光电技术课程设计与光电信息综合实验

冲SH时间内必须给出的驱动脉冲CR的数量与线阵CCD像元数
有关。
提高物体位置测量速度的关键是
（1）采用驱动频率较高的器件，
（2）采用像元数尽量少的器件，
（3）减少不必要的转移脉冲数量。
11.2.2 非接触测量物体位置与振动参数实验的内容 根据原理图11-5与11-6搭建出实验系统。 它应该由具有远心照明特性的光源、被测物夹持与移动机构
和具有光学成像系统的线阵CCD相机等部件构成。 显然是比较复杂的综合实验系统，需要分成几个分项实验来
进行，使它既具有整体性又具有可拆分性的综合性质的实验。 分几个相对独立的实验进行搭建与调试，合起来构成一个完
整的光电信息综合实验。
1、搭建远心照明光源的实验
搭建出具有远心照明特性的照明光源，要求光源的出光口径 大于被测物的移动（振动）范围。
典型样机的外形图如图图11-141L-E4所D发示光。角度特性实验仪
（2）关键部件 （3）LED发光角度特性实验 （4）对主要部件拆卸与安装
（5）开展课程设计工作 （6）提交课程设计报告
11.2 光电信息综合实验
本节以非接触测量物体位置与振动参数的典型综合实验讨 论光电信息综合实验的具体操作。
综合实验题目要思路清晰，内容完整，涉及技术层面比较 丰富，又有别于通常理论课配备的实验题目。
综合实验课的时间安排与执行方法也应该与其它实验课不 同，需要Fra Baidu bibliotek定的连贯性，要根据学生动手搭建与调试能力适当 安排更长的连续时间。
内容安排上要突出题目的重点，并配备一定的辅助内容， 构成整体实验系统。
每一部分内容既要反应辅助实验内容又要体现辅助实验对 整体综合实验系统的贡献，使学生认识辅助实验对综合实验系 统的影响。
本节将在第一个层次基础上，立足于第二个层次，能够构建 实际光电系统，完成其数据采集工作，为第三、四个层次的应 用提供技术储备。
光学物理量内容较多，基本的物理量包括其辐度、频率、偏 振和相干性等。
光度学物理量是基于幅度和波长的宏观统计参数，本节只针 对辐度学和光度学物理量进行测量、设计和应用。
11. 1.3 典型光电技术课程设计案例
（1） 实验系统 关键技术是要选择合适的聚光透镜与准直透镜，并要掌握
透镜焦距的测量方法。 图11-8为搭建远心照明光源的实验示例图，图中没有给出
所选器件的参数和器件之间的位置参数。 目的是给指导教师与学生自己设计选用的空间，参数的变
物体中心的有用位置，需要通过标定才能获得在一定坐标系下
的位置。
坐标系的设定通常以光学测量系统的光轴为参考坐标，并
设其为y0，线阵CCD相机结构基本使y0与像敏阵列中心像元n0位
置，因此，常用n0为测量的参考点。
则物体像的位置y(t)′时间函数为
y (t ) (n0
n(t )1
2
n(t )2 )l0
上述公式能够完成被测物体瞬时位置的测量。
3、时间坐标问题
时间段指线阵CCD的“积分时间”，既指转移脉冲SH或同
步脉冲FC的周期。即线阵CCD的积分时间ting。 ting可以用示波器测量SH脉冲的周期TSH或FC脉冲的周期TFC
ting
1
NtCR
tCR为驱动脉冲的周期，与频率fCR成反比，N为一个转移脉
本章内容不作为“光电技术”课的教学内容安排，而作为 “光电技术课程设计”与“光电信息综合实验”的参考案例。
11.1 光电技术课程设计 涉及光电技术的内容很广泛，光电技术应用也有几个层次。
第一个层次为光电技术的基本理论与原理；第二个层次为基本 光电器件的特性与光电变换电路与数据采集单元；第三个层次 为光电信息检取系统；第四个层次为光电仪器的系统设计及工 程应用技术。
1.课程设计基本要求
本次课程设计以“LED发光角度特性测试仪”为典型样机， 通过分析与解剖其关键部件，引导学生根据已有的光电与器通 过分析与读懂仪器的设计思想与关键部件，在原有仪器的基础 上改造部分部件，设计出更新更实用的仪器，完成光电技术课 程设计任务，培养学生的分析与设计能力。
2.基本内容
（1）样机剖析
1、物体位置测量原理 非接触实时测量物体位置系统的原理方框图如图11-5所示，
主要由照明光源、被测物、成像物镜、线阵CCD光电传感器和 数据采集与处理系统等5部分构成。
怎样将物体的位置信息转换成光强发布的时序脉冲信号呢？ 需要借助线阵CCD工作原理的波形图分析理解。
如图11-6所示的原理图中，被测物经成像物镜在线阵CCD像 敏阵列上形成图像，图中n1与n2分别为图像边缘处的像元数。
光电技术课程设计与光电信息综合实验
本章目的是在学习完“光电技术”理论课与实验课以后再 通过光电技术课程设计让学生加深对光电技术内容与基本技能 掌握，在能够分析光电系统结构的基础上逐渐掌握系统的设计 技巧。
系统学习“电子技术”、“工程光学”、“图像传感器应 用技术”、“机器视觉技术”和其他光电技术专业课后再通过 “光电信息综合实验”掌握本专业应该掌握的基本技能，才能 为最后一个教学环节“毕业设计”打好基础。
被测物做垂直 于光轴运动，n1与 n2将发生变化，测 量出n1与n2就能计 算出被测物体在垂 直于光轴方向的位 置。
利用图11-7能够理解n1与n2的提取技术。
得到n1与n2后，便可利用公式（11-4）计算出物体的中心在 线阵CCD像敏阵列上的位置n。
n
n1
n2
2
找物体中心在线阵CCD像敏阵列上的位置n还不能给出实际
出现正与负数值，与线阵CCD的安装方法有关。
如图11-7所示，n2＞n1，则中心位于线阵CCD像敏阵列中心 像元n0的下方，得到的位置y(t)′为负值，根据物象关系得到实际 物体的中心位置位于光轴之上。
2、光学系统放大倍率的标定
利用已知被测物外径D与实测像方直径D′之比进行标定。
(n2
n1)l0 D
综合实验的性质不能笼统的分为“验证性”、“设计性” 和“创新性”，它既包括验证性实验内容也含有设计性与创新 性实验的内容。
11.2.1非接触测量物体位置与振动参数实验系统的原理 采用光电技术可以实现对物体实时位置的非接触测量，测 量系统方案有多种，如利用线阵CCD多功能实验仪，在光电综 合实验平台上搭建实验系统等。 本着对学生进行综合训练的考虑，采用搭建典型非接触测 量物体位置的实验系统是最合适的。