光電傳感與系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

.z.光電傳感與系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)講義靳龍編張興強(qiáng)審**汽車工業(yè)學(xué)院-.z.光電類傳感器平安根本領(lǐng)項(xiàng)傳統(tǒng)電學(xué)類電磁傳感器測(cè)量是研究電流、電壓、電阻、電容、電感、頻率等電路參量和力學(xué)量、光學(xué)量、熱學(xué)量及其它電磁量之間關(guān)和技術(shù)的一門科學(xué)，是光電傳感實(shí)驗(yàn)課的主要內(nèi)容之一。由于電磁測(cè)量具有儀器靈敏度高、測(cè)試范圍寬、滯后小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于迅變和動(dòng)態(tài)過程的測(cè)試與記錄。許多非電量都可以轉(zhuǎn)化為電測(cè)，因而在現(xiàn)代生產(chǎn)、科學(xué)研究中廣泛應(yīng)用。由于電磁測(cè)量系統(tǒng)較為復(fù)雜，特別是各種電源的帶電操作，假設(shè)測(cè)試過程稍有不慎，極易釀成人身平安和設(shè)備事故。為此，做傳統(tǒng)電學(xué)類電磁傳感器時(shí)，必須先對(duì)常用的儀器有所了解，同時(shí)必須嚴(yán)格遵守有關(guān)平安操作規(guī)程和制度，絕不可掉以輕心并注意以下事項(xiàng)：1．按線路圖從電源負(fù)極開場(chǎng)〔正極在最后檢查完線路后再連接〕，以順時(shí)針方向一層一層向外擴(kuò)展?；蛘呦冉又骰芈?，再連接分回路。2．接好線路后自己先檢查一遍，然后必須由指導(dǎo)教師復(fù)查線路。3．預(yù)置平安位置：檢查電源電壓旋鈕和電流旋鈕是否調(diào)在最低或最小位置，滑線變阻器滑動(dòng)端是否置于適宜點(diǎn)，電阻箱是否已放到預(yù)估的阻值等。4．接通電源，開場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。5．實(shí)驗(yàn)完畢，先關(guān)閉電源，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并簽字后，再拆去線路，儀器按要求歸位放置。光學(xué)類傳感器平安根本領(lǐng)項(xiàng)光纖是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的根底學(xué)科。在光學(xué)類光纖傳感器實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者通過對(duì)光學(xué)儀器的調(diào)整、對(duì)外界力、熱、光、電等物理量甚至化學(xué)量通過光纖傳輸進(jìn)而到達(dá)檢測(cè)的觀察和記錄，學(xué)習(xí)和掌握光纖傳感器的根本方法與根本知識(shí)。光纖傳感儀器是比擬精細(xì)的儀器，其核心局部是它的光學(xué)元件，這些元件大局部是玻璃制品，如光纖、棱鏡、分劃板等。它們的光學(xué)外表經(jīng)過精細(xì)拋光，有些外表還鍍有膜層，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格遵守以下操作規(guī)程：1．光學(xué)元件易損，必須在詳細(xì)了解儀器的使用方法和操作要求后才可以使用儀器。使用時(shí)要耐心細(xì)致，動(dòng)作要輕、慢、緩，不準(zhǔn)強(qiáng)拉硬扳，嚴(yán)禁私自拆卸儀器。2．輕拿、輕放，勿使儀器或光學(xué)元件受到?jīng)_擊或震動(dòng)，更要防止跌落到地面。光學(xué)元件使用完畢，應(yīng)立即放回原處并加罩；長(zhǎng)期不用的，應(yīng)放回帶有枯燥劑的木箱內(nèi)，防止沾染灰塵。3．在暗室中應(yīng)先熟悉各種儀器用具的安放位置。在黑暗環(huán)境下摸索儀器時(shí)，手應(yīng)貼著桌面緩慢移動(dòng)，以免碰倒或帶落儀器。4．保護(hù)好光學(xué)元件的光學(xué)外表，不能用手觸及光學(xué)外表。假設(shè)發(fā)現(xiàn)光學(xué)外表有灰塵，可用專用軟毛刷或鏡頭紙輕輕擦去，但不要加壓擦拭，更不準(zhǔn)用手帕、普通紙片、衣服等擦拭；如果光學(xué)外表有汗?jié)n、指紋等，用干凈的脫脂棉花蘸上清潔的溶劑〔酒精、乙醚等〕，輕輕地將污漬擦去〔鍍膜面的處理應(yīng)由實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)展，學(xué)生不得觸碰或擦拭鍍膜面〕。5．使用激光光源時(shí)切不可直視激光束，以免灼傷眼睛。6．對(duì)于光學(xué)儀器中機(jī)械局部應(yīng)注意添加潤(rùn)滑劑，以保持各局部轉(zhuǎn)動(dòng)靈活自如，平穩(wěn)連續(xù)，并注意防銹，以保持儀器外貌光潔美觀。目錄TOC\o"1-3"\u實(shí)驗(yàn)一光纖溫度傳感器11實(shí)驗(yàn)二光纖煙霧報(bào)警器19實(shí)驗(yàn)三光電透過率測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)四PSD位置傳感器實(shí)驗(yàn)………29實(shí)驗(yàn)五CCD驅(qū)動(dòng)電路和特性測(cè)試…………………31.z.實(shí)驗(yàn)1光纖溫度傳感實(shí)驗(yàn)【產(chǎn)品介紹】通常按光纖在傳感器中所起的作用，將光纖傳感器分成功能型〔稱為傳感型〕和非功能性(傳光型，構(gòu)造型)兩大類。功能型光纖傳感器大多數(shù)使用單模光纖，它在傳感器中不僅起傳導(dǎo)光作用，而且有是傳感器的敏感元件，但這類傳感器在技術(shù)制造上難度較大，構(gòu)造較為復(fù)雜，且調(diào)試?yán)щy。傳感型光纖傳感器中，光纖本身同時(shí)起傳光作用和傳感作用。傳感型光纖傳感器也包含強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的根本原理，是待測(cè)物理量引起光纖中傳輸光強(qiáng)變化，通過檢測(cè)光強(qiáng)I的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物理量的測(cè)量。強(qiáng)度調(diào)制的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，可靠，經(jīng)濟(jì)。強(qiáng)度調(diào)制方式很多，大體可分為：1反射式強(qiáng)度調(diào)制2投射式強(qiáng)度調(diào)制3吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制4折射率強(qiáng)度調(diào)制5光模式強(qiáng)度調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，可靠。目前，消防上的火災(zāi)報(bào)警有兩種方式;1火災(zāi)前溫度升高·通過對(duì)溫度的探測(cè)來實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)控；2火災(zāi)前產(chǎn)生煙霧，通過對(duì)煙霧的探測(cè)來實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)控。光纖火災(zāi)報(bào)警傳感系統(tǒng)中的光纖溫度傳感器通過對(duì)周圍溫度測(cè)量與記錄，當(dāng)環(huán)境溫度到達(dá)設(shè)定閾值時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警，光纖煙霧傳感器對(duì)周圍煙霧濃度測(cè)量，當(dāng)環(huán)境煙霧濃度到達(dá)設(shè)定閾值時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重點(diǎn)研究光纖傳感器的構(gòu)造特點(diǎn)，原理，光路調(diào)整方法，光纖傳感的制作及電路設(shè)計(jì)，ARM單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，工程布防等。【相關(guān)參數(shù)】1光源：高亮度LED直徑5mm2探測(cè)器：高靈敏度光敏二極管直徑5mm3光纖煙霧OFS-R型：直徑1/2.2mm,工程封裝，長(zhǎng)度：2m4光纖煙霧OFS-T型：直徑1/2.2mm,工程封裝，長(zhǎng)度：2m5光纖溫度OFS型:直徑1/2.mm,長(zhǎng)度：2m,分辨率：0.1℃6液晶:2.8寸TFT高亮度顯示7鍵盤:PS/2外置鍵盤8光纖卡架:25*25*18mm數(shù)量:2個(gè)9電源:220VAC10電源適配器:5V2A11串口:RS232,9針12USB接口:USB2.0【外置鍵盤功能鍵介紹】圖1鍵盤示意圖"enter〞鍵數(shù)字存入鍵，及試驗(yàn)中輸入讀取物理量或參考值后，按下此鍵，數(shù)據(jù)被保存〔初始值與步進(jìn)值除外〕；"-〞鍵刪除鍵，刪除輸入值；"+〞鍵恢復(fù)鍵，恢復(fù)被刪除的值；"del〞鍵修正鍵，刪除輸入數(shù)值的最后一位；"*〞鍵繪圖鍵/測(cè)量精度驗(yàn)證鍵，輸入數(shù)據(jù)完畢后，按下此鍵系統(tǒng)自動(dòng)在液晶顯示屏上畫出相應(yīng)的關(guān)系曲線；驗(yàn)證測(cè)量精度時(shí)按下此鍵，液晶顯示屏上動(dòng)畫以及給出相應(yīng)參考值和電壓數(shù)值；"numlock"鍵初始值設(shè)定鍵，按下此鍵保存初始值〔初始值不能為·0〕"/〞鍵步進(jìn)設(shè)置鍵，按下此鍵保存步進(jìn)數(shù)值{每次新實(shí)驗(yàn)前，一定把原來數(shù)字刪除，再重新設(shè)定步進(jìn)值}【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?掌握對(duì)射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器工作原理及特性；2掌握溫度對(duì)光纖溫度傳感器靈敏度的因素與解決方法3纖溫度傳感器用于火災(zāi)報(bào)警的原理；4了解雙金屬片的特性；5光纖溫度傳感器的制作；6光纖溫度傳感器測(cè)量溫度的原理與方法；7掌握影響光纖溫度傳感器靈敏原理與方法【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1光路與機(jī)械組件組裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)；2抗外界環(huán)境光干擾實(shí)驗(yàn)；3溫度變化〔包括升溫和降溫〕與電壓變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)；4改變?cè)鲆娲笮『鬁囟茸兓舶ㄉ郎睾徒禍亍撑c電壓變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)；5溫度測(cè)量與比照實(shí)驗(yàn)及誤差分析；6火災(zāi)報(bào)警中報(bào)警溫度閾值設(shè)定以及解除警報(bào)；7設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)干：1光纖溫度傳感器探頭和機(jī)械制圖；2用萬能板及面包板分別搭建光源驅(qū)動(dòng)電路，PD檢測(cè)電路，調(diào)零擋路3光纖溫度傳感器探頭的設(shè)計(jì)與制作；【實(shí)驗(yàn)儀器】1光纖火災(zāi)報(bào)警傳感系統(tǒng)一臺(tái)2對(duì)射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器兩根3加熱模塊一套4光纖溫度傳感器機(jī)械裝置一套5小鍵盤一套6電源線一根7串口線一根8電源適配器一個(gè)【實(shí)驗(yàn)原理】傳感探頭構(gòu)造圖2傳感探頭構(gòu)造示意圖【測(cè)量原理】當(dāng)圖2所示的加熱模塊通電后，被測(cè)溫度的變化將引起雙金屬片的彎曲變形，通過遮光片將其轉(zhuǎn)化為直線位移，從而使得從輸入光纖耦合到輸出光纖的通光亮發(fā)生變化，即光強(qiáng)度受到了調(diào)制。光通量的變化與遮光片的位移大小有關(guān)系，于是通過光電檢測(cè)到的電流大小也發(fā)生相應(yīng)的變化，再通過電流甚至電壓的轉(zhuǎn)換，使得測(cè)得的電壓值為位移的變量，即V(y),傳感原理如圖3所示，光強(qiáng)度調(diào)制曲線如圖4所示圖3傳感原理分析圖圖4光強(qiáng)度調(diào)制曲線圖對(duì)于多模光纖來說，其模端出射光場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分布由下式給出(1)式中，I0—由光源耦合到輸入光纖中的光強(qiáng)，Ф〔*,y,z〕--纖端光場(chǎng)中位置(*,y,z)處光通量密度，δ表征光纖折射率分布的相關(guān)函數(shù)對(duì)于階躍型光纖，δ=1，a0--光纖纖芯半徑，ξ--與光源種類及光源跟光纖耦合情況有關(guān)的調(diào)制參數(shù)，θc--光纖最大出射角。如果將同種光纖置于輸入光纖纖端出射光場(chǎng)中作為探測(cè)接收器時(shí)，所接收到的光強(qiáng)可表示為I(*,y,z)==e*p[]ds(2)上式w(s)=δa0[1+ξtgθc](3)s—承受光面，即纖芯面。在纖端出射光場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，為了方便起見，可用輸入光纖端面中心點(diǎn)處的光強(qiáng)來作為整個(gè)纖芯面上的平均光強(qiáng)。在這種近似下，得到在輸入光纖端面所探測(cè)到的光強(qiáng)公式為：I(*,y,z)=e*p[](4)對(duì)于遮光式光強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器來說。輸出光纖接收到的透射光強(qiáng)值等于圖5中光纖纖芯陰影局部所接收到的入射光強(qiáng)，于是有：I(y)=〔5)式中，-a0≤*,y≤a0,*=S—圖2中光纖纖芯陰影局部面積。當(dāng)輸入光纖與輸出光纖端面距離較近時(shí)，則在輸入光纖纖芯邊界處，金絲有I(*,y,z)>>0,則上式可表示為：I(y)=e*p[]d*dy(6)對(duì)于固定的z值，w(z)為一個(gè)常數(shù)，又有=(7)從而得到：I(y)=[1-erf〔〕](8)式中erf(y)—誤差函數(shù)，erf(y)=可知，多模光纖的遮光式光強(qiáng)度調(diào)制特性曲線分布是重積分函數(shù)，難以手工計(jì)算，可運(yùn)用Matlab工程計(jì)算繪圖軟件繪制調(diào)制特性曲線。【考前須知】1光纖卡架安裝不可傾斜，保證輸入光纖與輸出光纖對(duì)準(zhǔn)，接收光強(qiáng)最大。2傳感探頭安裝不可傾斜，保證遮光片面與光纖端外表垂直。3實(shí)驗(yàn)中，不得用手下壓傳感探頭。4加熱器，必須調(diào)節(jié)"偏壓旋鈕〞將電壓值在3500左右。5在剛加熱時(shí)，由于熱傳導(dǎo)不均勻?qū)е聹囟壬舷缕?.5℃。6當(dāng)沒有完整采集一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，必須重新開場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。7光纖傳感器彎曲半徑不得小于5cm以免損耗太大及折斷。8當(dāng)溫度超過報(bào)警閾值時(shí)，可以人工解除報(bào)警聲音。9第一次按下Numlock"開場(chǎng)加熱，再按下此鍵停頓加熱?！緦?shí)驗(yàn)操作】界面操作，光路與機(jī)械系統(tǒng)組裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)1按照?qǐng)D2安裝光纖傳感器，把輸入光纖，輸出光線分別插入光纖火災(zāi)報(bào)警傳感系統(tǒng)的"光源〞座孔和"PD"座孔上，另一端安裝在光纖卡架上。2按照?qǐng)D2安裝傳感探頭，使遮光片面與光纖端面垂直，接上"5V〞適配器。3將USB接入實(shí)驗(yàn)儀，并將PS/2接入鍵盤。4將兩光纖間距離調(diào)至3mm左右，然后固定光纖。5翻開電源開關(guān)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)液晶顯示主界面，按下數(shù)字鍵"1〞進(jìn)入光纖溫度傳感器界面。圖5火災(zāi)報(bào)警中光纖溫度傳感器界面6觀察"電壓顯示〞與"溫度顯示〞7關(guān)閉電源抗外界環(huán)境光干擾實(shí)驗(yàn)1重復(fù)實(shí)驗(yàn)1〕中步驟1~5.6用日光燈或其他光源照射溫度傳感器端面觀測(cè)電壓值顯示的變化7關(guān)閉電源溫度變化〔包括升溫和降溫〕與電壓變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)1重復(fù)實(shí)驗(yàn)1〕中步驟1~5.2調(diào)節(jié)"增益按鈕〞，將電壓值調(diào)至3500左右。7按下〞Numlock〞，即使溫度傳感器開場(chǎng)加熱，同時(shí)觀測(cè)"溫度顯示〞和"電壓顯示〞的變化。8當(dāng)溫度到達(dá)〔室溫+50〕℃時(shí)左右〔根據(jù)夏冬實(shí)際調(diào)整〕，再按一下"Numlock〞使停頓加熱同時(shí)觀測(cè)"溫度顯示〞和"電壓顯示〞的變化直到溫度恢復(fù)為室溫。9根據(jù)以上數(shù)據(jù)完成以下表格表1溫度電壓關(guān)系表T(℃)升溫電源〔V〕降溫電壓〔V〕10根據(jù)表中數(shù)據(jù)在E*cel繪制曲線。11曲線分析，關(guān)閉電源。改變?cè)鲆娲笮『鬁囟茸兓舶ㄉ郎睾徒禍亍撑c電壓變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)1重復(fù)實(shí)驗(yàn)1〕中步驟1~56通過調(diào)節(jié)增益旋鈕改變?cè)鲆娲笮?重復(fù)3〕中7~1011比照試驗(yàn)30分析曲線，關(guān)閉電源TFT液晶中溫度曲線的動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)1重復(fù)3〕中步驟1~89按一下"*〞鍵進(jìn)入曲線繪制界面10比照試驗(yàn)3)中曲線11再按下"*〞鍵進(jìn)入溫度傳感器動(dòng)態(tài)顯示界面圖6火災(zāi)報(bào)警中光纖溫度傳感器動(dòng)態(tài)顯示界面12關(guān)閉電源精準(zhǔn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)1重復(fù)實(shí)驗(yàn)5〕中步驟1~1213待溫度恢復(fù)為常溫后按下加熱鍵"Nunlock〞鍵14觀察曲線變化，并且記錄實(shí)際溫度與顯示溫度的值15待溫度到達(dá)50℃左右時(shí)停頓加熱同樣記錄實(shí)際溫度與顯示溫度的值16比照實(shí)際溫度與顯示溫度確定實(shí)驗(yàn)精度17待溫度恢復(fù)常溫后關(guān)閉電源聲光報(bào)警實(shí)驗(yàn)1重復(fù)實(shí)驗(yàn)5〕中1~1213按下數(shù)字鍵盤設(shè)定報(bào)警溫度值〔如果輸入有誤，按Del鍵刪除〕14按下加熱鍵"Numlock〞觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象15再按下加熱鍵"Numlock〞停頓加熱觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象16聲光報(bào)警后，可按下蜂鳴器右側(cè)開關(guān)解除報(bào)警聲音，但報(bào)警燈還存在17待溫度恢復(fù)常溫時(shí)關(guān)閉電源。【實(shí)驗(yàn)思考題】1影響光纖溫度傳感器的溫度響應(yīng)速度因素有哪些？如何提高響應(yīng)強(qiáng)度？2光纖溫度傳感器與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，有何優(yōu)點(diǎn)？3光纖溫度傳感器主要損耗在哪里？采用什么光纖比擬好？

4通過測(cè)量曲線分析，為何升溫過程與降溫曲線不重合？5調(diào)節(jié)增益旋鈕，V-T曲線有何變化？增益調(diào)劑多大適宜？6遮光片厚度，材質(zhì)，顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量有何影響？7該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如何應(yīng)用于實(shí)際工程？如果應(yīng)用到實(shí)際工程中，光纖溫度傳感器探頭應(yīng)該做何種改良？實(shí)驗(yàn)2光纖煙霧報(bào)警器【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.掌握R型光纖煙霧傳感器原理及其特性2.掌握T型光纖煙霧傳感器原理及其特性3.掌握R型光纖煙霧傳感器判斷煙霧有無以及判斷煙霧濃度大小原理與方法。4.掌握T型光纖煙霧傳感器判斷煙霧有無以及判斷煙霧濃度大小原理與方法。5.掌握光纖煙霧傳感器靈敏度原理與方法6.光纖煙霧傳感器用于火災(zāi)報(bào)警7.光纖煙霧傳感器的制作【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.界面調(diào)節(jié)，光路與機(jī)械系統(tǒng)組裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)2.光纖煙霧傳感器輸出信號(hào)放大處理實(shí)驗(yàn)3.抗外界環(huán)境干擾實(shí)驗(yàn)〔不要擾動(dòng)光纖〕4.R型光纖煙霧傳感器原理及其特性實(shí)驗(yàn)5.T型光纖煙霧傳感器原理及其特性實(shí)驗(yàn)6.R型光纖煙霧傳感器判斷煙霧有無以及判斷煙霧濃度大小原理與方法實(shí)驗(yàn)。7.T型光纖煙霧傳感器判斷煙霧有無以及判斷煙霧濃度大小原理與方法實(shí)驗(yàn)。8.光纖煙霧傳感器電壓比擬值設(shè)定實(shí)驗(yàn)。9.光纖報(bào)警中報(bào)警煙霧濃度閾值設(shè)定及解除實(shí)驗(yàn)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1光纖火災(zāi)報(bào)警傳感系統(tǒng)一臺(tái)2R型光纖煙霧傳感器一根3T型光纖煙霧傳感器一根4煙霧發(fā)生材料一套5小鍵盤一套6電源線一根7串口線一根8電源適配器一個(gè)【實(shí)驗(yàn)原理】1反射式強(qiáng)度調(diào)制原理R型光纖傳感器是一種非功能型光纖傳感器，光纖本身只起傳光作用。光纖分為兩局部，即輸入光纖和輸出光纖，亦可稱為發(fā)送光纖和接收光纖。傳感器的調(diào)制機(jī)理：輸入光纖將光源的光射向被測(cè)物體外表，再從被測(cè)面反射到另一根輸出光纖中，其光強(qiáng)的大小隨被測(cè)外表與光纖間的距離而變化。圖1反射強(qiáng)度調(diào)制式光纖傳感原理圖1反射強(qiáng)度調(diào)制式光纖傳感原理d<a/2T(T=tg(sin-1NA))時(shí)，耦合進(jìn)輸出光纖的光功率為零；d>(a+2r)/2T時(shí)，輸出光纖與虛像發(fā)出的光錐底端相交，其相交的截面積恒為πr2，光錐的底面積為π(2dT)2,因此在這個(gè)范圍內(nèi)，傳光系數(shù)為(r/2dT)2；a/2T<d<(a+2r)/2T時(shí)，耦合到輸出光纖的光通量由輸入光纖的像發(fā)出的光錐底面與輸出光纖相重疊局部的面積所決定。(測(cè)量范圍)圖圖2不同反射位置光波的傳輸能量大小輸出光纖端面受光錐照射的外表所占的百分比為 ………(1)被輸出光纖接收的入射光功率百分?jǐn)?shù)為：(2)(3)2透射式強(qiáng)度調(diào)制透射式光強(qiáng)調(diào)制光纖傳感器的根本原理:將發(fā)射光纖與接收光纖對(duì)準(zhǔn)，調(diào)制信號(hào)加在移動(dòng)的遮光板上，或直接移動(dòng)接收光纖，使接收光纖只能收到發(fā)射光纖發(fā)出的局部光，從而實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制。圖圖3投射強(qiáng)度調(diào)制式光纖傳感原理其他方法遮光屏截?cái)喙饴穪韺?shí)現(xiàn)透射式光強(qiáng)調(diào)制：采用了一個(gè)雙透鏡系統(tǒng)使入射光纖在出射光纖上聚焦成像，遮光屏在垂直于兩透鏡之間的光傳播方向上下移動(dòng)。圖圖4帶有遮光屏投射強(qiáng)度調(diào)制式光纖傳感原理【考前須知】1.不能隨意動(dòng)搖各種元件，以免造成實(shí)驗(yàn)儀器不能正常工作。2.光纖煙霧傳感器的彎曲半徑不得小于5cm，以免折斷。3.T型光纖傳感器在調(diào)節(jié)靈敏度中，光纖斷面不得碰在一起。4.在使用過程中，出現(xiàn)任何異常必須首先關(guān)閉電源，以確保平安。5.R型光纖傳感器在調(diào)節(jié)靈敏度中，不能使光纖接觸反射面。6.產(chǎn)生煙霧時(shí)注意防火。7.長(zhǎng)時(shí)間不用，請(qǐng)拔下光纖，用酒精清洗端面，以免影響使用?！緦?shí)驗(yàn)操作】1〕界面調(diào)節(jié)，光路與機(jī)械系統(tǒng)組裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)1.把T型光纖煙霧傳感器的發(fā)射端、接收端分別插入實(shí)驗(yàn)儀上的光源座孔和探測(cè)器PD坐孔上。2.將PS/2接口結(jié)上鍵盤。3.翻開電源開關(guān)，進(jìn)入主界面按下鍵盤上的數(shù)字‘"2〞進(jìn)入光纖煙霧傳感器界面。4.改變2光纖端面間距，觀測(cè)電壓值的變化。5.關(guān)閉電源。6.更換R型光纖煙霧傳感器，改變光纖端面至反射面距離，重復(fù)以上步驟。2〕光纖煙霧傳感器輸出信號(hào)放大處理實(shí)驗(yàn)1.重復(fù)1〕中1至三步驟。4.調(diào)節(jié)增益旋鈕觀測(cè)TFT液晶電壓值顯示變化并分析。5.關(guān)閉電源。6.更換R型光纖煙霧傳感器，重復(fù)以上步驟。3〕抗外界環(huán)境干擾實(shí)驗(yàn)1.重復(fù)1〕中1至3步驟4.把光纖煙霧傳感器從PD接口處拔下，用手捂著PD接口以及松開手，分別觀測(cè)液晶屏上電壓值的變化，分析其原因。5.步驟4中，用其他光源照射PD端口并移走其他光源，分別觀測(cè)液晶上電壓顯示有何變化，分析其原因。6.在光纖煙霧傳感器端面用其他光源照射并觀測(cè)電壓有什么變化。7.關(guān)閉電源。8.更換R型光纖煙霧傳感器，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。4〕光纖煙霧傳感器判斷有無煙霧及煙霧濃度實(shí)驗(yàn)1.重復(fù)實(shí)驗(yàn)1)中1至34.用煙霧噴向探頭，觀測(cè)讀出電壓變化并分析其原因。5.用淡煙和濃煙分別噴向探頭，分別觀測(cè)電壓值讀出變化及蜂鳴器的反響，并分析原因。6.關(guān)閉電源7.更換R型光纖煙霧傳感器，重復(fù)以上步驟。5〕光纖煙霧傳感器電壓比擬值設(shè)定實(shí)驗(yàn)1重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟1〕中1至34按鍵盤上的〞+〞,〞-〞鍵調(diào)節(jié)光標(biāo)的位置并顯示相應(yīng)的電壓值。5.調(diào)節(jié)好電壓值在噴以煙霧觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。6.關(guān)閉電源。7.更換R型光纖煙霧傳感器，重復(fù)以上步驟。7〕.光纖煙霧傳感器靈敏度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)1.重復(fù)6〕中實(shí)驗(yàn)1至6步驟7.分別用濃煙和淡煙噴向T型光纖煙霧傳感器探頭，記錄電壓大小及蜂鳴器反響，分析靈敏度與煙霧濃度關(guān)系。8.改變兩光纖端面的間距，噴向一樣濃度的煙霧，記錄電壓大小以及蜂鳴器的反響，分析靈敏度與Z的大小關(guān)系。9.調(diào)節(jié)增益在適當(dāng)?shù)奈恢?，重?fù)步驟1至7。10.比擬記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出光纖煙霧傳感器靈敏度與哪些因素有關(guān)。11.關(guān)閉電源12.更換R型光纖煙霧傳感器，重復(fù)以上步驟8)火災(zāi)報(bào)警器中煙霧報(bào)警設(shè)置及解除報(bào)警實(shí)驗(yàn)1.重復(fù)6〕中1至6步驟7設(shè)置報(bào)警煙霧濃度后，再次分別用濃煙與淡煙噴向T型光纖煙霧傳感器探頭，觀測(cè)表示煙霧濃度變化的曲線頂部是否在圖14中箭頭下方，同時(shí)觀測(cè)聲光報(bào)警響應(yīng)〔下次實(shí)驗(yàn)前，記得把此按鈕彈起〕。8.假設(shè)想接觸報(bào)警，按下蜂鳴器右側(cè)按鈕，可解除聲光報(bào)警信號(hào)，但是光報(bào)警信號(hào)還存在，直到煙霧消散，且動(dòng)態(tài)曲線頂部在圖14中箭頭上方。9.關(guān)閉電源。10.更換R型光纖煙霧傳感器，重復(fù)以上步驟?！緦?shí)驗(yàn)思考題】1.T型光纖煙霧傳感器的靈敏度決定于哪些因素？2.R型光纖煙霧傳感器的靈敏度決定于哪些因素？3.為何調(diào)節(jié)增益按鈕能改變靈敏度的大?。?.還有哪些其他因素能改變光纖煙霧傳感器靈敏度的大??？5.實(shí)際工程中，T型和R型光纖傳感器有何異同？實(shí)驗(yàn)3光電透過率測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)單通道直接光電探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法理解激光透過率測(cè)量的原理設(shè)計(jì)激光透過率測(cè)量系統(tǒng)的各局部電路并調(diào)試【實(shí)驗(yàn)儀器】實(shí)驗(yàn)中使用儀器較多，主要有：半導(dǎo)體激光器，GDT-1型透射率檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，直流穩(wěn)壓電源，函數(shù)發(fā)生器，示波器，臺(tái)式數(shù)字萬用表等?！緦?shí)驗(yàn)原理】單通道直接光電探測(cè)系統(tǒng)是光電系統(tǒng)中比擬簡(jiǎn)單的一種，是其他復(fù)雜廣電系統(tǒng)的根底。透過率的測(cè)量是光學(xué)測(cè)量的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在物質(zhì)構(gòu)造分析、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，只有一局部輻射功率透過媒質(zhì)，最后被探測(cè)器承受。當(dāng)以平行輻射束在媒質(zhì)中傳播時(shí)，假設(shè)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)值與通過的路程成正比，即(1)將上式從0到*積分，得到*處的輻射能通量(2)式中，為吸收系數(shù)，是個(gè)有量綱的量，當(dāng)*以米為單位時(shí)，的單位是；為*=0處的輻射功率。由式(2)可見，當(dāng)輻射在媒質(zhì)中傳播距離時(shí)，輻射能通量就衰減為原來值得。除去吸收外，散射也是輻射衰減原因之一。設(shè)有一輻射能通量為的平行輻射束，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)值與通過的距離成正比，即： (3)將上式從0到*積分，得到在*處的輻射能通量： (4)該式稱為散射定律，式中為在*=0處的輻射功率，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，則輻射能通量為的入射輻射在傳播*距離之后，透過的輻射能通量為：(5)上式稱為比爾——朗伯定律。式中，為衰減系數(shù)。激光透過媒質(zhì)后的光強(qiáng)與透過前的光強(qiáng)的比值稱為透過率。又稱透射率或透射系數(shù)。如前所述，其計(jì)算公式為：(6)式中，－透過率，—透過后的光強(qiáng)，—透過前的光強(qiáng)。系統(tǒng)組成框圖與說明系統(tǒng)框圖本實(shí)驗(yàn)激光透過率測(cè)量系統(tǒng)采用單通道直接測(cè)量系統(tǒng)，原理框圖如下：激激光器驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路光電傳感器濾波電路介質(zhì)積分電路I—V轉(zhuǎn)換電路圖1系統(tǒng)功能框圖由經(jīng)過調(diào)制的激光器發(fā)出的一定波長(zhǎng)的激光經(jīng)過介質(zhì)后衰減，光強(qiáng)減小，分別測(cè)量出激光通過介質(zhì)前后的光強(qiáng)，即可測(cè)出激光通過此介質(zhì)的透過率。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I—V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，通過測(cè)量該直流電流的大小即可測(cè)量出激光通過介質(zhì)的透過率。各局部電路說明驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路：半導(dǎo)體激光器外接一個(gè)+12V的直流電源，調(diào)制信號(hào)可以用函數(shù)發(fā)生器中的方波，方波信號(hào)頻率可以變化。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，光電池輸出為電流信號(hào)，后續(xù)電路采用集成運(yùn)算放大器CA3140構(gòu)成I/V轉(zhuǎn)換電路。如圖2所示。其輸出電壓：〔7〕圖2I/V轉(zhuǎn)換電路帶通濾波電路:本方案設(shè)計(jì)一個(gè)2階壓控電壓源帶通濾波器，要求中心頻率f=1khz,增益=2，品質(zhì)因數(shù)Q=10，原理圖如圖3所示。圖3帶通濾波電路帶通濾波器的性能參數(shù)：(8)(9)(10)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)，本實(shí)驗(yàn)采用專用真有效值轉(zhuǎn)換芯片AD536。AD536能夠計(jì)算直流和交流信號(hào)的真有效值，AD536的典型應(yīng)用電路采用如圖4所示。圖4真有效值變化電路經(jīng)過AD536后輸出的是直流信號(hào)，在一定范圍內(nèi)，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?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】圖5是激光透射率測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置組成示意圖：電源電源函數(shù)發(fā)生器激光器光電探頭透射率測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱萬用表示波器載物臺(tái)圖5透射率測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置組成示意圖電源給半導(dǎo)體激光器提供直流電源，函數(shù)發(fā)生器提供調(diào)制信號(hào)。載物臺(tái)上放置被測(cè)物體，GDT-1型透射率檢測(cè)實(shí)驗(yàn)箱包含I—V轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和積分電路，示波器用來觀察調(diào)制電路、I—V轉(zhuǎn)換電路和濾波電路輸出的波形；臺(tái)式數(shù)字萬用表用來測(cè)量積分電路輸出的電壓。實(shí)驗(yàn)步驟：1、按圖5連接好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。接通半導(dǎo)體激光器直流穩(wěn)壓電源；2、接通函數(shù)發(fā)生器電源開關(guān)，設(shè)置函數(shù)發(fā)生器為1KHz的方波，半導(dǎo)體激光器應(yīng)輸出一束被調(diào)制了的激光。3、調(diào)整好光路，使激光束正好可以入射到光電傳感器上。4、接通臺(tái)式數(shù)字萬用表的電源，用直流電壓測(cè)量檔測(cè)量積分電路輸出的直流電壓Vo。將標(biāo)稱透過率為0.90、0.79、0.50、0.32、0.10的五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品依次置于載物臺(tái)上，調(diào)整好光路，分別記下五種情況下積分電路輸出的直流電壓。如下表1。表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Vo標(biāo)準(zhǔn)樣品90℅79℅50℅32℅10℅電壓〔mV〕透過率5、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)樣品的透過率實(shí)測(cè)值，與標(biāo)稱透過率比擬。6、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表，分別測(cè)量P0點(diǎn)、P1點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并計(jì)算透過率。分析系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，提出改良方法。7、假設(shè)將調(diào)制頻率設(shè)計(jì)成2KHz，系統(tǒng)應(yīng)如何修改？【思考題】1．本實(shí)驗(yàn)中，半導(dǎo)體激光器的調(diào)制頻率為什么采用1KHz？2.實(shí)驗(yàn)中如何驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的正確性？-.z.實(shí)驗(yàn)4PSD位置傳感器實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解PSD器件工作原理。2．了解PSD器件對(duì)入射光強(qiáng)度改變的反響及光點(diǎn)大小對(duì)光生電流的影響?！緦?shí)驗(yàn)儀器】PSD基座(器件已裝在基座上)、固體激光器、反射體、PSD處理電路單元、電壓表、示波器圖1PSD光電位置敏感器件原理圖【實(shí)驗(yàn)原理】圖1PSD光電位置敏感器件原理圖PSD(positionsensitivedetector)是一種新型的橫向光電效應(yīng)器件,當(dāng)入射光點(diǎn)照在器件光敏面上時(shí),激發(fā)光生載流子而產(chǎn)生電流，光生電流的大小與光點(diǎn)的大小無關(guān),只和光點(diǎn)在器件上的位置有關(guān)系。當(dāng)光點(diǎn)位于器件中點(diǎn)(原點(diǎn))時(shí),光生電流，根據(jù)這一原理,將PSD器件兩極電流、變換成電壓信號(hào)后再進(jìn)展差分運(yùn)算即可知道光點(diǎn)的位置。PSD器件工作原理見圖(1)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】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。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前的透鏡〕使光點(diǎn)盡可能集中在器件上。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)是根本一致的。從原點(diǎn)開場(chǎng)，位移平臺(tái)分別向前和向后位移,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)5格〔1/10mm〕,并將位移值〔mm〕與輸出電壓值〔V0〕記錄列表，作出V/*曲線，求出靈敏度S，S＝△V/△*。根據(jù)曲線分析其線性。在前幾步的根底上調(diào)整位移平臺(tái)前后位置，使光點(diǎn)在平臺(tái)位移時(shí)均能照在PSD器件的光敏面上，如位移范圍不夠則可將激光器在激光器座中的位置前后作些調(diào)整。開啟激光電源，記錄下光點(diǎn)位移時(shí)VO端的最大輸出值。保持單元電路增益不變，將光源更換成激光教鞭或聚光小燈泡，記錄下不同光源照射時(shí)輸出端的最大VO值。調(diào)節(jié)PSD入射光聚焦透鏡〔或激光器調(diào)焦透鏡〕，使光斑放大，依次重復(fù)步驟5、6，觀察輸出電壓的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出PSD器件光電特性的定性結(jié)論。【數(shù)據(jù)處理】位移電壓【考前須知】實(shí)驗(yàn)中所用的固體激光器光點(diǎn)可調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)注意光束不要直接照射眼睛，否則有可能對(duì)視力造成不可恢復(fù)的損傷。每一支激光器的光點(diǎn)和光強(qiáng)都略有差異，所以對(duì)同一PSD器件，光源不同時(shí)光生電流的大小也是不一樣的。實(shí)驗(yàn)時(shí)背景光的影響也不可無視，尤其是采用日光燈照明時(shí)，或是儀器周圍有物體移動(dòng)造成光線反射發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)造成PSD光生電流改變，致使單元V0輸出端電壓產(chǎn)生跳變，這不是儀器的毛病。如實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓信號(hào)輸出較小，則可調(diào)節(jié)一下激光器照射角度，使輸出到達(dá)最大。-.z.實(shí)驗(yàn)5CCD驅(qū)動(dòng)電路和特性測(cè)試【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.掌握彩色線陣CCD多功能實(shí)驗(yàn)儀的根本操作和功能；2.掌握用雙蹤跡示波器測(cè)二相線陣CCD驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率、幅度、周期和各路驅(qū)動(dòng)脈沖之間相位關(guān)系的測(cè)量方法；3.觀測(cè)線陣CCD驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序和相位關(guān)系，掌握二相線陣CCD的根本工作原理，尤其是復(fù)位脈沖在CCD輸出電路中的作用；掌握轉(zhuǎn)移脈沖與驅(qū)動(dòng)脈沖間的相位關(guān)系及電荷轉(zhuǎn)移過程。4.通過對(duì)典型線陣CCD在不同驅(qū)動(dòng)頻率和不同積分時(shí)間下的輸出信號(hào)測(cè)量，進(jìn)一步掌握線陣CCD的有關(guān)特性，加深對(duì)積分時(shí)間的意義的掌握，以及驅(qū)動(dòng)頻率和積分時(shí)間對(duì)CCD輸出信號(hào)的影響。理解線陣CCD器件的飽和效應(yīng)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1.雙蹤跡同步示波器〔帶寬50MHz以上〕一臺(tái)；2.彩色線陣CCD多功能實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、彩色線陣CCD原理及驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)備內(nèi)容1.學(xué)習(xí)線陣CCD的根本工作原理〔參考有關(guān)教材〕，閱讀雙蹤跡示波器的使用說明書；2.學(xué)習(xí)TCD2252D線陣CCD根本工作原理〔參考附錄〕；3.掌握雙蹤跡示波器的根本操作；4.根據(jù)線陣CCD的根本工作原理，觀測(cè)轉(zhuǎn)移脈沖SH與Φ1、Φ2的相位關(guān)系，理解線陣CCD的并行轉(zhuǎn)移過程。觀測(cè)Φ1、Φ2及Φ1與CP、SP、RS之間的相位關(guān)系，理解線陣CCD的串行傳輸過程和復(fù)位脈沖RS的作用；5.測(cè)量驅(qū)動(dòng)頻率不同檔位下的Φ1、Φ2、RS的周期與頻率，測(cè)量CCD行周期為以下實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)步驟：1．實(shí)驗(yàn)預(yù)備1.1首先將示波器地線與實(shí)驗(yàn)儀上的地線連接好，接好示波器和實(shí)驗(yàn)儀的電源；1.2翻開示波器電源；1.3翻開實(shí)驗(yàn)儀的電源，觀察儀器面板顯示窗口，數(shù)字閃爍表示儀器初始化，閃爍完畢后顯示為"000”字樣，前兩位表示積分時(shí)間檔次值，共分為16檔，顯示數(shù)值范圍由"00”~"15”，數(shù)值越大表示積分時(shí)間越長(zhǎng)。CCD的驅(qū)動(dòng)頻率分4檔，顯示數(shù)值范圍"02．驅(qū)動(dòng)脈沖相位的測(cè)量2.1將示波器CH1和CH2掃描線調(diào)整至適當(dāng)位置，同步設(shè)置為CH1。對(duì)照"附錄〞中TCD2252D的驅(qū)動(dòng)波形進(jìn)展下面的實(shí)驗(yàn)；2.2用示波器CH1和CH2兩個(gè)探頭分別測(cè)量驅(qū)動(dòng)頻率Φ1、Φ2，觀測(cè)Φ1、Φ2的相位關(guān)系，測(cè)量圖1中的電平值V1與V2及上升時(shí)間t6和下降時(shí)間t7；ΦΦ1Φ2V1V2圖1Φ1和Φ2波形T6T72.3用CH1探頭測(cè)量轉(zhuǎn)移脈沖SH，仔細(xì)調(diào)節(jié)使之穩(wěn)定〔同步〕，并使SH脈沖寬度適當(dāng)以便于觀察〔將示波器的掃描頻率調(diào)至2s檔左右，便于觀察對(duì)照〕。用CH2探頭分別觀測(cè)驅(qū)動(dòng)脈沖Φ1、Φ2，這就是SH與Φ1、Φ2的相位關(guān)系；測(cè)量圖2中的t1、t2、t3、t4和t5；(觀察的過程中可以改變示波器的掃描頻率)ΦΦ1SH圖2Φ1和SH時(shí)序關(guān)系圖2.4用CH1探頭測(cè)量Φ1信號(hào)，用CH2探頭分別測(cè)量Φ2、RS、CP、SP信號(hào)，這就是Φ1、Φ2、RS、CP、SP信號(hào)之間的相位關(guān)系；(參考圖2，觀察的過程中可以改變示波器的掃描頻率，SP采樣保持信號(hào)，RS復(fù)位信號(hào)，CP鉗位信號(hào))2.5用CH1探頭測(cè)量CP信號(hào)，CH2探頭分別測(cè)量RS、SP，這就是CP與RS、SP信號(hào)之間的相位關(guān)系；測(cè)量圖2和圖3中的t8~t22；2.6將以上所測(cè)的相位關(guān)系以及各個(gè)時(shí)序時(shí)間t1~t22與"附錄〞所示TCD2252D的驅(qū)動(dòng)波形相對(duì)照。3．驅(qū)動(dòng)頻率和積分時(shí)間測(cè)量3.1用示波器分別測(cè)量4檔驅(qū)動(dòng)頻率下Φ1、Φ2、RS信號(hào)的周期，計(jì)算出信號(hào)頻率填入表1；3.2將實(shí)驗(yàn)儀的頻率設(shè)置恢復(fù)為"0”檔，同時(shí)確認(rèn)積分時(shí)間設(shè)置為"00”檔。用CH1觀測(cè)Φ1或Φ圖3時(shí)序關(guān)系圖表1驅(qū)動(dòng)頻率與周期驅(qū)動(dòng)頻率工程Φ1Φ2RS0檔周期〔μs〕頻率〔KHz〕1檔周期〔μs〕頻率〔KHz〕2檔周期〔μs〕頻率〔KHz〕3檔周期〔μs〕頻率〔KHz〕表2積分時(shí)間的測(cè)量驅(qū)動(dòng)頻率0檔驅(qū)動(dòng)頻率1檔驅(qū)動(dòng)頻率2檔驅(qū)動(dòng)頻率3檔積分時(shí)間〔檔〕SH周期〔ms〕積分時(shí)間〔檔〕SH周期〔ms〕積分時(shí)間〔檔〕SH周期〔ms〕積分時(shí)間〔檔〕SH周期〔ms〕00000000010101010202020214141414151515154．CCD輸出信號(hào)的測(cè)量4.1將實(shí)驗(yàn)儀積分時(shí)間設(shè)置恢復(fù)為"00”檔，驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)置在"04.2用示波器CH1探頭測(cè)量SH信號(hào)，調(diào)節(jié)示波器至少顯示2個(gè)SH周期；CH2探頭測(cè)量實(shí)驗(yàn)儀的UG(或UR和UB)輸出測(cè)試環(huán)，翻開實(shí)驗(yàn)儀右下角蓋板。在沒有放置物體的情況下，用手慢慢遮擋CCD觀察U0輸出是否有變化；4.3保持CH1探頭不變，增加積分時(shí)間，用CH2探頭分別測(cè)量UG、UR和UB信號(hào)，觀測(cè)這三個(gè)信號(hào)在積分時(shí)間改變時(shí)的信號(hào)變化；4.4調(diào)節(jié)示波器掃描速度，展開SH信號(hào)，觀測(cè)SH波形和CCD輸出波形之間的相位關(guān)系；4.5重復(fù)上述步驟觀測(cè)Φ1、Φ2波形和CCD輸出波形之間的相位關(guān)系；5．關(guān)機(jī)完畢5.1關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀；5.2關(guān)閉示波器；5.3關(guān)閉電源。二、線陣CCD特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)預(yù)備1.1先將示波器地線與多功能實(shí)驗(yàn)儀上的地線連接好，接好示波器和多功能實(shí)驗(yàn)儀的電源；1.2翻開示波器電源；1.3翻開儀器的電源，測(cè)量Φ1、Φ2、SH、RS、SP、CP各路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的波形，并與"附錄〞中所示波形比照。如果與附錄中所示的波形相符，就繼續(xù)進(jìn)展下面的實(shí)驗(yàn)。2．驅(qū)動(dòng)頻率變化對(duì)CCD輸出波形影響的測(cè)量2.1將示波器CH1和CH2的掃描線調(diào)整至適當(dāng)位置，同步設(shè)置為CH1；2.2將實(shí)驗(yàn)儀驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)置為"0”檔，積分時(shí)間設(shè)置為"002.3將CH1探頭測(cè)量SH脈沖，仔細(xì)調(diào)節(jié)使之同步穩(wěn)定，調(diào)節(jié)示波器使示波器至少顯示2個(gè)SH信號(hào)周期，CH2探頭測(cè)量Uo(泛指UR、UG、UB)信號(hào)；2.4翻開右下角的蓋子，將一定寬度的物體(1cm左右)放置到CCD前方，觀察CCD輸出信號(hào)U0。在保證積分時(shí)間為"00”設(shè)置情況下，改變驅(qū)動(dòng)頻率逐漸由"0”變到"3．積分時(shí)間與輸出信號(hào)測(cè)量3.1保持實(shí)驗(yàn)儀其他設(shè)置不變，只將實(shí)驗(yàn)儀驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)置恢復(fù)為"0”檔，并確認(rèn)積分時(shí)間設(shè)置處于"003.2用CH1探頭測(cè)量SH脈沖，調(diào)節(jié)示波器使之同步穩(wěn)定，并至少顯示兩個(gè)周期。用CH2探頭測(cè)量Uo信號(hào)；3.3調(diào)節(jié)積分時(shí)間設(shè)置按鈕逐步增加積分時(shí)間，保持驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)置為"0”檔不變，測(cè)輸出信號(hào)Uo的幅度值(VH是高電平，VL是低電平)填入表3。表3填滿后，以積分時(shí)間為橫坐標(biāo)，以輸出信號(hào)Uo3.4調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)頻率〔即調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)置按鈕，從"0”至"3”〕，保持積分時(shí)間設(shè)置為"表3輸出信號(hào)幅度與積分時(shí)間的關(guān)系驅(qū)動(dòng)頻率0檔輸出信號(hào)Uo驅(qū)動(dòng)頻率1檔輸出信號(hào)Uo積分時(shí)間〔檔〕SH周期〔ms〕輸出幅度〔VH〕輸出幅度〔VL〕積分時(shí)間〔檔〕SH周期〔ms〕輸出幅度〔VH〕輸出幅度〔VL〕00000202040406060808101012121414驅(qū)動(dòng)頻率2檔輸出信號(hào)Uo驅(qū)動(dòng)頻率3檔輸出信號(hào)Uo000002020404060608081010121214144．關(guān)機(jī)完畢4.1關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀；4.2關(guān)閉示波器；4.3關(guān)閉電源。【考前須知】所有與本實(shí)驗(yàn)儀相關(guān)的線纜如電源線、