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 某：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敏電阻與外光電效應(yīng)光電元件間的基本差別。這種差別是當(dāng)增加電壓時(shí)，光敏電阻的光電流沒有飽和現(xiàn)象，因此，它的靈敏度正比于外加電壓。光敏電阻與外光電效應(yīng)光電元件不同，具有非線性的光照特性。各種光敏電阻的非線性程度都是各不相同的。大多數(shù)場(chǎng)合證明，各種光敏電阻均存在著分析關(guān)系。這一關(guān)系為式中，K為比例系數(shù)；是永遠(yuǎn)小于1的分?jǐn)?shù)。光電流的增長(zhǎng)落

2、后于光通量的增長(zhǎng)，即當(dāng)光通量增加時(shí)，光敏電阻的積分靈敏度下降。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)不能利用光敏電阻。光照的非線性特性并不是一切光敏半導(dǎo)體都必有的。目前已有就像真空光電管樣，它的光電流隨光通量線性增大的光敏電阻的實(shí)驗(yàn)室試樣。光敏電阻的積分靈敏度非常大，最近研究出的硒鎘光敏電阻達(dá)到12Alm，這比普通銻、銫真空光電管的靈敏度高120，000倍。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、光敏電阻的暗電流、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=V暗/RL,亮電流L亮=V亮/RL，亮電流與暗電流之差

3、稱為光電流，光電流越大則靈敏度越高。2、伏安特性光敏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)得給定偏壓時(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光敏電阻的測(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：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敏電阻的類型、部結(jié)構(gòu)及其

4、基本特性，也熟練掌握了光敏電阻的特性測(cè)試的方法。隨著偏置電壓的增加，光敏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)相干公司的光功率計(jì)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，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

5、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)置為綠光激光器和白光光源的波長(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650nm56.1mW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

6、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)的光源。由于PSD器件對(duì)光點(diǎn)位置的變化非常敏感而對(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

7、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 3。透鏡1透鏡2ABCbcLDPSDa 圖 3 PSD測(cè)試系統(tǒng)的光路圖由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

8、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)。 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。注意激光束照射到反射面上時(shí)的情況，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

9、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VO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VO1、VO2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)位置的變化非常敏感，故每次螺旋測(cè)微儀旋轉(zhuǎn)10格（1/10mm）,并將位移值（mm）與輸出電壓值（V0）記錄列表，做出V/X曲線，求出靈敏度S，SV/X。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)：位移/mm12345678910電壓/V-0.048-0.096-0.137-0.192-0.242-0.290-0.336-0.382-

10、0.433-0.494向后移位時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)：位移/mm12345678910電壓/V0.0600.1110.1590.2030.2400.2890.3350.3740.4120.452曲線擬合：靈敏度： 0.0489580.043364五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過本次試驗(yàn)了解了光電位置敏感器件的部結(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傳感器的靈敏度。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

11、：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)采集和處理后由圖像采集程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為位圖文件存放到硬盤中。隨后在測(cè)量程序中打開此文件，用戶根據(jù)測(cè)量目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)幾何成像原理，即根據(jù)透鏡成像原理建立物面與像面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖5所示，待測(cè)物休通過物鏡成像在CCD光敏元上，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

12、以在本測(cè)量系統(tǒng)中采用了實(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)域分割從圖像中分離目標(biāo)物體，然后提取并細(xì)化其邊緣，通過測(cè)量程序擬和邊緣及計(jì)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)量程序輸出像素個(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. 幾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

13、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:(2)用目標(biāo)的距可以求出它的A心坐標(biāo):(3)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)計(jì)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)與圓心計(jì)算出半徑的平均值和均方差。然后根招 3原則剔除偽邊緣點(diǎn)，再重復(fù)計(jì)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

14、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，使目標(biāo)圖像最為清晰。需要注意的是，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)直徑圓形目標(biāo)（D0=10mm），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/D0。軟件操作具體如下：<1>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）采集圖片，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)行計(jì)