光电测量系统设计报告
光电传感器测量系统的设计
光电传感器测量系统的设计检测技术与应用课程设计报告
系别自动化工程系
班级
姓名
学号
指导教师
2011年1月
光电传感器测量系统的设计
一、设计目的
1、了解光电式传感技术的基本原理，掌握光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池传感器等的结构、原理、特性及使用注意事项。掌握光电效应的概念。
2、了解各种光电元件的性能参数指标及一些其他特性。
3、掌握数字光照度计的使用方法。
4、了解典型传感器的技术指标，重点掌握传感器的设计要求。
5、掌握正确调试电路的方法。
6、掌握常用仪器设备的正确使用方法，利用开放式传感器实验箱更具体的了解光电传感器的工作原理和应用，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。
7、掌握基本的传感器设计方法，进一步了解常规敏感元器件的工作原理和特性，
二、设计任务及要求
1. 测量光照强度与电压的关系并作出正确的曲线及图表。
2. 根据所提供的设备，正确选择传感器、相关元件。
计算机、LabVIEW虚拟仪器软件和DRLAB快速可重组综合实验台为必选设备；
传感器的范围已经给定，选择正确传感器并写出选择依据、其他元件可根据自己需求自行选择；
尽量写出其他可以实现测量目的的其他相关传感器。
3. 论述基本原理，并画出相关电路图。
论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理；
电路图参考教材电路自己设计。
4. 按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路。
在调试电路时注意各元件的性能参数指标，避免损坏。
光电传感器在不同的光强不同的温度下所对应的电阻值均不相同，不同的环境下所得到的结果差别较大，但对结果进行分析得出的特性与光电传感器特性相一致，因所处环境的差别本结果仅作为参考。
光电检测-报告
大纲
设计了一种应用于微光夜视仪检测设备中低噪声的光电检测系统，解析了电路中产生的主要噪声，并提出了控制方法。系统采用光敏二极管作为光电检测器件，并利用单片机实现了光照度的实时显示与超差报警以及与上位机的通信。要点词：单片机；光电检测电路；光电二极管
Ａｂｓｔｒａcｔ
Ａｌｏｗｎｏｉｓｅｌｉｇｈｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒａｎｉｇｈｔｖｉｓｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｗｅａｎａｌｙｚｅｔｈｅｎｏｉｓｅｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｔｕｄｙｈｏｗｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｍ．Ｉｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｉｓｕｓｅｄａｓｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｏｒ，ａｎｄａｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙｏｆｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，ａｌａｒｍａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｈｏｓｔｃｏｍｐｕｔｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｐhｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ．
0 序言
夜视技术在军事、工业、农业、科学研究、医药卫生等领域有着广泛的应用，特别是在军事方面的需求是夜视技术发展的原动力。在现代战争中，为了提升战争的突然性以及扩大战争的时间范围和空间范围，需要队伍在星光或月光等稍微光照度情况下对战场进行侦探和监控，这就必定依靠夜视技术，因此，微光夜视仪设备的可靠性将直接影响到军队的战斗力。要保证每一个装备的夜视仪都是合格的，就对检测设备的技术指标提出了很高的要求。为模拟实质中的夜天光环境，在微光夜视仪检测设备中的光源要求色温为２８５６Ｋ，光照度的变化不高出±１０％。光应力源可否吻合要求直接决定了整套系统工作的牢固性及判断结果的正确度，因此，为了保证检测设备的检测精度以及检测结果的正确性，要求对光源的照度变化进行实时监测。当光源变化高出规定范围时，能够实时报警，提示进行设备维修或光源的更换。
光电检测系统课程设计报告
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光电系统设计与检测说明书
电子照片
（证件照）
题目红外遥控设计
系(部) ******
专业(班级) ******
姓名****
学号20100411**
指导教师******
起止日期13年6月 3日6月15日
长沙学院课程设计鉴定表
10级光电检测课程设计任务书
系(部):电子与通信工程系专业：光电指导教师: 刘莉孙利平谭志光谢志宇 201
3-6-8
摘要：
很多电器都采用红外遥控,那么红外遥控的工作原理是什么呢?本文将介绍其原理和设计方法。红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的，在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。
关键词：80c51单片机、红外发光二极管、晶振
目录
1、绪论 (7)
2、红外遥控器 (8)
2.1、基本原理及应用 (8)
2.2、红外遥控发射部分 (9)
2.3、红外遥控接收部分 (11)
2.4、系统设计 (12)
3、设计思路 (13)
4、设计成果展示 (14)
5、总结 (15)
6、参考文献： (15)
附录1： (16)
1、绪论
人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm 之间的近红外线来传送控制信号的。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色，判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。
光电检测报告
《光电测试与系统》讨论课报告
基于干涉的微位移光电测试系统
摘要
高精度的位移测量系统是机械、仪表、工具、兵器、宇航等产业获得位置精度的基础,也是上述产业产品及技术不断进步的制约因素,特别是在军事领域,高精度的微位移测量有着重要的意义。而这些方面光干涉计量以其能够精确到波长级的优势成为位移测量系统的主要代表。
本次讨论课我们设计了一种可进行动态微位移激光测量系统。该系统以He2Ne激光器为光源,配以去噪装置、判向变频系统、CCD视频信号的高速动态采集系统、微机处理系统及干涉图处理软件包等,基于位相调制的基本原理,实现了微位移的精确测量。与传统测量方法相比,其精度、误差、灵敏度及稳定度都有较大提高,并实现了微位移的全自动测量。
关键词线阵CCD 位相调制迈克尔逊干涉仪微位移干涉
目录
摘要 (1)
目录 (2)
第一章研究背景及意义 (3)
第二章系统总体结构设计 (3)
第三章系统光路结构设计 (4)
3.1 测量光路原理图 (4)
3.2 测量光路系统设计分析 (5)
第四章信号处理系统设计 (6)
4.1 信号处理系统设计原理 (6)
4.2 滤波放大电路设计 (6)
4.3 整形比较电路设计 (7)
4.4 判向计数电路设计 (7)
第五章心得体会 (9)
第六章参考文献 (8)
第一章研究背景及意义
高精度的位移测量系统是机械、仪表、工具、兵器、宇航等产业获得位置精度的基础,也是上述产业产品及技术不断进步的制约因素,特别是在军事领域,高精度的微位移测量有着重要的意义。而这些方面光干涉计量以其能够精确到波长级的优势成为位移测量系统的主要代表。
光电测量系统设计报告
光电测量系统设计报告
一、引言
近年来，光电测量技术在各个领域中得到了广泛的应用和发展。光电测量系统是一种用于测量光的强度、波长、光谱、光色度等参数的仪器设备。光电测量系统在光学、电子、材料等领域中有着重要的用途，本报告旨在设计一种基于XYZ色度标准的光电测量系统。
二、设计原理
XYZ色度标准是一种广泛应用的颜色空间，它可以将任意颜色转化为线性变换下的三个刺激值。光电测量系统基于XYZ色度标准的设计主要包括光源、光谱分析仪、光电传感器和数据处理部分。
1.光源：选择高质量的白色LED作为光源，保证光线的稳定性和均匀性。
2.光谱分析仪：采用高分辨率的光谱分析仪，可以准确地分析光源的光谱，并提供基于XYZ色度标准的光谱数据。
3.光电传感器：选择高灵敏度、宽动态范围的光电传感器，可将光信号转换为电信号，并提供给数据处理部分进行处理。
4.数据处理：利用计算机进行数据处理，根据XYZ色度标准进行色度计算，并将结果显示在计算机屏幕上。
三、系统设计与实施
1.硬件设计：
(1)光源：选择白色LED光源，通过特殊的光学配置保证光线均匀分布，并通过反馈控制保持光源的稳定性。
(2)光谱分析仪：选择高分辨率光谱分析仪，可以快速获取光谱信息，并将光谱数据传输给计算机。
(3)光电传感器：选择高灵敏度、宽动态范围的光电传感器，可以准
确地转换光信号为电信号，并传输给计算机。
(4)数据处理部分：利用计算机进行数据处理，设计合适的算法来实
现XYZ色度计算，并将结果通过界面显示出来。
2.软件设计：
(1)数据采集：通过光谱分析仪和光电传感器实时获取光谱和光强度
CCD光电测量实验报告
CCD光电测量实验报告
一、实验目的
本次实验旨在利用CCD光电测量仪对光的强度进行测量，并探究光强
与入射光源强度、光透过介质厚度之间的关系。
二、实验原理
CCD光电测量仪是一种利用CCD传感器对光信号进行接收和处理的仪器。在实验中，我们使用的CCD光电测量仪由一个光电二极管和一个CCD
传感器组成。当光线入射到光电二极管上时，产生的电流信号经过放大和
数字化处理后，可以得到与光强相关的电压值。
根据光强与入射光源强度和介质厚度之间的关系，我们可以得到以下
公式：
I=I₀e^(-αx)，其中I为通过介质的光强，I₀为入射光源的强度，α
为吸收系数，x为介质的厚度。
三、实验步骤
1.将光源与CCD光电测量仪连接起来，确保光线可以正常射入光电二
极管。
2.打开CCD光电测量仪的软件，将测量仪初始化，并进行预热。
3.调整光源的强度，使得在测量时可以得到较高的信号强度。
4.在CCD光电测量仪的软件中设置测量参数，包括采样频率和采样时
间等。
5.将待测介质放置在光源和CCD光电测量仪之间，并调整介质的厚度。
6.开始测量，并记录测量结果。
四、实验结果和分析
通过实验我们获得了一系列的测量数据，并利用这些数据绘制了光强
随介质厚度变化的曲线图。根据图中的曲线，我们可以看出光强随着介质
的厚度增加而减小，符合指数衰减的规律。同时，我们还可以利用测量的
数据拟合出吸收系数α的取值。
通过进一步的分析，我们发现光强与入射光源强度之间的关系不是线
性的，而是服从指数衰减的规律。这是因为光在介质中会被吸收、散射等
过程所影响，导致光的强度随着传播距离的增加而减小。
光电测量系统设计
光电测量系统设计
----基于干涉方法测量压电陶瓷微小伸长量
指导老师：朱海东樊敏
姓名：陈权
学号：2013031053
班级：电科132班
时间：2016年11月 7 日
摘要
本次实验为光电测量系统设计，从而测量压电陶瓷由于加热而产生的微小形变量，故需要掌握干涉和衍射的基本原理和产生条件，结合相关仪器软件完成对光电探测器的设计。首先是对通过杨氏双缝干涉，夫琅禾费衍射，PSD微小位移测量实验对理论知识的补充和了解，并对测量系统的搭建有一个大概的构思。然后在机房通过仿真软件ZMAX完成扩束准直系统的设计，ZW CAD绘制出探测器的光学结构（探头主体、底座、支杆等）；最后，进行了光纤端面处理和光纤传感综合实验。
关键词：光电测量系统；干涉；衍射；探测器；光纤实验
目录
论文总页数：11页1. 简介 (1)
1.1.实验目的及内容 (1)
2. 干涉及衍射原理 (1)
2.1.干涉 (1)
2.1.1. 干涉原理 (1)
2.1.2. 干涉条件 (2)
2.1.3. 实现光束干涉的基本方法 (2)
2.2.衍射 (2)
2.2.1. 衍射原理 (2)
2.2.2. 衍射分类 (2)
3. 干涉仪 (3)
4. 整体结构 (4)
5. 上机 (5)
5.1.ZMAX仿真设计 (5)
5.1.1. 单透镜 (5)
5.1.2. 双透镜 (5)
5.1.3. 扩束准直系统 (7)
5.2.探测器设计 (7)
6. 总结 (11)
6.1.实验结果及分析 (11)
6.2.问题分析 (12)
6.3.实验改进 (12)
结语 (13)
参考文献 (13)
1. 简介
光电测量系统设计
光电测量系统设计——设计题目：用干涉法测量钢丝钢丝热伸长度
用干涉法测量钢丝热伸长度
设计目的
1、 了解干涉产生的原理、方法，了解个部分的作用，并能综合运用
2、 灵活运用所学光学知识，掌握光电测量系统中的光路部分的设计原理及方法
3、 根据所学知识，将干涉测量运用于设计一个光电测量系统中的光路部分
一、 迈克尔干涉仪测量原理
迈克尔逊干涉仪的结构简图所示，G 2是一面镀上半透半反膜，M 1、M 2为平面反射镜，M 1是固定的，M 2和精密丝相连，使其可前后移动， M 1和M 2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M 2和M 1’严格平行时，M 2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”一个个条纹。M 2和M 1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，M 2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M 2平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满足2λ
N d =。
经M 2反射的光三次穿过分光板，而经M 1反射的光只通过分光板一次.补偿板就是为了消除这种不对称而设置的.在使用单色光源时，补偿板并非必要，可以利用空气光程来补偿；但
在复色光源时，因玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可缺少的。
二、 设计原理
1、干涉测量原理
干涉测量技术是一波长为单位的非接触精密测量方法，具有极其广泛的应用范围，其精度可达 以上，且有很高的测量重复性，该方法可实现对长度、距离、位移、振动和运动速度等物理量的高精度非接触测量。
测控仪器光电系统设计
外光电效应光电探测器的光谱响应表现出选择性的物理 基础：
典型光电子发射器件为光电管和光电倍增管 光电管：真空光电管和充气光电管 光电管特点：
光电倍增管是由光电阴极、电子倍增器和光电子收集器 组成的真空光电管。
光电倍增管特点：
（二）光电导器件
光电导效应：
光敏电阻：光谱响应范围宽，工作电流大，光强动态范 围大，灵敏度高，无极性之分，使用方便。
光效应。 旋光：一束线偏振光通过某些物质时，其振动面随着在该物质中传播距离增大 而逐渐旋转的现象称为旋光。 当线偏振光沿石英晶片的光轴方向 通过时，出射光仍为线偏振光，但 其振动面相对于入射时的振动面旋 转了一个角度。
ad
1．法拉第效应 在磁场的作用下，不具有旋光性的物质产生了旋光性．即能使光矢量发生旋转、 这种现象称为磁致旋转效应或法拉第效应。
测控仪器光电系统设计
光电系统的特点： （1）非接触测量 （2）精度高 （3）信息处理能力强
第一节 光电探测器的选用
一、光电探测器的种类
作用：把光信息(能量)直接转换成电信息(能量)。 工作原理是基于材料的光电效应。 （一）光电发射器件 光电子发射效应
v 以频率 的光照射到固体表面，逸出表面的光电子最大
（三）散粒噪声
在结型器件中发现的噪声源，是因随机的热运动 而产生的。
四、光电探测器选用原则
光电传感器测量系统的设计
光电传感器测量系统的设计
检测技术与应用课程设计报告
系别自动化工程系
班级
姓名
学号
指导教师
xx年1月
光电传感器测量系统的设计
一、设计目的
1、了解光电式传感技术的基本原理，掌握光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池传感器等的结构、原理、特性及使用考前须知。掌握光电效应的概念。
2、了解各种光电元件的性能参数指标及一些其他特性。
3、掌握数字光照度计的使用方法。
4、了解典型传感器的技术指标，重点掌握传感器的设计要求。
5、掌握正确调试电路的方法。
6、掌握常用仪器设备的正确使用方法，利用开放式传感器实验箱更具体的了解光电传感器的工作原理和应用，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。
7、掌握基本的传感器设计方法，进一步了解常规敏感元器件的工作原理和特性，
二、设计任务及要求
1. 测量光照强度与电压的关系并作出正确的曲线及图表。
2. 根据所提供的设备，正确选择传感器、相关元件。
计算机、LabVIEW虚拟仪器软件和DRLAB快速可重组综合实验台为必选设备；
传感器的范围已经给定，选择正确传感器并写出选择依据、其他元件可根据自己需求自行选择；
尽量写出其他可以实现测量目的的其他相关传感器。
3. 论述基本原理，并画出相关电路图。
论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理；
电路图参考教材电路自己设计。
4. 按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路。
在调试电路时注意各元件的性能参数指标，防止损坏。
光电传感器在不同的光强不同的温度下所对应的电阻值均不相同，不同的环境下所得到的结果差异较大，但对结果进行分析得出的特性与光电传感器特性相一致，因所处环境的差异本结果仅作为参考。
光电系统设计
图8-23 光电信号码探测器
同步信号标志
30
8.2.3 光电探测信号码的工作原理 条形码标签
条形码
31
8.2.9 脉冲激光测距 飞行时间法（time of flight)
1
l ct
2
32
8.2.9 脉冲激光测距
优点：原理、结构简单，测程远、功耗小 (光速太快，所计脉冲数有限） 缺点：精度低，m级，（现在最好的做到mm级， ns级计时）
2
8.1 光强型光电检测系统
本节主要包括以下几部分内容：
8.1.1 直接测量法 8.1.2 差动测量法
测量方法
8.1.3 补偿测量法
8.1.4 补偿式轴径检测装置
8.1.5 利用比较法检测透明薄膜的厚度
8.1.6 利用α射线测量块规厚度的装置
8.1.7 圆形物体偏心度的光电检测
8.1.8 利用补偿法测量线材直径
所以，直接测量方法虽然简单方便、价格低廉，但各环 节误差直接加入总误差，受环境影响大！
有没有受环境影响小的解决方案？
9
8.1.2 差动测量法 1. 测量原理
该方法采用被测量与标准量相比较，利用它
们之间的差或比，经放大后的测量数据去控制检 测机构。
无光照时，调节 电桥平衡
有光照时，电桥 失衡，发生偏转
结果的影响，设计了由双光路和电桥组成的光电差动 装置。
光电测量实验报告
光电测量实验报告
光电测量实验报告
引言：
光电测量是一种常见的实验方法，通过测量光电效应来获得有关光的性质的信息。本次实验旨在通过测量光电效应的特性曲线和光电效应的应用，深入理解光电效应的原理和应用。
一、实验装置与原理
实验装置主要包括光源、光电池、电流放大器和数据采集系统。光源可以是激光器、LED等，本实验中采用LED作为光源。光电池是一种能将光能转化为电能的器件，其内部结构包括光敏电极和电极。当光照射到光敏电极上时，光子会激发光敏电极上的电子，使其跃迁到导带中，从而产生电流。电流放大器用于放大光电池产生的微弱电流信号，以便进行测量和分析。数据采集系统用于记录和分析实验数据。
二、实验步骤与结果
1. 实验步骤
（1）将光源与光电池相距一定距离，调整光源的亮度。
（2）将电流放大器与光电池连接，设置合适的放大倍数。
（3）打开数据采集系统，开始记录实验数据。
（4）改变光源的亮度，记录光电池输出电流的变化。
（5）重复步骤（4），改变光源与光电池的距离，记录光电池输出电流的变化。
2. 实验结果
通过实验记录的数据，我们可以得到光电效应的特性曲线。特性曲线通常包括
光电流与光源亮度之间的关系曲线和光电流与光源与光电池距离之间的关系曲线。通过分析特性曲线，我们可以得出以下结论：
（1）光电流与光源亮度呈正相关关系，即光源亮度越高，光电流越大。
（2）光电流与光源与光电池距离呈负相关关系，即光源与光电池距离越远，光电流越小。
三、讨论与分析
1. 光电效应的原理
光电效应是指当光照射到金属或半导体材料表面时，会激发材料中的电子跃迁
LED光电参数测量系统的设计
高的应用场合， 如大屏 幕显示 、 Ｅ Ｌ Ｄ照 明光源等领域。但 是由于半导体芯片及生产工艺 的限制， 使得 目前生产 出来 Ｌ Ｄ 尤其 是 白光 Ｌ Ｄ 存在 光色 、 Ｅ （ Ｅ） 电性 参数 分 布不 均匀 等 问题［， １ 因此快速 、 ］ 准确的测量其光色 电参数 ， 然后根据测
外， 还具 有 Ｕ Ｂ接 口 ， 过 Ｕ Ｂ总线将 测量 到 的数据快 Ｓ 可通 Ｓ
该系统以基于线阵 Ｃ Ｄ探测器的微型光谱仪和 Ｓ Ｃ单片 Ｃ Ｏ 机为核心器件 ， 并配有 高精度的 电性测量 电路 ， 系统组 其
成如 图 １ 所示 。
速传输到计算机上 ， 然后完成光谱参数 的计算。Ｕ Ｂ ００ Ｓ ２ ０ 光谱仪的系统结构如 图 ２ 所示。由光纤输入的光束通过
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ＥＣ ＯＣＭＡ Ｒ 哐 Ｎ ０ ＬＴ Ｎ电子测量Ｎ Ｔ Ｈ０ Ｇ ＥＲ Ｉ ＥＵＥ 技术 Ｌ Ｙ Ｓ ＭＴ Ｅ Ｃ
第１ 第 ２卷１期 ０年 月 ３ １ ０ ８
Ｌ Ｄ光 电参 数 测 量 系统 的设 计 Ｅ
温 浩 礼 易 波 （ 中国科 学技 术大学 合肥 ２０２） ３ ０ ６
ｍｉ ｉｔ ｒ ｐ ｉ ｐ ｃ ｒ ｍｅ ｅ ， ＯＣ ｃ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒａ ｄ ｈ ｇ － ｃ ｕ ａ ｙ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｃｒ ｕ ｔ ． Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ａ ｕ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｕ ｅ ｏ ｔｃｓ ｅ ｔ ｏ ｔ ｒ Ｓ ｍｉｒ ｒ ｃ ｓ ｏ ｎ ｉ ｈ ａ ｃ ｒ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ｉｃ ｉ ｏ ｓ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔ ｌ ｍｅ ｓ ｒｍ ｎ ｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｓ ｃ ｓ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ａ ｕ ｅ ｎ ｒ ｃ ｓ ｎ，ｑ ｉｋ ｒ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｈ ｓ ｍａ ｙ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｈ ａ ｒ ｃ ｕ ａ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｐ ｅ ｉｉ ｏ ｕｃ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｐ ｒ ｔｏ ｓ ｎ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ａ ｉ ｎ ． ｔ ｍｉ ｉ ｔ ｒ ｐ ｉ ｐ ｃ ｒ ｍ ｅ ｅ ； ＡＤＵＣ ４ ； ｎａ ｕ ｅｏ ｔ ｓ ｅｔｏ ｔｒ ｃ ８ １
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光电测量系统设计报告
光电测量系统设计报告
一、干涉的基本原理
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。
1、劈尖的等厚干涉测细丝直径
见图7.2.1-2，两片叠在一起的玻璃片，在它们的一端夹一直径待测的细丝，于是两玻璃片之间形成一空气劈尖。当用单色光垂直照射时，如前所述，会产生干涉现象。因为程差相等的地方是平行于两玻璃片交线的直线，所以等厚干涉条纹是一组明暗相间、平行于交线的直线。
设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度
由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径
具体测量时，常用劈尖盒，盒内装有两片叠在一起玻璃片，在它们的一端夹一细丝，于是两玻璃片之间形成一空气劈尖，见图7.2.1-2。使用时木盒切勿倒置或将玻璃片倒出，以免细丝位置变动，给测量带来误差。
2、利用干涉条纹检验光学表面面形
检查光学平面的方法通常是将光学样板（平面平晶）放在被测平面之上，在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜。当单色光垂直照射时，通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形。
（1）待测表面是平面
两表面一端夹一极薄垫片，形成一楔形空气膜，如果干涉条纹是等距离的平行直条纹，则被测平面是精确的平面，见图7.2.1-3（a），如果干涉条纹如图7.2.1-3（b）所示，则表明待测表面中心沿AB方向有一柱面形凹痕。因为凹痕处的空气膜的厚度较其两侧平面部分厚，所以干涉条纹在凹痕处弯向膜层较薄的A端。
（2）待测表面呈微凸球面或微凹球面
将平面平晶放在待测表面上，可看到同心圆环状的干涉条纹，参看图7.2.1-4。用手指在平晶上表面中心部位轻轻一按，如果干涉圆环向中心收缩，表明面形是凹面；如果干涉圆环从中心向边缘扩散，则面形是凸面。这种现象可解释为：
当手指向下按时，空气膜变薄，各级干涉条纹要发生移动，以满足式（2），
3、用牛顿环测平凸透镜的曲率半径当曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上时，见图7.2.1-1，在透镜的凸面与平面之间形成一个从中心O 向四周逐渐增厚的空气层。当单色光垂直照射下来时，从空气层上下两个表面反射的光束1和光束2在上表面相遇时产生干涉。因为光程差相等的地方是以O 点为中心的同心圆，因此等厚干涉条纹也是一组以O点为中心的明暗相间的同心圆，称为牛顿环。由于从下表面反射的光多走了二倍空气层厚度的距离，以及从下表面反射时，是从光疏介质到光密介质而存在半波损失，故1、2两束光的光程差为：
式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率n ≈ 1 。
当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m个暗环处的空气层厚度为m，则有：
由图7.2.1-1中的几何关系，以及一般空气层厚度远小于所使用的平凸透镜的曲率半径R，即，可得：
式中是第m个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得：
可见，我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R，或者由已知R求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径换成直径，则有：
对第m+n个暗环有
将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有
可见，如果我们测得第m个暗环及第（m+n）个暗环的直径、，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R。
经过上述的公式变换，避开了难测的量和m，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。
二、干涉法测微小量的原理与干涉仪绘制草图
1、实验内容
用干涉法测微小形变实验验证
实验仪器：he-ne激光器、共焦球面干涉仪、压电陶瓷、探测器、示波器、电源、锯齿波发生器。
2、实验原理：
（1）、共焦球面干涉仪示意图：
共焦球面干涉仪是一个无源腔，由两块球形凹面反射镜构成两面镜子的曲率半径和腔长相等（R1=R2=L），镜面1固定不动，镜面2固定在可随外电压变化而变化的压电陶瓷上。
光在腔内每走一个周期都会有部分光从镜面透射出去为光线1，另一部分则反射4次出射，为光线2；
光线1与光线2满足干涉条件，当其光程差D满足条件：D=mλ时，干涉相长示波器出现峰值，随着压电陶瓷随电压的变化，腔长变化，D也随之变化。当D=（m±1）λ时，再次干涉相长，示波器上出现相应的峰值。
3、实验步骤：
（1）、打开he-ne激光器，调整光路和压电陶瓷方向，使得光路准直，（若没调整好，在共焦球面干涉仪后方会出项两个光斑，光线1和光线2并不产生干涉）。
（2）、将探头和锯齿波发生器分别接入示波器的两个通道，打开激光器和锯齿波发生器的电源。
（3）、观察示波器上波形。
4、实验结果：
5、实验总结：