光電傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

光電傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)一光敏電阻特性參數(shù)及其測量

1、光敏電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)1.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)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(dá)到會(huì)用光敏電阻器件進(jìn)行光電檢測方面應(yīng)用課題的設(shè)計(jì)。1.2、實(shí)驗(yàn)儀器GDS-m（或W）型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)；LED光源1個(gè)；光敏電阻1個(gè)；通用光電器件實(shí)驗(yàn)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(xiàng)：LED發(fā)光二極管正負(fù)極性問題（從側(cè)面觀察兩條引出線在管體內(nèi)的形狀，較小的是正極），與之對(duì)應(yīng)的通用光電器件實(shí)驗(yàn)裝置中，白螺釘一端為正極，黑螺釘一端為負(fù)極。通用光電器件引線紅色為正，黑色為負(fù)。1.3、實(shí)驗(yàn)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(dāng)光敏電阻受到光的照射時(shí)，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(qiáng)，它的電阻值越低。因此，可以通過一定的電路得到輸出信號(hào)隨光的變化而改變的電壓或電流信號(hào)。測量信號(hào)電壓或電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，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(shí)間變化的特性，即光敏電阻的特性參數(shù)。利用圖1實(shí)驗(yàn)并能夠畫出其伏1.4、實(shí)驗(yàn)步驟居齒波裝置可以測量出光敏電阻的伏安特性，光敏電阻安特性曲線。利用圖1實(shí)驗(yàn)并能夠畫出其伏示'波器圖1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)過程可以采用如下步驟：下面利用光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(duì)光敏電阻進(jìn)行伏安特性的測量實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)界面上直接得到光敏電阻的伏安特性曲線。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：電路接通無誤后將LED與光敏電阻閉合、固定，接通平臺(tái)電源，進(jìn)入如平臺(tái)軟件的主界面，在主界面中點(diǎn)擊“伏安特性實(shí)驗(yàn)”選項(xiàng)。在參數(shù)設(shè)置框中對(duì)伏安特性實(shí)驗(yàn)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要有兩項(xiàng)，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(jí)數(shù)選擇（4級(jí)）。點(diǎn)擊示波器進(jìn)行觀測。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(shí)驗(yàn)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(shí)間響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)2.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)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(dá)到會(huì)用光敏電阻器件進(jìn)行光電檢測方面應(yīng)用課題的設(shè)計(jì)。2.2、實(shí)驗(yàn)儀器GDS-m(或W)型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)；LED光源1個(gè)；光敏電阻1個(gè)；通用光電器件實(shí)驗(yàn)裝置2只光電器件支桿2只；連接線20條;輻射通量中e示波器探頭2條；2.3、實(shí)驗(yàn)原理(1)弱輻射條件下的時(shí)間響應(yīng)輻射通量中e設(shè)入射輻射如右圖上方的方波所示光脈沖，其表示為：光敏電阻的光電導(dǎo)率△a和光電流Ie隨時(shí)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：A序=A口。(1-)1=屁〔1-次)式中△a0與七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(dāng)t>>r時(shí)，△a=△a°，Ie=I疽當(dāng)t=tr時(shí)，△a=0.6必a。，I=0.63Ie0；tr定義為光敏電阻的上升時(shí)間常數(shù)，即光敏電阻的光電流上升到穩(wěn)態(tài)值七e°的63%所需要的時(shí)間。停止輻射時(shí)，入射輻射通量中e與時(shí)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(shí)間的變化規(guī)律當(dāng)t=rf時(shí)，△o°下降到△o=0.37Ao當(dāng)t=rf時(shí)，△o°下降到△o=0.37Ao0，Ie0下降到I=0.37Ie0；當(dāng)t>>rf時(shí)，△o0與Ie0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(shí)間稱為光敏電阻的下降時(shí)間常數(shù)，記為rf。顯然，光敏電阻在弱輻射作用下的上升時(shí)間常數(shù)tr與下降時(shí)間常數(shù)Tf近似相等。（2）強(qiáng)輻射條件下的時(shí)間響應(yīng)如右圖所示為較強(qiáng)的輻射通量中e（圖的上方）阻時(shí)的輸出波形（圖的下方波形），無論對(duì)本征型電阻，光激發(fā)載流子的變化規(guī)律由下式表示，其中，脈沖光敏電阻電導(dǎo)率。的變化規(guī)律為:脈沖作用于光敏電還是雜質(zhì)型的光敏設(shè)入射輻射為方波2.4、實(shí)驗(yàn)步驟利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置可以測量出光敏電阻并能夠畫出其時(shí)間響應(yīng)特性曲線。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.電路接通無誤后將LED與光敏電阻閉圖1實(shí)驗(yàn)裝置光敏電阻示'波器2.4、實(shí)驗(yàn)步驟利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置可以測量出光敏電阻并能夠畫出其時(shí)間響應(yīng)特性曲線。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.電路接通無誤后將LED與光敏電阻閉圖1實(shí)驗(yàn)裝置光敏電阻示'波器R3=10KQ的時(shí)間響應(yīng)特性，R6=100Q合、固定，接通Ie=I0；當(dāng)t=r時(shí)，△o=0.76Ao0Ie=I0；當(dāng)t=r時(shí)，△o=0.76Ao0，I=0.76I°。在強(qiáng)輻射r當(dāng)停止輻射時(shí)，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(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射輻射的過程。停止輻射時(shí)光電導(dǎo)率和光電流的變化規(guī)律可表示為:◎+127平臺(tái)電源，進(jìn)入如平臺(tái)軟件的主界面，在主界面中點(diǎn)擊“時(shí)間響應(yīng)實(shí)驗(yàn)”選項(xiàng)。然后，再從時(shí)間響應(yīng)實(shí)驗(yàn)欄的“采樣頻率”選項(xiàng)中設(shè)置適當(dāng)?shù)念l率，最后，采用兩個(gè)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(diǎn)擊“采集數(shù)據(jù)”菜單?！皶r(shí)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(shí)間坐標(biāo)，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號(hào)，對(duì)比上下兩部分波形，觀測光敏電阻的時(shí)間響應(yīng)特性。b.調(diào)節(jié)R2，使得方波信號(hào)工作在非飽和狀態(tài)。測量光敏電阻在強(qiáng)（R1=510Q）、弱（R1=1MQ）兩種輻射作用下時(shí)間響應(yīng)特性。例如，弱輻射的上升時(shí)間測量方法為：上升曲線邊緣處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在上升到穩(wěn)態(tài)50%點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，弱輻射條件下光敏的上升時(shí)間為兩者差，可從界面右下角處直接讀出。2.5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析測量光敏電阻在強(qiáng)、弱兩種輻射作用下時(shí)間響應(yīng)特性，并分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的上升、下降時(shí)間，將結(jié)果進(jìn)行比較。關(guān)機(jī)與結(jié)束所測的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)曲線）保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新補(bǔ)作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以進(jìn)行關(guān)機(jī)；先將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱；將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)二光電二極管的特性參數(shù)及其測量1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康墓韫怆姸O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(duì)學(xué)習(xí)其他光伏器件十分有利。通過該實(shí)驗(yàn)，要熟悉光電二極管的光電靈敏度、時(shí)間響應(yīng)、光譜響應(yīng)等特性。2、實(shí)驗(yàn)儀器GDS-III（或W）型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)；LED光源1個(gè)；光電二極管1只；通用光電器件實(shí)驗(yàn)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(xiàng)：LED與光電二極管的區(qū)別以及正負(fù)極性問題（從頂端看去，能夠看出它們的差異，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(fù)。通用光電器件引線紅色為正，黑色為負(fù)。3、實(shí)驗(yàn)原理光電二極管是典型的光生伏特器件，它只有一個(gè)PN結(jié)。光電二極管的全電流方程為:式中前一項(xiàng)稱為擴(kuò)散電流，也稱為暗電流，用/d表示；后一項(xiàng)為光生電流，常用IP表示。顯然，擴(kuò)散電流/d與加在光電二極管上的偏置電壓"有關(guān)，當(dāng)〃二0時(shí)，擴(kuò)散電流為0。擴(kuò)散電流/d與偏置電壓〃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(duì)溫度。顯然，上式描述了光電二極管的擴(kuò)散電流與普通二管沒有什么區(qū)別。而與入射輻射有關(guān)的電流/p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(jìn)方向上的厚度，4為入射光的波長。顯然，對(duì)單色輻射來講，當(dāng)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⑦e，久線性變化，式中的負(fù)號(hào)表明光生電流的方向與擴(kuò)散電流的方向相反。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容光電二極管伏安特光電二極管時(shí)間響作）5、實(shí)驗(yàn)步驟①光電二極管伏安特a.將LED、光電二極管伏安特光電二極管時(shí)間響作）5、實(shí)驗(yàn)步驟①光電二極管伏安特a.將LED、光電二極管件實(shí)驗(yàn)裝置（注意正負(fù)極示波器鋸齒波光電二極管性的測量；應(yīng)特性的測量；（選性的測量接入中通用光電器性），按圖1搭建電b.調(diào)出光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的執(zhí)行軟件界面，在界面上先選中“伏安特性實(shí)驗(yàn)”。點(diǎn)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(lán)色，再點(diǎn)擊“開始”菜單，屏幕上將顯示出各通道輸入信號(hào)的波形。調(diào)節(jié)電路參數(shù)，使輸出信號(hào)波形的每個(gè)臺(tái)階的高度均有一定的差異，高度尺寸不太小或太大，此時(shí)光電二極管的變換電路調(diào)得比較合適。點(diǎn)擊停止按鍵，然后在主界面上再點(diǎn)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(shí)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(jìn)行“時(shí)間響應(yīng)實(shí)驗(yàn)”。b.調(diào)節(jié)電路參數(shù)，觀測時(shí)間響應(yīng)特性，并保存。。+12VS光電二極管S光電二極管6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析測量光電二極管的伏安特性曲線。測量光電二極管的時(shí)間響應(yīng)特性曲線。關(guān)機(jī)與結(jié)束則要所測的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)曲線）保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，重新補(bǔ)作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以進(jìn)行關(guān)機(jī)；則要先將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱；將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)三PSD位置傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過PSD光電位置傳感器的原理實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)位置傳感器（PSD），并了解有關(guān)PSD的應(yīng)用技術(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器GDS-m（或W）型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主機(jī)1臺(tái)；一維PSD光電位置傳感器及其夾持器1件；點(diǎn)狀半導(dǎo)體激光器1只；二維調(diào)整架1只；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將裝載有點(diǎn)光源的被測物體所發(fā)出的圓形光點(diǎn)落入到一維PSD器件上，其兩個(gè)電極分別輸出兩路電流，電流強(qiáng)度的和與差值與光點(diǎn)距器件中心位置的距離有關(guān)，因此，可用電流強(qiáng)度來度量光點(diǎn)在PSD上的位置，既用電流測出被測物體的位置。如右圖所示為PIN型PSD器件的結(jié)構(gòu)示意圖，它為p型層，中間為i型層，下面為如右圖所示為PIN型PSD器件的結(jié)構(gòu)示意圖，它為p型層，中間為i型層，下面為n型層；在上面的p個(gè)電極，兩電極間的p型層除具有接受入射光的功分布電阻的特性。即p型層不但為光敏層，而且是由3層構(gòu)成，上面型層上設(shè)置有兩能外還具有橫向一個(gè)均勻的電阻當(dāng)光束入射到PSD器件光敏層上距中心點(diǎn)的距離為xA時(shí)，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號(hào)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12,則流過n型層上電極的電流I0為I1與12之和。即：I疙】l+五若以PSD器件的幾何中心點(diǎn)0為原點(diǎn)，光斑中心距原點(diǎn)O的距離為xA，則:利用上式即可測出光斑能量中心對(duì)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)。中取出PSD實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上。固面平行。然后再中取出PSD實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上。固面平行。然后再a.搭建實(shí)驗(yàn)裝置。從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)備件箱驗(yàn)裝置，并將其用支持架固定在光電綜合定的時(shí)候要求PSD光敏面與光學(xué)平臺(tái)臺(tái)將點(diǎn)狀半導(dǎo)體激光器（LD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)。將激光器LD電源正極與Vcc連接，負(fù)極與50Q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。PSD器件搭設(shè)。PSD有三個(gè)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(fù)極。打開試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)，邊移動(dòng)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AX，觀測并記錄位移量與電流變化量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析畫出△X與I1-I2的關(guān)系曲線。思考入射光電大小對(duì)測量結(jié)果的影響。關(guān)機(jī)與結(jié)束將所測的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)曲線）保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以關(guān)機(jī)；先退出計(jì)算機(jī)軟件，關(guān)掉計(jì)算機(jī)電源，再將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源關(guān)掉；最后，將所用的配件放回配件箱；將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)四非接觸物體外形尺寸的測量實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)是在光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上利用線陣CCD相機(jī)、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(shí)際搭建的測量系統(tǒng)使學(xué)生的動(dòng)腦分析、動(dòng)手操作的能力大幅度提升，對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)程度也會(huì)得到提升與鍛煉。2、實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備GDS-m（或GDS-W）型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)；線陣CCD相機(jī)1臺(tái)；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(yuǎn)心照明光源1只；磁性表座3只；若用GDS-W型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，必須配置PC計(jì)算機(jī)1臺(tái)；3、利用線陣CCD進(jìn)行非接觸測量物體尺寸的基本原理線陣CCD的輸出信號(hào)包含了CCD各個(gè)像元所接收光強(qiáng)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(jià)值。CCD輸出信號(hào)的二值化處理常用于物體外形尺寸、物體位置、物體震動(dòng)（振動(dòng)）等的測量。將被測物體A置于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。成像物鏡CCD像敏血理想的光強(qiáng)分布圖4-1線陣CCD測量尺寸物體外徑原理圖當(dāng)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(shí)，被測物體像黑白分明的光強(qiáng)分布使得相應(yīng)像敏單元上存儲(chǔ)載荷了被測物尺寸信息的電荷包，通過CCD及其驅(qū)動(dòng)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(shí)序電壓信號(hào)（輸出波形）。根據(jù)輸出波形，可以測得物體在像方的尺寸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(jì)算出物體A的實(shí)際尺寸DD=D，/B（4-1）顯然，只要求出D，，就不難測出物體A的實(shí)際尺寸D。線陣CCD的輸出信號(hào)UO隨光強(qiáng)的變化關(guān)系為線形的，因此，可用UO模擬光強(qiáng)分布。采用二值化處理方法將物體邊界信息（圖4-1中的N1與曲）檢測出來是簡單快捷的方法。有了物體邊界信息便可以進(jìn)行上述測量工作。4、實(shí)驗(yàn)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(hào)；在進(jìn)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(duì)測量值的影響；進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)放大倍率的標(biāo)定；5、實(shí)驗(yàn)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(tái)上用磁性表座將遠(yuǎn)心照明光源安裝與固定在平臺(tái)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(yuǎn)心照明光源前（距光源20mm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(yuǎn)心照明光源正極接+5V,負(fù)極接1K電位器，然后接地）；再用一個(gè)磁性表座將平臺(tái)提供的TCD1252線陣CCD相機(jī)安裝固定到平臺(tái)的另一側(cè)（如圖4-2所示），安裝時(shí)要注意相機(jī)的中心高度與遠(yuǎn)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(jī)上；用平臺(tái)提供的電源將遠(yuǎn)心照明光源點(diǎn)亮，用白紙觀察被測物在遠(yuǎn)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(jī)鏡頭方向移動(dòng)，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(tái)上尺寸測量實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖在光學(xué)平臺(tái)上找到LCCD（線陣CCD）的7針插座，將相機(jī)的電纜線上的7孔插座插到其上；啟動(dòng)光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)電源，進(jìn)入“帶實(shí)驗(yàn)裝置”文件夾，點(diǎn)擊之，彈出如圖各種實(shí)驗(yàn)軟件選項(xiàng)，找到尺寸測量軟件；⑦在被測夾持器中夾入5mm被測桿件，計(jì)算放大倍率并進(jìn)行標(biāo)定；6、實(shí)驗(yàn)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(duì)二值化處理過程中CCD的輸出信號(hào)進(jìn)行觀測；在進(jìn)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(duì)測量值的影響；寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)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(diǎn)。關(guān)機(jī)與結(jié)束所測的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)曲線）保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新補(bǔ)作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以進(jìn)行關(guān)機(jī)；先將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱；將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)五利用線陣CCD測量物體的傾斜角度1、實(shí)驗(yàn)?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(jìn)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(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。2、實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備GDS-m(或W)型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)；TCD1251D相機(jī)1臺(tái)；模擬物體傾斜角度實(shí)驗(yàn)裝置1臺(tái)；50mm焦距成像物鏡1臺(tái)；遠(yuǎn)心照明光源1只；磁性表座底座3只；3、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(shí)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(dāng)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a的計(jì)算公式為a=cos_](D/DS)(5-1)圖5-1測傾斜方法4、實(shí)驗(yàn)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。5、實(shí)驗(yàn)步驟從平臺(tái)備件箱中取出3只磁性表座、支桿、模擬物體傾斜角度實(shí)驗(yàn)裝置、遠(yuǎn)心照明光源和TCD1251D相機(jī)；在GDS-W型平臺(tái)上搭建時(shí)，應(yīng)該參考如圖5-2所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建，同樣，傾斜實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)該靠近遠(yuǎn)心照明光源；

圖5-2在IV型平臺(tái)上搭建傾角測量系統(tǒng)將遠(yuǎn)心照明光源用平臺(tái)上的電源將其點(diǎn)亮（可以利用平臺(tái)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(jī)所接收；將50mm成像物鏡安裝到相機(jī)上；將相機(jī)的電纜線與平臺(tái)的“LCCD”接口接好；將GDS-III型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，并調(diào)出事先裝好的角度測量實(shí)驗(yàn)軟件，彈出如圖5-3所示的軟件界面；圖5-3平臺(tái)上搭建傾斜角度測量實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)擊“寬度DS”，測量出傾斜放置時(shí)的DS值，此時(shí)，在角度測量窗內(nèi)就可以讀到傾角角度值。6、實(shí)驗(yàn)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(duì)被測桿件進(jìn)行角度測量；寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，思考光源與被測物間的距離變化會(huì)有什么樣的影響？關(guān)機(jī)與結(jié)束①所測的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)曲線）保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，則要重新補(bǔ)作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以進(jìn)行關(guān)機(jī);先將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱；將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好后，請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)六用線陣CCD測量物體的振動(dòng)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^搭建物體振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)成；通過實(shí)驗(yàn)掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)測量結(jié)果的影響。學(xué)習(xí)用線陣CCD測量物體振動(dòng)參數(shù)的方法。2、所需器材GDS-m（或W）型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)；TCD1251D相機(jī)1臺(tái)；YHZD-I型振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1臺(tái)；遠(yuǎn)心照明光源1只；磁性表座2只；支桿2只；PC計(jì)算機(jī)（在只有GDS-W型平臺(tái)情況）1臺(tái)；3、實(shí)驗(yàn)原理物體振動(dòng)的測量常需要測量的振動(dòng)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。利用安裝在光學(xué)成像物鏡像面上的線陣CCD對(duì)振動(dòng)過程中的物進(jìn)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(shí)間的函數(shù)，設(shè)其為W(t)。如果物體做周期運(yùn)動(dòng)，則函數(shù)W(t)為周期函數(shù)，周期T的倒數(shù)為物體振動(dòng)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(dòng)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(dòng)的關(guān)鍵。成像物鎖圖6-1振動(dòng)測量原理圖線陣CCD在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下周期性地輸出每個(gè)像元所接收的光強(qiáng)信息，其周期為行同步脈沖Fc的周期，也為線陣CCD的積分時(shí)間ting。在同步脈沖Fc的周期內(nèi)利用二值化數(shù)