光電探測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、光電探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：10050341 學(xué)號(hào)：05姓名：解嫻實(shí)驗(yàn)一光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解一些常見的光敏電阻的器件的類型；2了解光敏電阻的基本特性；3測(cè)量不同偏置電壓下的光敏電阻的電壓與電流，并作出V/A曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理伏安特性顯示出光敬電阻與外光電效應(yīng)光電元件間的基本差別。這種差別是當(dāng)增 加電壓時(shí)，光敬電阻的光電流沒有飽和現(xiàn)象，因此，它的靈敬度正比于外加電壓。光敬電阻與外光電效應(yīng)光電元件不同，具有非線性的光照特性。各種光敬電 阻的非線性程度都是各不相同的。大多數(shù)場(chǎng)合證明，各種光敬電阻均存在著分析關(guān)系。這一關(guān)系為<0 =式中，K為比例系數(shù)：是永遠(yuǎn)小于1的分?jǐn)?shù)。光電流的

2、增長(zhǎng)落后于光通量的增長(zhǎng)，即當(dāng)光通量增加時(shí)，光敏電阻的積分靈 敬度下降。這樣的光照特性，使得解算許多要求光電流與光強(qiáng)間必需保持正比關(guān)系的問 題時(shí)不能利用光敬電阻。光照的非線性特性并不是一切光敬半導(dǎo)體都必有的。H前已有就像真空光電 管一樣，它的光電流隨光通量線性增大的光敬電阻的實(shí)驗(yàn)室試樣。光敬電阻的積 分靈墩度非常大，最近研究出的硒一蹣光敏電阻達(dá)到12A/11U,這比普通錘、艷 真空光電管的靈敬度高120, 000倍。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、光敬電阻的暗電流、亮電流、光電流按照?qǐng)D1接線，電源可從+2V+8V間選用，分別在暗光和正常環(huán)境光照下 測(cè)出輸出電壓V暗和V亮。則暗電流L暗二V暗/RL,亮電流L亮二V

3、亮/RL,亮電流 與暗電流之差稱為光電流，光電流越大則靈敬度越高。2、伏安特性光敬電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系即為伏安特性。按照?qǐng)D1 接線，分別測(cè)得偏壓為2V、4V、6V、8V、10V時(shí)的光電流，并嘗試高照度光源的光強(qiáng)，測(cè)得給定偏圧時(shí)光強(qiáng)度的提高與光電流增大的情況。將所測(cè)得的結(jié)果 填入表格并做出V/I曲線。圖1光敬電阻的測(cè)量電路偏壓2V4V6V8V10V12V光電阻I四. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下:光電流：E/V246810U/V0.090.210.320.430.56I/uA1427.54255.270.5暗電流：0.5uA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:擬合曲線如下:直線方程；Y=121.24kS

4、五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過本次實(shí)驗(yàn)了解了一些常用的光敬電阻的類型、部結(jié)構(gòu)及其基本特性，也 熟練掌握了光敬電阻的特性測(cè)試的方法。隨著偏置電圧的增加，光敬電阻的伏安 特性曲線呈線性增長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)二光源光功率測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光功率計(jì)的原理；2. 掌握光功率計(jì)的使用方法；3 了解不同光源的功率值。二、實(shí)驗(yàn)原理采用美國(guó)相干公司的光功率訃測(cè)量，其工作原理為：光功率計(jì)是測(cè)量光纖上 傳送的信號(hào)強(qiáng)度的設(shè)備，用于測(cè)量絕對(duì)光功率或通過一段光纖的光功率相對(duì)損耗。 在光纖系統(tǒng)中，測(cè)量光功率是最基本的。光功率計(jì)的原理非常像電子學(xué)中的萬用 表，只不過萬用表測(cè)量的是電子，而光功率計(jì)測(cè)量的是光。通過測(cè)量發(fā)射端機(jī)或 光網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)功率

5、，一臺(tái)光功率計(jì)就能夠評(píng)價(jià)光端設(shè)備的性能。用光功率計(jì)與穩(wěn) 定光源組合使用，組成光損失測(cè)試器，則能夠測(cè)量連接損耗、檢驗(yàn)連續(xù)性，并幫 助評(píng)估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。三、實(shí)驗(yàn)步驟分別測(cè)量了紅光激光器、綠光激光器和白光光源：1打開光功率計(jì)，預(yù)熱一段時(shí)間；2 將波長(zhǎng)設(shè)置為紅光激光器的波長(zhǎng)；3. 打開對(duì)應(yīng)激光器，在光功率計(jì)上測(cè)得其光功率值；4. 依次將波長(zhǎng)設(shè)置為綠光激光器和口光光源的波長(zhǎng)，重復(fù)第3步。5. 記錄測(cè)得數(shù)據(jù)值。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：光源波長(zhǎng)光功率紅光532nm8.20uW綠光650nm56.1 mW白光700nm93.2uW五.實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過此次光源光功率測(cè)試實(shí)驗(yàn)，初步了解了光功率計(jì)的工作原理及

6、光功率的 測(cè)量方法，學(xué)會(huì)了光功率計(jì)的使用。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)光的功率有了一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí), 而且提高了我們的動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)三光電位置敏感器件PSD傳感器一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解光電位置敏感器件的部結(jié)構(gòu)；2了解PSD傳感器的工作原理；3. 學(xué)會(huì)使用PSD傳感器測(cè)量微小位移。二. 實(shí)驗(yàn)原理PSD測(cè)試系統(tǒng)的基本組成：本測(cè)試系統(tǒng)主要有PSD基座、半導(dǎo)體激光器、反 射屏、PSD及處理電路單元組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2 PSD測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖半導(dǎo)體激光器能輸出頻率單一，能量集中，功率穩(wěn)定性好的光信號(hào)，具有 體積小、亮度高、重量輕、方向性好、壽命長(zhǎng)、抗沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)。所以采 用半導(dǎo)體激光器作為光電測(cè)試系統(tǒng)的光

7、源。山于PSD器件對(duì)光點(diǎn)位置的變化非常敬感而對(duì)光斑的形狀無嚴(yán)格要求，即 輸出信號(hào)與光的聚焦無關(guān)，只與光的能量中心有關(guān)，所以讓反射屏連接在一個(gè)帶有螺旋測(cè)微儀的平臺(tái)上，通過旋轉(zhuǎn)螺旋測(cè)微儀來改變反射體離激光器的距離 從而改變光線照在聚光 透鏡上的位置最終達(dá)到改變光點(diǎn)離PSD中心的距離。其光路圖如圖3o圖3 PSD測(cè)試系統(tǒng)的光路圖111 PSD的工作原理及其探測(cè)位置線性度的討論可知，從PSD電極輸出的電 信號(hào)并不直接是位置信號(hào)，必須對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)一步處理才能得到光斑的入射 位置。當(dāng)允許將PSD封裝起來使用而且入射光比較強(qiáng)時(shí)，可以忽略背景光電流 和暗電流，即采用恒定連續(xù)光源，光電流為直流信號(hào)，處理電路框

8、圖如圖4所 示（即PSD處理電路單元），前置處理部分將從PSD兩電極輸出的微弱電流轉(zhuǎn)換 成電壓并放大，運(yùn)算處理部分按照位置公式將兩路電壓信號(hào)相加、相減和相除， 最終輸出位置信號(hào)。前置處理運(yùn)算處理IILJ圖4PSD處理電路單元三. 實(shí)驗(yàn)步驟1、通過基座上端圓形觀察孔觀察PSD器件及在基座上的安裝位置，連接好 PSD器件與處理電路，開啟儀器電源,輸出端Vo接電壓表,此時(shí)因無光源照射,PSD 前聚焦透鏡也無因光照射而形成的光點(diǎn)照射在PSD器件上,Vo輸出的為環(huán)境光的噪聲電壓，試用一塊遮光片將觀察圓孔蓋上，觀察光噪聲對(duì)輸出電壓的變化。2、將激光器插頭插入“激光電源”插口，激光器安裝在基座圓孔中并固定。

9、 注意激光束照射到反射面上時(shí)的惜況，光束應(yīng)與反射面垂直。旋轉(zhuǎn)激光器角度, 調(diào)節(jié)激光光點(diǎn)，（必要時(shí)也可調(diào)節(jié)PSD前的透鏡）使光點(diǎn)盡可能集中在器件上。3、仔細(xì)調(diào)節(jié)位移平臺(tái)，用電壓表觀察輸出電壓Y0的變化，當(dāng)輸出為零時(shí), 再分別測(cè)兩路信號(hào)電壓輸出端V01、V02的電壓值，此時(shí)兩個(gè)信號(hào)電壓應(yīng)是基本 一致的。4、從原點(diǎn)開始，位移平臺(tái)分別向前和向后位移10mm,因?yàn)镻SD器件對(duì)光點(diǎn) 位置的變化非常墩感，故每次螺旋測(cè)微儀旋轉(zhuǎn)10格（l/10mm）,并將位移值（mm） 與輸岀電壓值（V0）記錄列表，做出V/X曲線，求出靈敬度S, S = AV/AXo根 據(jù)曲線分析其線性。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)向前移位時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)：A/

10、田莊C JS蒐戲攜貞芬合曲絃123466789付祓/mm0.5D460.4磁0.3MQ2D.150.1戯 A/出曲位移/mm12345678910電壓/V-0. 048-0.096-0.137-0. 192-0. 242-0. 290-0.336-0.382-0. 433-0. 191向后移位時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù):位移/mm12345678910電壓/V0. 0600. 1110. 1590. 2030. 2400. 2890. 3350. 3740. 1120. 452曲線擬合:直線方稈:Y=-0. 048958x1+0. 0042667 直線方程：Y=0. 043364x2+0. 025靈敬度：

11、5=0. 0489581 AXS?= =0. 043364AX五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過本次試驗(yàn)了解了光電位置敬感器件的部結(jié)構(gòu)及PSD傳感器的工作原理。 并且實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)了使用PSD傳感器測(cè)量微小位移。通過整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了 PSD傳感器的靈敬度。實(shí)驗(yàn)四CCD攝像法測(cè)徑實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)了解CCD實(shí)驗(yàn)儀器的安裝及操作；2. 了解CCD實(shí)驗(yàn)儀的測(cè)量原理及相應(yīng)的算法；3. 熟練掌握使用CCD實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)量圓孔直徑。二、實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量原理:測(cè)量系統(tǒng)在圖像獲取環(huán)節(jié)首先通過CCD攝像機(jī)攝取物體圖像, 接著經(jīng)圖像采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理后山圖像采集程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為位圖文 件存放到硬盤中。隨后在測(cè)量程序中打開此

12、文件，用戶根據(jù)測(cè)量訂的剪取感 興趣的圖像區(qū)域，然后再經(jīng)過圖像處理和分析得到測(cè)量結(jié)果。整個(gè)測(cè)量過程依據(jù)兒何成像原理，即根據(jù)透鏡成像原理建立物面與像面 上對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的兒何對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖5所示，待測(cè)物休通過物鏡成像在CCD 光敬元上，在經(jīng)過攝像機(jī)輸出、采樣、量化可得到與物體尺寸成一定比例的 數(shù)字圖像。量化后可得確立這種比例關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)實(shí)際尺寸的測(cè)量。然而由 于實(shí)際的鏡頭與理論卜的理想透鏡有較大差別，其物像關(guān)系也不是和理想透 鏡成像公式描述的那么簡(jiǎn)單，所以在本測(cè)量系統(tǒng)中釆用了實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法， 即通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)量實(shí)驗(yàn)確立物像間的尺寸比例關(guān)系。實(shí)際標(biāo)定時(shí)，我們使用標(biāo)準(zhǔn)量塊作為試件，首先利用區(qū)域分割從圖像

13、中分離 LI標(biāo)物體，然后提取并細(xì)化其邊緣，通過測(cè)量程序擬和邊緣及訃算其長(zhǎng)寬所 占的像素跨距N。在已知其長(zhǎng)寬的實(shí)際尺寸W的條件下，系統(tǒng)放大比例系數(shù) 可通過公式K=W/N計(jì)算獲得，它表示了一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的目標(biāo)空間的實(shí)際尺 寸。在測(cè)量程序輸岀像素個(gè)數(shù)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的K值即可獲得實(shí) 際尺寸的測(cè)量結(jié)果。為了避免隨機(jī)誤差的干擾，我們采取了多次標(biāo)定取平均 值的方法。圖5兒何成像圖圓形尺寸測(cè)量算法：我們知道最能全面描述圖像統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的就是它的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。根據(jù)理論定義的形狀描述是非常有實(shí)際意義的，離散圖像f(x,y)的矩定 義為：(1)如果是二值圖像，則矩可按下式計(jì)算：mpq 厶' J (2)用

14、LI標(biāo)的距可以求出它的A心坐標(biāo)：驗(yàn)本系統(tǒng)中對(duì)圓的測(cè)量就是利用了圓心與重心重合的特點(diǎn)，首先對(duì)物體圖 像采用統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器進(jìn)行濾波，然后選取閥值將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，利 用公式(2) (3)訃算其重心即圓心坐標(biāo)。再對(duì)濾波后的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)確定其 邊緣點(diǎn)，通過這些邊緣點(diǎn)與圓心訃算出半徑的平均值和均方差。然后根招3o原則剔除偽邊緣點(diǎn)，再重復(fù)訃算圓心和半徑一次從而得到測(cè)量結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)步驟（一）在被測(cè)物前安裝好攝像頭，連接CCD穩(wěn)壓電源，視頻線正確連接圖像 卡與攝像頭。（二）檢查無誤后進(jìn)入測(cè)量程序，啟動(dòng)圖像采集后，屏幕窗口即顯示被測(cè)物 的圖像，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)CCD的鏡頭前后位置，使LI標(biāo)圖像最為清晰。需要

15、注意的 是，如果不能正常顯示圖像時(shí)，檢查設(shè)置的視頻標(biāo)準(zhǔn)是否正確，設(shè)置如下：（1）打開 BtWDMCap（2）選擇工具欄的 Option/video Capture Filter（3）在視頻標(biāo)準(zhǔn)中選擇PALN（三）尺寸標(biāo)定：先取一標(biāo)準(zhǔn)直徑圓形日標(biāo)（DOTOmm）,根據(jù)測(cè)試程序測(cè) 定其屏幕圖像的直徑D1 （單位用象素表示），則測(cè)量常數(shù)K=D1/D0o軟件操作 具體如下：vl調(diào)整CCD攝像機(jī)與物體之間的距離，使得物體顯示最清晰，記下物距；2使用捕捉（capture）釆集圖片，即點(diǎn)擊按鈕，并指定地方保存圖片；3進(jìn)行中值濾波，點(diǎn)擊按鈕；4選擇閥值點(diǎn)進(jìn)行對(duì)圖像二值化，點(diǎn)擊按鈕，然后拖動(dòng)滑塊。5進(jìn)行二值化處理，點(diǎn)擊按鈕；6二值化后進(jìn)行直徑測(cè)量，點(diǎn)擊按鈕，把鼠標(biāo)拖到二值化后的圓形圖上，右邊條 形塊中的Distance顯示的數(shù)據(jù)就是圖像像素長(zhǎng)度（即像素跨距），然后進(jìn)