matlab仿真光束的传输特性
一、课程设计题目:
用matlab 仿真光束的传输特性。
二、任务与要求
用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。
① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1、5062,镜片中心厚度为3mm,凸面曲率半径,设为100mm,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。
② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121=='n n (K9玻
璃),502-=r ,0.12='n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计
算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路与近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。
③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。)
2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗与费矩形孔衍射、夫朗与费圆孔衍射、夫朗与费单缝与多缝衍射。)
3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布与平面的灰度图。)
4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab对不同传输距离处的光强进行仿真。
三、理论推导部分
将坐标原点选在透镜中心处,θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sinθ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r),由几何关系可得到θ=θ2－θ1,则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时,x1=d－(r－r ),并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过(x1,y1)即可求出b (y
2^
)2^1
值,从而就可以求出射直线。由单透镜焦点计算公式1/f=－(n-1)*(1/r1－1/r2)可求得f=193、6858。
②
利用近轴光学公式i1=(l1-r1)*u1/r1,i11=n1*i/n11,u11=u1+i1-i11 l11=r1+r1*i11/u11与转面公式u2=u11,l2=l11-d1可以求得u11、
u22、l22、h2等。
入射光线的夹角为u1,设入射光线为y1=k1*x1+b1其中的斜率k1=－u1又由于入射光线经过经过(-100,0)就可以求出b1。由h1=l1*u1即为y1,当y1为定值时就可以得到第一个横坐标x0,再利用最后的出射光线公式y3=k3*x3+b3,k3=－u22,又因为最终出射经过(d+l22,0)可求出b3,利用转面公式h2=h1－d*u11,即为y3可求出第二个横坐标x00。再求在透镜中的直线斜率k2=((h2－h1)/(x00－x0)),y2=k2*x2+b2经过(x0,h1)即可求得b2值,从而即可求得三条直线。
实际光束求法同理。
③利用菲涅耳近似公式
11])2
^122)^1(2)^1(1[1ex p()1,1(1),(dy dx z y y x x ikz y x E z i y x E ??-+-+-=λ 求衍射面上的光强要对孔径上的点求积分可以转换成对其x1,y1的微分求与,其中公式中的z1=f 。
2.(1)夫朗与费矩形孔衍射
若衍射孔为矩形则在透镜焦平面上得到的衍射图样如图,衍射图样的主要特征为衍射亮斑集中分布在两个相互垂直的方向上,并且x 轴上的亮斑宽度与y 轴亮斑宽度之比,恰与矩形孔在两个轴上的宽度相反。
其中的θ为θx,同样的β中的θ为θy,利用θx=x/f,θy=y/f 进行求解。
(2)夫朗与费圆形孔衍射
matlab仿真光束的传输特性
一、课程设计题目： 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃，对1064nm 波长的折射率为1.5062，镜片中心厚度为3mm ，凸面曲率半径，设为100mm ，初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线（至少10条）经过平凸透镜的焦距，与理论焦距值进行对比，得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ，0.11=n ，51=d ，5163.121=='n n （K9玻璃），502-=r ，0.12=' n ，物点A 距第一面顶点的距离为100，由 A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真，并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ，中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布，计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比，得出误差大小。（方法：采用波动理论，利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。）
2、用MATLAB仿真平行光束的衍射强度分布图样。（夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。） 3、用MATLAB仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。（包括三维强度分布和平面的灰度图。） 4、（补充题）查找文献，掌握各类空心光束的表达式，采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 将坐标原点选在透镜中心处，θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sin θ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r)，由几何关系可得到θ=θ2－θ1，则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时，x1=d－(r －)2^1 r )，并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过（x1,y1）即 2^(y
高斯光束的matlab仿真复习进程
高斯光束的m a t l a b 仿真
题目：根据高斯光束数学模型，模拟仿真高斯光束在谐振腔中某一位置处的归一化强度分布并给出其二维、三维强度分布仿真图；用Matlab读取实际激光光斑照片中所记录的强度数据（读取照片中光斑的一个直径所记录的强度数据即可，Matlab读取照片数据命令为imread）,用该数据画出图片中激光光斑的强度二维分布图，与之前数学模型仿真图对比。（如同时考虑高斯光束光斑有效截面半径和等相位面特点，仿真高斯光束光强、光斑有效截面半径以及等相位面同时随传播距离z的变化并给出整体仿真图可酌情加分。） 原始光斑如图1所示，用imread命令读入matlab后直接用imshow命令读取即可， CCD采集的高斯光束光强分布 图1 CCD采集的高斯光束强度分布 读入的数据是一个224 X 244的矩阵，矩阵中的数值代表光强分布。用读入的数据取中间一行（122行）画出强度分布如图2所示。
图2 实验测量高斯曲线 用理论上的高斯曲线公式画出理论高斯曲线如图3所示。 图3 理论高斯曲线 50 100150200 020406080100120140160 180实验测量高斯曲线 -40 -30-20-10010203040 00.2 0.4 0.6 0.8 1 理论高斯曲线
M文件如下： A=imread('D:\documents\作业\激光原理与应用\高斯.bmp'); A1=A(:,122); x1=1:1:224; x2=-100:1:100; a2=exp(-x2.^2/10); figure imshow(A); axis off title('\fontsize{12}CCD采集的高斯光束光强分布'); figure plot(x2,a2,'linewidth',1,'color','b'); axis([-40 40 0 1.2]) title('\fontsize{12}实验测量高斯曲线') figure plot(x1,A1,'linewidth',1,'color','r') title('\fontsize{12}理论高斯曲线') axis([50 200 0 180]) 画三维强度分布。取图片矩阵的中间层，用mesh命令画出三维图如图4所示。 图4 三维强度分布 由于读入的图片有一行白边，需要手动去除掉，否则三维图会有一边整体竖起来，影响观察。最终的M文件如下。 A=imread('D:\documents\作业\激光原理与应用\高斯.bmp'); [high, width, color] = size(A); x=1:width; y=1:high-1; mesh(x', y', double(A(2:224,:,1))); grid on xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z'); title('三维强度分布');
传感器动态特性的性能指标
传感器动态特性的性能指标 在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性，下面介绍反映传感器动态特性的性能指标。 动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要动态特性的性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域频率特性性能指标。传感器的输入信号是随时间变化的动态信号，这时就要求传感器能时刻精确地跟踪输入信号，按照输入信号的变化规律输出信号。当传感器输入信号的变化缓慢时，是容易跟踪的，但随着输入信号的变化加快，传感器随动跟踪性能会逐渐下降。输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过程称为响应。动态特性就是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，而且还能复现被测量随时间变化的规律，这也是传感器的重要特性之一。 传感器的动态特性与其输入信号的变化形式密切相关，在研究传感器动态特性时，通常是根据不同输入信号的变化规律来考察传感器响应的。实际传感器输入信号随时间变化的形式可能是多种多样的，最常见、最典型的输入信号是阶跃信号和正弦信号。这两种信号在物理上较容易实现，而且也便于求解。 对于阶跃输入信号，传感器的响应称为阶跃响应或瞬态响应，它是指传感器在瞬变的非周期信号作用下的响应特性。这对传感器来说是一种最严峻的状态，如传感器能复现这种信号，那么就能很容易地复现其他种类的输入信号，其动态性能指标也必定会令人满意。 而对于正弦输入信号，则称为频率响应或稳态响应。它是指传感器在振幅稳定不变的正弦信号作用下的响应特性。稳态响应的重要性，在于工程上所遇到的各种非电信号的变化曲线都可以展开成傅里叶(Fourier)级数或进行傅里叶变换，即可以用一系列正弦曲线的叠加来表
高斯光束的matlab仿真
题目：根据高斯光束数学模型，模拟仿真高斯光束在谐振腔中某一位置处的归一化强度分布并给出其二维、三维强度分布仿真图；用Matlab读取实际激光光斑照片中所记录的强度数据（读取照片中光斑的一个直径所记录的强度数据即可，Matlab读取照片数据命令为imread）,用该数据画出图片中激光光斑的强度二维分布图，与之前数学模型仿真图对比。（如同时考虑高斯光束光斑有效截面半径和等相位面特点，仿真高斯光束光强、光斑有效截面半径以及等相位面同时随传播距离z的变化并给出整体仿真图可酌情加分。） 原始光斑如图1所示，用imread命令读入matlab后直接用imshow命令读取即可， CCD采集的高斯光束光强分布 图1 CCD采集的高斯光束强度分布 读入的数据是一个224 X 244的矩阵，矩阵中的数值代表光强分布。用读入的数据取中间一行（122行）画出强度分布如图2所示。
图2 实验测量高斯曲线 用理论上的高斯曲线公式画出理论高斯曲线如图3所示。 图3 理论高斯曲线 50 100150200 020406080100120140160 180实验测量高斯曲线 -40 -30-20-10010203040 00.2 0.4 0.6 0.8 1 理论高斯曲线
M文件如下： A=imread('D:\documents\作业\激光原理与应用\高斯.bmp'); A1=A(:,122); x1=1:1:224; x2=-100:1:100; a2=exp(-x2.^2/10); figure imshow(A); axis off title('\fontsize{12}CCD采集的高斯光束光强分布'); figure plot(x2,a2,'linewidth',1,'color','b'); axis([-40 40 0 1.2]) title('\fontsize{12}实验测量高斯曲线') figure plot(x1,A1,'linewidth',1,'color','r') title('\fontsize{12}理论高斯曲线') axis([50 200 0 180]) 画三维强度分布。取图片矩阵的中间层，用mesh命令画出三维图如图4所示。 图4 三维强度分布 由于读入的图片有一行白边，需要手动去除掉，否则三维图会有一边整体竖起来，影响观察。最终的M文件如下。 A=imread('D:\documents\作业\激光原理与应用\高斯.bmp'); [high, width, color] = size(A); x=1:width; y=1:high-1; mesh(x', y', double(A(2:224,:,1))); grid on xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z'); title('三维强度分布');
使用Multisim进行电路频率特性分析
使用Multisim进行电路频率响应分析 作者：XChuda Multisim的AC Analysis功能用于对电路中一个或多个节点的电压/电流频响特性进行分析，画出伯德图。本文基于Multisim 11.0。 1、实验电路 本例使用如图的运放电路进行试验。该放大电路采用同相输入，具有（1+100/20=）6倍的放大倍数，带300欧负载。方框部分象征信号源，以理想电压源串联电阻构成。 请不要纠结于我把120Vrms的电压源输入双15V供电的运放这样的举动是否犯二，电压源在AC Analyses中仅仅是作为一个信号入口的标识，其信号类型、幅值和频率对分析是没有贡献的，但是它的存在必不可少，否则无法得到仿真结果！ 2、操作步骤 搭好上述电路后，就可以进行交流分析了。
一般设置Frequency parameters和Output两页即可，没有特殊要求的话其他选项保持默认，然后点Simulate开始仿真。切记是点Simulate，点OK的话啥都不会发生。
按照上述步骤仿真结果如下： 分析结果是一份伯德图。在上下两个图表各自区域上按右键弹出列表有若干选项，各位可自己动手试试。右键菜单中的Properties可打开属性对话框，对图表进行更为详细的设置。 3、加个电容试试 从上面伯德图分析结果看出，该电路具有高通特性，是由输入耦合电容C3造成的。现在在输入端加入一个退耦电容试试。电路如下：
在输入端加入220pF退耦电容后C1与后面的放大电路输入电阻构成低通滤波器，可滤除高频干扰。加入C1后，放大电路的输出应该具有带通特性。用AC Analysis分析加入C1后的电路频响特性： 奇怪，为什么高通不见了？一阵疑惑，我甚至动笔算了同相输入端的阻容网络复频域的特性，无论C1是否加入，从同相输入端向左看出去的阻容电路都有一个横轴为0的零点，所以幅度特性应该是从0Hz处开始上升的！对，从0Hz开始！回头看看电路加入C1前仿真的伯德图，发现竖轴范围是13dB~13.3dB！ 我们尝试放大来看看。现在重新进行AC分析，将频率范围设置为0.1~10Hz，结果如下图。OK，没问题，果然是高通的，只是截止频率非常低（0.3Hz左右），刚才的仿真频率范围从1Hz开始，自然是看不到的。从中也看出，图表中数字后加小写m，是毫赫兹（mHz）的意思，而不是兆赫兹（MHz）。
基于matlab高斯光束经透射型体光栅后的光束传输特性分析(附源程序)
目录 1 基本原理 (1) 1.1耦合波理论 (1) 1.2高斯光波的基本理论 (9) 2 建立模型描述 (10) 3仿真结果及分析 (10) 3.1角度选择性的模拟 (10) 3.2波长选择性的模拟 (13) 3.3单色发散光束经透射型布拉格体光栅的特性 (15) 3.4多色平面波经透射型布拉格体光栅的特性 (17) 4 调试过程及结论 (18) 5 心得体会 (20) 6 思考题 (20) 7 参考文献 (20) 8 附录 (21)
高斯光束经透射型体光栅后的光束传输 特性分析 1 基本原理 1.1耦合波理论 耦合波理论分析方法基于厚全息光栅产生的布拉格衍射光。当入射波被削弱且产生强衍射效率时，耦合波理论分析方法适用耦合波理论分析方法适用于透射光栅。 1.1.1耦合波理论研究的假设条件及模型 耦合波理论研究的假设条件： (1) 单色波入射体布拉格光栅； (2) 入射波以布拉格角度或近布拉格角度入射； (3)入射波垂直偏振与入射平面； (4)在体光栅中只有两个光波：入射光波 R 和衍射光波 S； (5)仅有入射光波 R 和衍射光波 S 遵守布拉格条件，其余的衍射能级违背布拉格 条件，可被忽略； (6)其余的衍射能级仅对入射光波 R 和衍射光波 S 的能量交换有微小影响； (7)将耦合波理论限定于厚布拉格光栅中； 图1为用于耦合波理论分析的布拉格光栅模型。z 轴垂直于介质平面，x 轴在介质平面内，平行于介质边界，y 轴垂直于纸面。边界面垂直于入射面，与介质边界成Φ角。光栅矢量K垂直于边界平面，其大小为2/ =Λ，Λ为光栅周期，θ为入射角。 Kπ 图1布拉格光栅模型
Multisim2001实现放大电路频率特性的仿真测试
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ2001实现放大电路频率特性的仿真测试 Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，目前广泛应用于电子线路的仿真实验平台和电子系统的仿真设计工具。Multisim2001为电类专业的学习、教学、研究及开发提供了一种先进的手段和方法。在电子线路的应用中，往往需要对电路的性能指标进行测试和分析，可以利用Multisim2001的仿真仪器或Multisim2001仿真分析方法对电路的性能指标进行仿真测试。Multisim2001提供了18种基本仿真分析方法，分别是直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点-零点分析、传递函数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析、批处理分析、自定义分析、噪声图形分析和RF分析，这些分析方法能满足一般电子电路的设计、调试和性能指标测试的要求。下面以分压偏置共射极放大电路交流频率响应的仿真测试为例，介绍Multisim2001仿真分析方法在放大电路频率特性仿真测试中的应用。 首先在Multisim2001电路窗口中创建分压偏置共射极放大电路，如图1所示。 交流频率响应的仿真测试 Multisim2001扫描分析法中的交流分析（AC Analysis）可以对模拟电路进行交流频率响应的分析，即获得模拟电路的幅度和相位的频率响应。Multisim2001在进行交流分析前，会自动计算电路的直流工作点，以确定电路中非线性元器件的小信号工作模型，而且，在交流分析中，所有输入源都认为是正弦信号，直流电压源视为短路，直流电流源视为开路。交流频率响应的仿真测试方法如下： 启动Simulate菜单中Analyses下的AC Analysis命令，弹出AC Analysis对话框，在AC Analysis对话框中，单击Frequency Parameters按钮，设置AC分析的频率参数：Start frequency[交流分析的起始频率]为1Hz，Stop frequency[交流分析的终止频率]为10GHz，Sweep type[扫描方式（X轴刻度）]为Decade（十倍程），Number of point per becade[每个十倍程刻度数]为10，Vertical scale[幅度刻度形式（Y轴刻度）]为Logarithmic（对数刻度）。参数设置如图2所示。 在AC Analysis对话框中，单击“Out put variables”按钮，选择分析节点：分压偏置共射极放大电路的信号输出端：u0，如图3所示。 单击AC Analysis对话框的Simulate按钮，便可得放大电路交流频率响应特性曲线图，如图4所示。 低频频率响应的仿真测试 Multisim2001仿真分析法中的参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis），可以将电路中某些元器件的参数在一定的取值范围内变化时，对电路交流频率特性
简易频率特性测试仪论文
2013年全国大学生电子设计竞赛 简易频率特性测试仪（E题） 【本科组】 2013年9月6日
摘要 本实验以DDS芯片AD9854为信号发生器，以单片机STM32F103RBT6为核心控制芯片。系统由5个模块组成：正弦扫频信号模块，待测阻容双T网络模块，整形滤波模块，A/D转换模块及显示模块。先以单片机送给AD9854控制字产生1MHZ —40MHZ的扫频信号，经过阻容双T网络检测电路，两路路信号通过AD9283对有效值进行采集后进入单片机进行幅值转换，最终由TFTLCD显示输出。 ABSTRACT In this experiment, the DDS chip AD9854 as the signal generator, MCU STM32F103RBT6 as the core control chip, and with FPGA as auxiliary, and on the peripheral circuit to realize the detection of amplitude frequency and phase frequency. The system comprises 6 modules: signal sine sweep signal module, the measured resistance capacitance of double T module, filter module, A/D conversion module and display module. The first single-chip microcomputer to AD9854 control word generate sweep signal of 10MHZ - 40MHZ, the resistance and capacitance of double T detection circuit, two road signals are collected on the effective value through the AD9283 into the microcontroller to amplitude conversion, the LCD display output, finally to complete the amplitude frequency and phase frequency of simple test.
matlab仿真光束的传输特性
一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务与要求 用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1、5062,镜片中心厚度为3mm,凸面曲率半径,设为100mm,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121=='n n (K9玻 璃),502-=r ,0.12='n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计 算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路与近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗与费矩形孔衍射、夫朗与费圆孔衍射、夫朗与费单缝与多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布与平面的灰度图。)
4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 将坐标原点选在透镜中心处,θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sinθ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r),由几何关系可得到θ=θ2－θ1,则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时,x1=d－(r－r ),并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过(x1,y1)即可求出b (y 2^ )2^1 值,从而就可以求出射直线。由单透镜焦点计算公式1/f=－(n-1)*(1/r1－1/r2)可求得f=193、6858。
典型环节的频率 特性仿真分析
实验二典型环节的频率特性仿真分析 一、实验目的和要求 （1）熟悉如何通过MA TLAB语言编程来进行仿真实验。 （2）通过绘制典型环节的频率特性曲线，正确理解频率特性的概念，明确频率特性的物理意义。 二、实验主要仪器和设备 装有Matlab软件的计算机 三、实验内容 分别改变以下几个典型环节的相关参数，观察系统（或环节）的频率特性，并分析其相关参数改变对频率特性的影响。 比例环节（K） 积分环节（ S T i 1 ） 一阶惯性环节（ S T K c + 1 ） 一阶微分环节（ S T D + 1） 典型二阶环节（ 2 2 2 2 n n n S S K ω ξω ω + +） 四、实验方法 wn=5;k=1; g1=tf([k*wn*wn],[1 2*0.4*wn wn*wn]); g2=tf([k*wn*wn],[1 2*0.8*wn wn*wn]); g3=tf([k*wn*wn],[1 2*1.2*wn wn*wn]); figure(1); step(g1); hold on step(g2); hold on step(g3); figure(2) bode(g1); hold on bode(g2); hold on bode(g3); figure(3); nyquist(g1); hold on nyquist(g2);
hold on nyquist(g3); 五、实验数据记录 (1) 比例环节 G(S)= K ; 参数值分别为K1= 1 ；K2= 2 ；K3= 3 ； 单位阶跃响应曲线： 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 1 1.21.41.61.82 2.2 2.42.62.83Step Response Tim e (sec) A m p l i t u d e Bode 图： 02468 M a g n it u d e (d B )10 -1 -0.500.51 P h a s e (d e g ) Bode D iagram Frequency (rad/sec) Nyquist 曲线：
传感器的静态特性
传感器静态特性的一般知识 传感器作为感受被测量信息的器件，总是希望它能按照一定的规律输出有用信号，因此需要研究其输出――输入的关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。理论和技术上表征输出――输入之间的关系通常是以建立数学模型来体现，这也是研究科学问题的基本出发点。由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间而变化的量)，理论上应该用带随机变量的非线性微分方程作为数学模型，但这将在数学上造成困难。由于输入信号的状态不同，传感器所表现出来的输出特性也不同，所以实际上，传感器的静、动态特性可以分开来研究。因此，对应于不同性质的输入信号，传感器的数学模型常有动态与静态之分。由于不同性质的传感器有不同的在参数关系(即有不同的数学模型)，它们的静、动态特性也表现出不同的特点。在理论上，为了研究各种传感器的共性，本节根据数学理论提出传感器的静、动态两个数学模型的一般式，然后，根据各种传感器的不同特性再作以具体条件的简化后给予分别讨论。应该指出的是，一个高性能的传感器必须具备有良好的静态和动态特性，这样才能完成无失真的转换。 1. 传感器静态特性的方程表示方法 静态数学模型是指在静态信号作用下(即输入量对时间t 的各阶导数等于零)得到的数学模型。传感器的静态特性是指传感器在静态工作条件下的输入输出特性。所谓静态工作条件是指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也达到相应的稳定值的工作状态，这时，输出量为输入量的确定函数。若在不考虑滞后、蠕变的条件下，或者传感器虽然有迟滞及蠕变等但仅考虑其理想的平均特性时，传感器的静态模型的一般式在数学理论上可用n 次方代数方程式来表示，即 2n 012n y a a x a x a x =+++?+ （1-2） 式中 x ――为传感器的输入量，即被测量； y ――为传感器的输出量，即测量值； 0a ――为零位输出； 1a ――为传感器线性灵敏度； 2a ，3a ，…，n a ――为非线性项的待定常数。 0a ，1a ，2a ，3a ，…，n a ――决定了特性曲线的形状和位置，一般通过传感器的校 准试验数据经曲线拟合求出，它们可正可负。
MATLAB 高斯光束传播轨迹的模拟
B1：高斯光束传播轨迹的模拟 设计任务： 作图表示高斯光束的传播轨迹 （1）基模高斯光束在自由空间的传播轨迹； （2）基模高斯光束经单透镜变换前后的传播轨迹； （3）基模高斯光束经调焦望远镜变换前后的传播轨迹。 function varargout = B1(varargin) % B1 M-file for B1.fig % B1, by itself, creates a new B1 or raises the existing % singleton*. % % H = B1 returns the handle to a new B1 or the handle to % the existing singleton*. % % B1('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in B1.M with the given input arguments. % % B1('Property','Value',...) creates a new B1 or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before B1_OpeningFunction gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to B1_OpeningFcn via varargin. % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)". % % See also: GUIDE, GUIDA TA, GUIHANDLES % Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc. % Edit the above text to modify the response to help B1 % Last Modified by GUIDE v2.5 21-Oct-2010 17:52:32 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @B1_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @B1_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []);
传感器的种类及特性分析
一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入 信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是 指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变 化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号. 当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索 ()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际 工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输 入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索 ()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△ 对输入量变化△ 地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输 出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索 ()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移， 大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出 不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨 力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指 标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出地百 分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索 ()传感器地重复性.重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所 示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取 这两个最大偏差中地较大者为，再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士X ()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它 属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光
高斯光束经透射型体光栅后的光束传输特性分析
目录 1 技术指标 (1) 1.1 初始条件 (1) 1.2 技术要求 (1) 1.3 主要任务 (1) 2 基本理论 (1) 2.1 高斯光波的基本理论 (1) 2.2 耦合波理论 (2) 3 建立模型描述 (4) 4 仿真结果及分析 (5) 4.1 角度选择性的模拟 (5) 4.1.1 不同光栅厚度下的角度选择性 (6) 4.1.2 不同光栅线对下的角度选择性 (7) 4.2 波长选择性的模拟 (8) 4.2.1不同光栅厚度下的波长选择性 (8) 4.2.2不同光栅线对下的波长选择性 (9) 4.3 单色发散光束经透射型布拉格体光栅的特性 (10) 4.4 多色平面波经透射型布拉格体光栅的特性 (11) 5 调试过程及结论 (12) 6 心得体会 (13) 7 思考题 (13) 8 参考文献 (14)
高斯光束经透射型体光栅后的光束传输 特性分析 1 技术指标 1.1 初始条件 Matlab软件，计算机 1.2 技术要求 根据耦合波理论，推导出透射体光栅性能参量(角度和波长选择性)与光栅参数(光栅周期，光栅厚度等)之间的关系式；数值分析平面波、谱宽和发散角为高斯分布的光束入射条件下，衍射效率受波长和角度偏移量的影响。 1.3 主要任务 1 查阅相关资料，熟悉体光栅常用分析方法，建立耦合波分析模型； 2 利用matlab软件进行模型仿真，程序调试使其达到设计指标要求及分析仿真结果； 3 撰写设计说明书，进行答辩。 2 基本理论 2.1 高斯光波的基本理论 激光谐振腔发出的基膜场，其横截面的振幅分布遵守高斯函数，称之为高斯脉冲光波。如图1所示为高斯脉冲光波及其参数的图。
频率特性测试仪(完整版)
频率特性测试仪 摘要：本实验以DDS芯片AD9851为信号发生器，以单片机MSP430F449为核心控制芯片，以FPGA为辅助，加之于外围电路来实现幅频及相频的检测。系统由6信模块组成：正弦扫频信号模块，待测阻容双T 网络模块，整形模块，幅值检测模块，相位检测模块，及显示模块。先以单片机送给AD9851控制字产生100HZ—100KHZ的扫频信号，经过阻容双T网络检测电路，一路信号通过真有效值AD637JP对有效值进行采集后进入单片机进行幅值转换，另一路信号由整形电路整形后进入FPGA进行相位检测及频率检测，最后由LCD显示输出，最终来完成幅频及相频的简单测试。 关键字：AD9851、 MSP430F449 、FPGA 、阻容双T网络、AD637 LM311比较器、液晶12864
目录 一、方案方案论证与选择 (3) 1. 扫描信号产生方案 (3) 1.1 数字直接频率合成技术(DDFS) (3) 1.2 程控锁相环频率合成 (3) 1.3 数字频率发生器（DDS）AD9851产生 (3) 2．相位检测方案 (4) 2.1 A/D采样查找最值法 (4) 2.2 FPGA鉴相法 (4) 3. 幅值检测方案 (5) 3.1 峰值检波法 (5) 3.2 真有效值芯片AD637检测法 (6) 二、系统总体设计文案及实现方框图 (7) 三、双T网络的原理分析及计算 (7) 1、双T网络的原理 (7) 2、双T网络的设计 (9) 四、主要功能模块电路设计 (11) 1、AD9851正弦信号发生器 (11) 2、减法电路及射极跟随器 (12) 3 整形电路 (13) 4 真有效值检测 (13) 五、系统软件设计 (14) 六、测试数据与分析 (15) 七、总结分析与结论 (17) 参考文献： (17) 附录： (17)
频率特性
频率特性的测试 一、实验目的 1. 掌握频率特性的测试方法。 2. 进一步明确频率特性的概念及物理意义。 3. 明确控制系统参数对频率特性曲线形状的影响。 4.进一步学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。 二、实验设备和仪器 1．计算机 2. MATLAB软件 三、实验原理 一个稳定的线性系统，在正弦信号的作用下，它的稳态输出将是一个与输入信号同频率的正弦信号，但振幅和相位一般与输入信号不同，而且随着输入信号的频率变化而变化。 在被测系统的输入端加正弦电压，待平稳后，其输出端亦为同频率的正弦电压，但幅值与相位一般都将发生变化，幅值与相位变化的大小和输入信号的频率相关。 取正弦输出与正弦输入的复数比，即为被测系统(或网络)的频率特性。 改变输入信号频率，测得该频率对应的输出电压振幅，与相位及输入信号的振幅计算出振幅比，做出幅频特性和相频率特性曲线。 对于参数完全未知的线性稳定系统可以通过实验方法求出其频率特性；我们从学习测试方法的角度，可以对已知的系统测其频率特性；在生产实践中，也常常是对已知的调试完毕的控制系统确定其实际的频率特性。 四、实验内容及步骤 启动MATLAB 7.0，进入Simulink后新建文档，在文档里绘制二阶系统的结构框图。 双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。 系统的结构框如图3所示。 图3频率特性测试MA TLAB仿真系统的结构框 五、实验内容
1．典型二阶系统 2 2 22)(n n n s s s G ωξωω++= 要求：绘制出6=n ω，1.0=ξ，0.3，0.5，0.8，2的伯德图，记录并分析ξ对系统伯德图的影响。 解：程序如下 wn=6;num=[wn^2]; zeta=[0.1 0.3 0.5 0.8 2] for i=1:5 den=[1 2*zeta(i)*wn wn^2]; G=tf(num,den) bode(G) hold on end 2．系统的开环传递函数为 （要求：绘制系统的奈氏图、伯德图，说明系统的稳定性，并通过绘制阶跃响应曲线验证。） 5 21 ()G s s = - 解：程序如下 num=[5]; den=[2 -1]; G=tf(num,den) figure(1)
传感器动态特性
传感器动态特性补偿 定义：传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 一个动态特性好的传感器, 其输出将再现输入量的变化规律, 即具有相同的时间函数。实际上输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数,这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。 动态特性除了与传感器的固有因素有关之外, 还与传感器输入量的变化形式有关。 传感器的动态数学模型： 要精确地建立传感器（或测试系统）的数学模型是很困难的。在工程上常采取一些近似的方法，忽略一些影响不大的因素。 传感器系统的方程为(线性时不变系统)： 式中，an,an-1,…,a0和bm,bm-1,…,b0均为与系统结构参数有关的常数。 (1)传递函数 设x (t )、y (t )的拉氏变换分别为X (s )、Y (s )，对(2.13)两边取拉氏变换，并设初始条件为零，得 式中，s 为复变量，s =b +j w ，b >0。 ) 13.2(d d d d d d d d d d d d 0111101111x b t x b t x b t x b y a t y a t y a t y a m m m m m m n n n n n n ++++=++++------ ）（2.14))(() )((01110111b s b s b s b s X a s a s a s a s Y m m m m n n n n ++++=++++----
定义Y (s )与X (s )之比为传递函数，并记为 H (s )，则 因此，研究一个复杂系统时，只要给系统 一个激励x (t )并通过实验求得系统的输出y (t )， 则由H (s )=L [y (t )]/L [x (t )]即可确定系统的特性 (2)频率响应函数 对于稳定系统 ，令s=j ω，得 H (j ω) ??系统的频率响应函数，简称频率响应或频率特性。 将频率响应函数改写为： 其中 称为传感器的幅频特性，表示输出与输入幅值之比随频率的变化。 称为传感器的相频特性，表示输出超前输入的角度；通常输出总是滞后于输入，故总是负值。研究传感器的频域特性时主要用幅频特性。 (3)冲击响应函数 单位脉冲函数d (t )的拉氏变换为 ) 15.2(01110111a s a s a s a b s b s b s b s X s Y s H n n n n m m m m ++++++++==---- )()()(()()()()()()) 19.2(j j j j j j ) j () j ()j (01110111a a a a b b b b X Y H n n n n m m m m ++++++++==----ωωωωωωωωω ) .()()()()()(202e j j j I R ω?ωωωω-=+=A H H H 2I 2R j )]([)]([|)(|)(ωωωωH H H A +==
MATLAB 高斯光束传播轨迹的模拟
B1：xx光束传播轨迹的模拟 设计任务： 作图表示xx光束的传播轨迹 （1）基模高斯光束在自由空间的传播轨迹； （2）基模高斯光束经单透镜变换前后的传播轨迹； （3）基模高斯光束经调焦望远镜变换前后的传播轨迹。 function vargout = B1(vargin) % B1 M-file for B1.fig %B1, by itself, creates a new B1 or raises the existing %singleton*.%%H = B1 returns the handle to a new B1 or the handle to %the existing singleton*.%%B1('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local %function named CALLBACK in B1.M with the given input arguments.%%B1('Property','Value',...) creates a new B1 or raises the %existing singleton*.Starting from the left, property value pairs are %applied to the GUI before B1_OpeningFunction gets called.An %unrecognized property name or invalid value makes property application GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc. % Edit the above text to modify the response to help B1