.1、實驗?zāi)康?通過本實驗，認識并學(xué)習(xí)光敏電阻，掌握光敏電阻的基本工作原理，變換電路和它的光照特性和伏安特性等基本參數(shù)及其測量方法。達到會用光敏電阻器件進行光電檢測方面應(yīng)用課題的設(shè)計。2.2、實驗儀器 GDS-(或)型光電

5、綜合實驗平臺1 臺； LED 光源1 個； 光敏電阻 1 個； 通用光電器件實驗裝置 2 只 光電器件支桿 2 只； 連接線 20 條； 示波器探頭2 條；2.3、實驗原理(1) 弱輻射條件下的時間響應(yīng) 設(shè)入射輻射如右圖上方的方波所示光脈沖，其輻射通量e 表示為： 光敏電阻的光電導(dǎo)率和光電流Ie 隨時間變化的規(guī)律為如上圖下方所示的輸出波形，其變化規(guī)律為：式中0 與Ie0 分別為弱輻射作用下的光電導(dǎo)率和光電流的穩(wěn)態(tài)值。 顯然，當t >> r 時，=0，Ie =I e0；當t = r 時， =0.630，I =0.63I e0； r 定義為光敏電阻的上升時間常數(shù)，即光敏電阻的光電流上升

6、到穩(wěn)態(tài)值Ie0 的63%所需要的時間。 停止輻射時，入射輻射通量e 與時間的關(guān)系為： 同樣，可以推導(dǎo)出停止輻射情況下的光電導(dǎo)率和光電流隨時間的變化規(guī)律 當t =f 時，0 下降到 =0.370，I e0 下降到I =0.37I e0；當t >>f 時，0 與I e0 均下降到0；可見，在輻射停止后，光敏電阻的光電流下降到穩(wěn)態(tài)值的37%所需要的時間稱為光敏電阻的下降時間常數(shù)，記為f。 顯然，光敏電阻在弱輻射作用下的上升時間常數(shù)r 與下降時間常數(shù)f 近似相等。（2）強輻射條件下的時間響應(yīng) 如右圖所示為較強的輻射通量e（圖的上方）脈沖作用于光敏電阻時的輸出波形（圖的下方波形），無論對本征

7、型還是雜質(zhì)型的光敏電阻，光激發(fā)載流子的變化規(guī)律由下式表示，其中，設(shè)入射輻射為方波脈沖光敏電阻電導(dǎo)率 的變化規(guī)律為：其光電流的變化規(guī)律為： 顯然，當t>>時，=0，Ie=I e0；當t=時，=0.760，Ie=0. 76 Ie0。在強輻射入射時，光敏電阻的光電流上升到穩(wěn)態(tài)值的67%所需要的時間r定義為強輻射作用下的上升時間常數(shù)。 當停止輻射時，由于光敏電阻體內(nèi)的光生電子和光生電荷需要通過復(fù)合才能恢復(fù)到輻射作用前的穩(wěn)定狀態(tài)，而且隨著復(fù)合的進行，光生載流子數(shù)密度在減小，復(fù)合幾率在下降，所以，停止輻射的過渡過程要遠遠大于入射輻射的過程。停止輻射時光電導(dǎo)率和光電流的變化規(guī)律可表示為：2.4、

8、實驗步驟 利用圖1實驗裝置可以測量出光敏電阻的時間響應(yīng)特性，并能夠畫出其時間響應(yīng)特性曲線。 具體實驗步驟如下： a. 電路接通無誤后將LED與光敏電阻閉合、固定，接通平臺電源，進入如平臺軟件的主界面，在主界面中點擊“時間響應(yīng)實驗”選項。然后，再從時間響應(yīng)實驗欄的“采樣頻率”選項中設(shè)置適當?shù)念l率，最后，采用兩個示波探頭CH1 與CH2 分別接在電阻Re 端測量方波輸入脈沖和光敏電阻變換電路的輸出上，然后點擊“采集數(shù)據(jù)”菜單。 “時間相應(yīng)測量結(jié)果的界面”，界面分為兩部分，上部顯示加在光敏電阻上的輸入方波脈沖的波形，其橫軸為時間坐標，顯示以方波脈沖光作用到光敏電阻上，下部分為光敏電阻變化電路的輸出信

9、號，對比上下兩部分波形，觀測光敏電阻的時間響應(yīng)特性。 b.調(diào)節(jié)R2，使得方波信號工作在非飽和狀態(tài)。測量光敏電阻在強（R1=510）、弱（R1=1M）兩種輻射作用下時間響應(yīng)特性。例如，弱輻射的上升時間測量方法為：上升曲線邊緣處點擊鼠標右鍵，在上升到穩(wěn)態(tài)50%點擊鼠標右鍵，弱輻射條件下光敏的上升時間為兩者差，可從界面右下角處直接讀出。 2.5、實驗結(jié)果及分析 測量光敏電阻在強、弱兩種輻射作用下時間響應(yīng)特性，并分別計算出對應(yīng)的上升、下降時間，將結(jié)果進行比較。關(guān)機與結(jié)束 所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果（包括實驗曲線）保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新補作上述實驗；若合理，可以進行關(guān)機； 先將實驗平

10、臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱； 將實驗所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準后離開實驗室。實驗二 光電二極管的特性參數(shù)及其測量1、實驗?zāi)康?硅光電二極管是最基本的光生伏特器件，掌握了光電二極管的基本特性參數(shù)及其測量方法對學(xué)習(xí)其他光伏器件十分有利。通過該實驗，要熟悉光電二極管的光電靈敏度、時間響應(yīng)、光譜響應(yīng)等特性。2、實驗儀器 GDS-(或)型光電綜合實驗平臺1 臺； LED 光源1 個； 光電二極管 1 只； 通用光電器件實驗裝置 3 只； 光電器件支桿 2 只； 連接線 20 條； 示波器探頭2 條；注意事項：LED與光電二極管的區(qū)別以及正負極性問題（從頂端看去，能夠看出它們的差異

11、，光電二極管的光敏面積，即顯深顏色部分，較大；發(fā)光二極管沒有）。光電二極管的長引腳為正、短引腳為負。通用光電器件引線紅色為正，黑色為負。3、實驗原理 光電二極管是典型的光生伏特器件，它只有一個 PN 結(jié)。光電二極管的全電流方程為： 式中前一項稱為擴散電流，也稱為暗電流，用Id 表示；后一項為光生電流，常用IP 表示。顯然，擴散電流Id 與加在光電二極管上的偏置電壓U有關(guān)，當U=0 時，擴散電流為0。擴散電流Id 與偏置電壓U 的關(guān)系為： 式中，ID 為PN 結(jié)的反向漏電流，與材料中的雜質(zhì)濃度有關(guān)；q 為電子電荷量，k 為波爾曼常數(shù)，T 為環(huán)境的絕對溫度。顯然，上式描述了光電二極管的擴散電流與普

12、通二管沒有什么區(qū)別。而與入射輻射有關(guān)的電流Ip 為： 式中， h 為普朗克常數(shù)，為硅材料的吸收系數(shù)，d 為光電二極管在光行進方向上的厚度，為入射光的波長。顯然，對單色輻射來講，當光電二極管確定后，上述參數(shù)均為常數(shù)。 因此，結(jié)論為光電二極管的光電流隨入射輻射通量e，線性變化，式中的負號表明光生電流的方向與擴散電流的方向相反。4、實驗內(nèi)容 光電二極管伏安特性的測量； 光電二極管時間響應(yīng)特性的測量；（選作） 5、實驗步驟 光電二極管伏安特性的測量 a. 將LED、光電二極管接入中通用光電器件實驗裝置（注意正負極性），按圖1搭建電路。電路檢查無誤后將LED與光電二極管閉合，避免雜散光的影響，打開實驗平

13、臺開關(guān)。 b. 調(diào)出光電綜合實驗平臺的執(zhí)行軟件界面，在界面上先選中“伏安特性實驗”。點擊界面上的“示波器”，所示的示波器顯示界面，選擇通道1 為紅色，通道2 為藍色，再點擊“開始”菜單，屏幕上將顯示出各通道輸入信號的波形。 c. 調(diào)節(jié)電路參數(shù)，使輸出信號波形的每個臺階的高度均有一定的差異，高度尺寸不太小或太大，此時光電二極管的變換電路調(diào)得比較合適。點擊停止按鍵，然后在主界面上再點擊“數(shù)據(jù)采集”，保存光電二極管器件的伏安特性曲線圖。 光電二極管時間響應(yīng)特性的測量 a. 按圖2搭建電路，電路檢查無誤后，進行“時間響應(yīng)實驗” 。 b. 調(diào)節(jié)電路參數(shù)，觀測時間響應(yīng)特性，并保存。6、實驗結(jié)果及分析 測量

14、光電二極管的伏安特性曲線。 測量光電二極管的時間響應(yīng)特性曲線。關(guān)機與結(jié)束 所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果（包括實驗曲線）保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新補作上述實驗；若合理，可以進行關(guān)機； 先將實驗平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱； 將實驗所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準后離開實驗室。實驗三 PSD位置傳感器實驗1. 實驗?zāi)康?通過 PSD 光電位置傳感器的原理實驗，掌握光伏器件的橫向效應(yīng)和利用橫向效應(yīng)制造出的光點位置傳感器（PSD），并了解有關(guān)PSD 的應(yīng)用技術(shù)。2. 實驗儀器 GDS-（或）型光電綜合實驗平臺主機1 臺； 一維PSD 光電位置傳感器及其夾持器1 件； 點

15、狀半導(dǎo)體激光器1 只； 二維調(diào)整架1 只；3. 實驗內(nèi)容 將裝載有點光源的被測物體所發(fā)出的圓形光點落入到一維 PSD 器件上，其兩個電極分別輸出兩路電流，電流強度的和與差值與光點距器件中心位置的距離有關(guān)，因此，可用電流強度來度量光點在PSD 上的位置，既用電流測出被測物體的位置。4. 實驗原理 如右圖所示為PIN型PSD器件的結(jié)構(gòu)示意圖，它由3層構(gòu)成，上面為p型層，中間為i型層，下面為n型層；在上面的p型層上設(shè)置有兩個電極，兩電極間的p型層除具有接受入射光的功能外還具有橫向分布電阻的特性。即p型層不但為光敏層，而且是一個均勻的電阻層。 當光束入射到PSD器件光敏層上距中心點的距離為xA時，在入

16、射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號電荷，此電荷形成的光電流通過電阻p型層分別由電極1與2輸出。設(shè)p型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離為2L，流過兩電極的電流分別為I1和I2，則流過n型層上電極的電流I0為I1與I2之和。即： 若以PSD器件的幾何中心點O為原點，光斑中心距原點O的距離為xA，則：利用上式即可測出光斑能量中心對于器件中心的位置xA，它只與電流I1和I2的和、差及其比值有關(guān)，而與總電流無關(guān)。5. 實驗步驟 a. 搭建實驗裝置。從實驗平臺備件箱中取出PSD 實驗裝置，并將其用支持架固定在光電綜合實驗平臺上。固定的時候要求PSD 光敏面與光學(xué)平臺臺面平行。然后再將點狀半導(dǎo)體激光器（LD

17、 光源）裝置安裝到下面裝有二維調(diào)整架上，使二維調(diào)整架能夠沿PSD 長度方向微調(diào)，構(gòu)成右圖所示的結(jié)構(gòu)。 b. 將激光器LD電源正極與Vcc連接，負極與50電阻串聯(lián)后接地。串聯(lián)電阻的作用為防止電路電流過大燒壞激光器。 c. PSD器件搭設(shè)。PSD有三個引腳：紅、黃、黑，紅色引腳接電流表正極，黃色引腳接另一電流表正極，黑色引腳分別接入電流表負極。 d. 打開試驗臺開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)整架位置，使激光器的光斑落在PSD的中間位置，分別讀出I1與I2的值。然后調(diào)節(jié)微調(diào)器，使光斑沿PSD敏感面移動，邊移動邊記錄電流I1與I2的值，從調(diào)整架或微調(diào)器上測出位移量X，觀測并記錄位移量與電流變化量的關(guān)系。6. 實驗結(jié)果及

18、分析 畫出X與I1-I2的關(guān)系曲線。思考入射光電大小對測量結(jié)果的影響。關(guān)機與結(jié)束 將所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果（包括實驗曲線）保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新作上述實驗；若合理，可以關(guān)機； 先退出計算機軟件，關(guān)掉計算機電源，再將實驗平臺的電源關(guān)掉； 最后，將所用的配件放回配件箱；將實驗所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準后離開實驗室。實驗四 非接觸物體外形尺寸的測量實驗1、實驗?zāi)康谋緦嶒炇窃诠怆娋C合實驗平臺上利用線陣 CCD 相機、非接觸測量物體尺寸的基本部件和成像物鏡等自行搭建的方法來完成，通過實際搭建的測量系統(tǒng)使學(xué)生的動腦分析、動手操作的能力大幅度提升，對系統(tǒng)的認識程度也會得到

19、提升與鍛煉。2、實驗所需儀器設(shè)備 GDS-(或GDS-)型光電綜合實驗平臺1 臺； 線陣CCD 相機1 臺； 50mm 焦距的成像物鏡1 只； 被測物夾持器1 只； 模擬被測桿件3mm、5mm、8mm 各1 只； 遠心照明光源1 只； 磁性表座3 只； 若用GDS-型光電綜合實驗平臺時，必須配置PC 計算機1 臺；3、利用線陣CCD進行非接觸測量物體尺寸的基本原理線陣CCD 的輸出信號包含了CCD 各個像元所接收光強度的分布和像元位置的信息，使它在物體尺寸和位置檢測中顯示出十分重要的應(yīng)用價值。CCD 輸出信號的二值化處理常用于物體外形尺寸、物體位置、物體震動（振動）等的測量。將被測物體A 置于

20、成像物鏡的物方視場中，將線陣CCD 像敏面恰好安裝在成像物鏡的最佳像面位置上。圖4-1 線陣CCD測量尺寸物體外徑原理圖當被均勻照明的被測物體A 通過成像物鏡成像到CCD 的像敏面上時，被測物體像黑白分明的光強分布使得相應(yīng)像敏單元上存儲載荷了被測物尺寸信息的電荷包，通過CCD 及其驅(qū)動器將載有尺寸信息的電荷包轉(zhuǎn)換為如圖4-1 右側(cè)所示的時序電壓信號（輸出波形）。根據(jù)輸出波形，可以測得物體A 在像方的尺寸D ，再根據(jù)成像物鏡的物像關(guān)系，找出光學(xué)成像系統(tǒng)的放大倍率，便可以用下面公式計算出物體A 的實際尺寸DD = D / （4-1）顯然，只要求出D ，就不難測出物體A 的實際尺寸D。線陣CCD 的

21、輸出信號UO 隨光強的變化關(guān)系為線形的，因此，可用UO 模擬光強分布。采用二值化處理方法將物體邊界信息（圖4-1 中的N1 與N2）檢測出來是簡單快捷的方法。有了物體邊界信息便可以進行上述測量工作。4、實驗內(nèi)容 建立非接觸測量物體外形尺寸的基本結(jié)構(gòu)； 觀測二值化處理過程中CCD 的輸出信號； 在進行二值化閾值電平調(diào)整的過程中，觀察閾值電平的調(diào)整對測量值的影響； 進行光學(xué)系統(tǒng)放大倍率的標定；5、實驗步驟 先從配件箱中找出所需儀器設(shè)備（配件），在光學(xué)平臺上用磁性表座將遠心照明光源安裝與固定在平臺的一側(cè)，可以參考然如圖4-2 所示的結(jié)構(gòu)圖。 再用磁性表座將被測物固定裝置安放到遠心照明光源前（距光源2

22、0mm 為最佳），模擬被測物桿件的頂端應(yīng)高出光源出光的上端（遠心照明光源正極接+5V,負極接1K電位器，然后接地）； 再用一個磁性表座將平臺提供的TCD1252 線陣CCD 相機安裝固定到平臺的另一側(cè)（如圖4-2 所示），安裝時要注意相機的中心高度與遠心照明光源光軸中心盡量等高； 將50mm 成像物鏡連同接圈一起安裝到線陣CCD 相機上； 用平臺提供的電源將遠心照明光源點亮，用白紙觀察被測物在遠心光源下所成的像，調(diào)整被測物的位置，使被測物的像位于視場中間部位，然后將屏向相機鏡頭方向移動，直到鏡頭，并使器像恰好在鏡頭的中部。到此，目視粗調(diào)完成。圖4-2 平臺上尺寸測量實驗裝置系統(tǒng)圖 在光學(xué)平臺上

23、找到LCCD（線陣CCD）的7 針插座，將相機的電纜線上的7 孔插座插到其上； 啟動光電綜合實驗平臺的計算機電源，進入“帶實驗裝置”文件夾，點擊之，彈出如圖各種實驗軟件選項，找到尺寸測量軟件；在被測夾持器中夾入5mm被測桿件，計算放大倍率并進行標定；6、實驗結(jié)果及分析 建立非接觸測量物體外形尺寸的基本結(jié)構(gòu)； 對二值化處理過程中CCD 的輸出信號進行觀測； 在進行二值化閾值電平調(diào)整的過程中，觀察閾值電平的調(diào)整對測量值的影響； 寫出實驗總結(jié)報告，解釋為何不同閾值下測量結(jié)果有差異，造成這種差異的原因有幾點。關(guān)機與結(jié)束 所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果（包括實驗曲線）保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則要重

24、新補作上述實驗；若合理，可以進行關(guān)機； 先將實驗平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱； 將實驗所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準后離開實驗室。實驗五 利用線陣CCD測量物體的傾斜角度1、實驗?zāi)康膽?yīng)用彩色線陣 CCD 可以測量物體的傾斜角度，學(xué)習(xí)利用線陣CCD 測量被測物體傾斜角度的方法能夠幫助學(xué)生進一步掌握線陣CCD 的基本應(yīng)用問題，培養(yǎng)學(xué)生充分發(fā)揮想象力，增強創(chuàng)新設(shè)計能力。2、實驗所需儀器設(shè)備 GDS-（或）型光電綜合實驗平臺1 臺； TCD1251D 相機1 臺； 模擬物體傾斜角度實驗裝置 1 臺； 50mm 焦距成像物鏡1 臺； 遠心照明光源 1 只； 磁性表座底座 3 只；3、

25、利用彩色線陣CCD測量物體傾斜角度的原理利用線陣 CCD 測量物體傾斜角度的方法有很多，其實質(zhì)都屬于尺寸測量和位移量測量的類型。常用的測量方法有兩種。第一種方法為用單色線陣CCD 的測量方法，在如圖5-1所示中的水平粗線代表線陣CCD 的像敏單元陣列，假設(shè)被測物體的軸線與像元排列方向垂直，線陣CCD 將測出它的直徑寬度為D，當該物體旋轉(zhuǎn)了角度 后，CCD 測量出來的寬度值也發(fā)生變化，變?yōu)镈S。被測物的傾斜角度 的計算公式為cos-1 ( D / DS ) （5-1）圖5-1 測傾斜方法4、實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)利用彩色線陣 CCD 測量被測物體傾斜角度的基本原理。掌握利用彩色線陣 CCD 測量傾角的方法

26、。5、實驗步驟 從平臺備件箱中取出3 只磁性表座、支桿、模擬物體傾斜角度實驗裝置、遠心照明光源和TCD1251D 相機； 在 GDS-型平臺上搭建時，應(yīng)該參考如圖5-2所示的結(jié)構(gòu)進行搭建，同樣，傾斜實驗裝置應(yīng)該靠近遠心照明光源；圖5-2 在型平臺上搭建傾角測量系統(tǒng) 將遠心照明光源用平臺上的電源將其點亮（可以利用平臺上的所有資源），使模擬傾斜的被測物圖像能夠被線陣CCD相機所接收； 將 50mm 成像物鏡安裝到相機上； 將相機的電纜線與平臺的“LCCD”接口接好； 將 GDS-型光電綜合實驗平臺的計算機啟動，并調(diào)出事先裝好的角度測量實驗軟件，彈出如圖5-3 所示的軟件界面；圖5-3 平臺上搭建傾

27、斜角度測量實驗軟件界面 先將被測量的桿件至于垂直放置，在軟件界面“尺寸測量”框中點擊“寬度D”，測量出桿件的直徑D，然后，再將桿件調(diào)到傾斜一定的角度，再點擊“寬度DS”，測量出傾斜放置時的DS 值，此時，在角度測量窗內(nèi)就可以讀到傾角角度值。6、實驗結(jié)果及分析 根據(jù)彩色線陣 CCD 測量被測物體傾斜角度的基本原理，對被測桿件進行角度測量； 寫出實驗總結(jié)報告，思考光源與被測物間的距離變化會有什么樣的影響？ 關(guān)機與結(jié)束 所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果（包括實驗曲線）保存好，分析實驗結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新補作上述實驗；若合理，可以進行關(guān)機； 先將實驗平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱； 將實驗所

28、用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準后離開實驗室。實驗六 用線陣CCD測量物體的振動1、實驗?zāi)康?通過搭建物體振動的實驗系統(tǒng)掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)成； 通過實驗掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對測量結(jié)果的影響。 學(xué)習(xí)用線陣CCD 測量物體振動參數(shù)的方法。2、所需器材 GDS-（或）型光電綜合實驗平臺1 臺； TCD1251D 相機1 臺； YHZD-型振動實驗裝置1 臺； 遠心照明光源1 只； 磁性表座 2 只； 支桿 2 只； PC 計算機（在只有GDS-型平臺情況）1 臺；3、實驗原理物體振動的測量常需要測量的振動參數(shù)為振幅、頻率和相位。用線陣 CCD 測量這些參數(shù)的測量原理結(jié)構(gòu)如圖6-1 所示。利用安裝在光

29、學(xué)成像物鏡像面上的線陣CCD 對振動過程中的物進行成像并其邊界信息連續(xù)地采樣輸出，測量電路不斷地找出被測物體像的中心在線陣CCD 向面上的位置，顯然，它是時間的函數(shù)，設(shè)其為W(t)。如果物體做周期運動，則函數(shù)W(t)為周期函數(shù)，周期T 的倒數(shù)為物體振動的頻率f；W(t)最大值與最小值之差的一半應(yīng)該為物體的振動幅度。如何采集物體像在線陣CCD 像面上位置的函數(shù)W(t)是測量物體振動的關(guān)鍵。圖6-1振動測量原理圖線陣 CCD 在驅(qū)動脈沖的作用下周期性地輸出每個像元所接收的光強信息，其周期為行同步脈沖Fc 的周期，也為線陣CCD 的積分時間ting。在同步脈沖Fc 的周期內(nèi)利用二值化數(shù)據(jù)采集方法或A/D 數(shù)據(jù)采集方法總能夠測出被測物