CCD特性实验仪实验指导及操作说明书
CCD特性实验
图 9 CCD 特性实验仪面板 仪器设计了强大的软硬件功能，通过计算机设置工作参数，并显示 CCD 输出情况。选择实验 1 后计算机界面 如图 10 所示。 由菜单栏可输入起始时间，结束时间，选择驱动周期，曝光时间。确定显示信号的时间范围和 CCD 的工作参 数。屏幕上半部显示 CCD 工作时的各路驱动信号波形，下半部显示 CCD 输出电压值。按启动后仪器开始采样并显
【实验内容】
一、CCD 驱动信号与传输性能的实验
CCD 要在若干时序严格配合的外界脉冲驱动下才能正常工作。 进入 ccd.exe 程序后选择实验 1，并按图 10 中的参数选择结束时间，显示屏上将显示各路脉冲的波形图。 SH 信号加在转移栅上。当 SH 为高电平时，正值φ1 为高电平。移位寄存器中的所有φ1 电极下均形成深势阱， 同时 SH 的高电平使光敏单元与各像元φ1 电极下的深势阱沟通，光敏单元向φ1 注入信号电荷。SH 为低电平时， 光敏单元与移位寄存器的连接中断，此时光敏单元在外界光照作用下产生与光照对应的电荷，而移位寄存器中的 信号电荷在时钟脉冲作用下向输出端转移，由输出端输出。 φ1，φ2 及 RS 脉冲的时序与作用在实验原理中已有叙述，CP 为像元同步脉冲。 由于工艺上的原因，本实验仪所用 CCD 在靠近输出端设有 32 个虚设单元（哑元） ，然后是 2048 个有效光敏 单元，最后又是 8 个虚设单元，共 2088 个单元。必须经过 2088 个驱动周期后才能把一幅完整的信号传送出去。 适当的改变设置，可以显示若干有效光敏单元的输出情况。当设置的显示时间大于 2088 乘以驱动周期时， 可显示若干积分周期内每周期采样后光敏单元的总体输出情况。 按表 1 设置实验条件和灰度板位置，记录输出波形，并根据实验原理对输出波形进行说明（参见附录） 。在 做完表 1 内容后，也可自行设置参数，观测参数设置对输出的影响，加深对实验原理的理解。
ccd实验报告
ccd实验报告CCD实验报告摘要：本实验旨在通过对CCD（电荷耦合器件）的研究和实验，探究其原理、特性以及应用。
通过实验，我们可以深入了解CCD的工作原理和性能，并且可以通过实验结果来验证理论知识的正确性。
引言：CCD是一种常见的图像传感器，广泛应用于数码相机、摄像机等电子产品中。
它通过将光信号转换为电荷信号，并将其存储和传输，实现图像的捕捉和处理。
CCD的工作原理和性能对于我们理解和应用图像传感器至关重要。
实验目的：1. 了解CCD的工作原理和结构。
2. 掌握CCD的特性和性能。
3. 验证理论知识在实验中的正确性。
实验材料：1. CCD芯片2. 光源3. 电源4. 示波器5. 信号发生器实验步骤：1. 将CCD芯片连接到电源和示波器上，确保电路连接正确。
2. 调整光源的亮度和位置，使其照射到CCD芯片上。
3. 通过信号发生器产生不同频率和幅度的信号，将其输入到CCD芯片上。
4. 观察示波器上的波形，并记录实验数据。
5. 根据实验数据进行分析和讨论。
实验结果：1. 在不同亮度下，CCD芯片的输出信号随光强度的变化而变化。
2. 在不同频率和幅度的信号输入下，CCD芯片的输出信号具有不同的波形和幅度。
3. CCD芯片的输出信号具有一定的噪声和失真。
实验分析：1. CCD芯片的输出信号与光强度呈线性关系，即光强度越大，输出信号越强。
2. CCD芯片的输出信号受到外界干扰的影响，可能产生噪声和失真。
3. CCD芯片的工作频率和幅度范围受到限制，需要根据实际应用进行选择和调整。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了CCD的工作原理和性能。
CCD芯片能够将光信号转换为电荷信号，并通过存储和传输实现图像的捕捉和处理。
实验结果验证了理论知识的正确性，并且为我们在实际应用中选择和使用CCD提供了指导。
展望：CCD作为一种重要的图像传感器，其应用前景广阔。
随着科技的不断进步，CCD技术也在不断发展，性能不断提升。
未来，我们可以进一步研究和探索CCD的应用领域，如医学影像、安防监控等，为社会的发展和进步做出更大的贡献。
光电技术实验-线阵CCD原理及应用实验指导书
SH 脉冲周期，0 对应最小周期，5 对应最大周期。 2）调整时钟脉冲频率和复位脉冲频率，按“驱动频率”，DS2 轮番显示 0、1、2、3，对应
不同的时钟频率，0 对应最大频率，3 对应最小频率。 为保证 SH 脉冲的周期等于或稍大于 2160/2 个φ1、φ2 脉冲周期，调整时钟脉冲频率时，
RS 脉冲为复位脉冲，其频率为φ1、φ2 脉冲频率的两倍。 以上四个脉冲除频率要满足以上要求外，脉冲波形也有一定要求，尤其是 SH、φ1、φ2 脉冲之间的关系，当 SH 为高电平时，φ1 必须同时为高电平，且φ1 必须比 SH 提前上升，当 SH 为低电平时，φ1 必须同时为低电平，且φ1 必须比 SH 迟后下降。如图 1-3 所示：
2、驱动时序和相位的测量
（1） 用 CH1 探头测试转移脉冲 SH，用 CH1 做触发信号，调节扫描速度和同步使之同步， 使 SH 脉冲至少出现一个周期。 （2） 用 CH2 探头测试Φ1，调节示波器扫描速度展开 SH，观察Φ1 和 SH 的时序和相位是否符 合要求。 （3） 用 CH1 探头测试Φ1，用 CH2 分别测试Φ2、RS，，观察时序和相位是否符合要求。
SH 脉冲的周期随之变化，而调整 SH 脉冲的周期时，时钟脉冲周期不变。 信号处理电路：提供对 CCD 输出信号进行二值化处理的硬件电路，W1 电位器可调整阈值
电平。 LED 恒流驱动电路：提供对 LED 面光源的恒流驱动。 测试区：为转移脉冲 SH、时钟脉冲φ1、φ2、复位脉冲 RS、CCD 输出 U0、二值化处理后信
-2-
线阵 CCD 原理及应用实验指导书
实验（一） CCD 驱动测试实验
线阵CCD器件特性实验报告
THQXZ-1型线阵CCD器件特性一、实验目的1．了解CCD器件的工作原理。
2．观测入射光强、ROG信号、CLK信号与CCD输出信号的关系。
3．测量微小物体的直径。
4．测量遮光条的档条宽度。
二、实验仪器THQXZ-1型线阵CCD器件特性实验仪，计算机（配备CCD图像采集软件）三、实验原理CCD是一种半导体光电转换器件，它是一种有独特功能的MOS（金属氧化物半导体场效应管）集成电路，CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或电压为信号。
CCD器件主要由光电转换单元和电荷转移结构两部分组成，它有线阵和面阵两种结构类型，两种结构的应用都很广泛，其基本原理也是一样的，下面以线阵CCD 器件为例来说明其组成结构和工作原理。
本实验仪采用的SONY IXL511是一种单排结构的线阵CCD传感器，它的光敏单元与CCD移位寄存器分开，用转移栅控制光生信号电荷向移位寄存器转移，一般信号电荷转移时间远小于摄像时间（光积分时间）。
转移栅关闭时，光敏单元势阱收集光信号电荷，经过一定的积分时间，形成与CCD光敏面上光强信号对应的信号电荷分布。
积分周期结束时，转移栅打开，各光敏单元收集的信号电荷并行地转移到CCD移位寄存器的相应单元内。
转移栅关闭后，光敏单元开始对下一行图像信号进行积分，而已转移到移位寄存器的上一行信号电荷通过移位寄存器串过移位寄存器串行输出。
如此重复上述过程。
SONY IXL511 的内部结构，有效像素2048个，像素大小14μm。
ROG脉冲为转移栅控制脉冲，低电平时转移栅打开，完成光生信号电荷向移位寄存器转移。
CLK脉冲为移位寄存器的驱动脉冲，高电平有效，实现光生信号电荷的移位输出。
当ROG遇到上升沿时，转移栅关闭，在CLK脉冲的控制下，实现光生信号电荷的串行移位输出。
在此同时，光敏单元势阱收集下一个周期的光信号电荷，因此这段时间也称为光积分时间。
光积分时间可根据光强的大小进行适当调节，以便得到清晰的图像。
面阵CCD实验指导手册
⑥ 所有与 CCD 相关的实验设备都应在实验前进行检查，确定均连接好后方可 开机上电，未连接好的情况下不能开机实验；
⑦ 当发生意外事故或者实验过程中出现异常现象时，应当立即切断实验设备 的电源，并如实向指导教师汇报情况。故障排除之后方可继续实验。
2008 年 4 月
0
目
录
实验规则及注意事项 ............................................................................................................................1 实验一 面阵CCD原理及驱动实验 ......................................................................................................1 实验二 面阵CCD的数据采集与计算机接口.......................................................................................4 实验三 面阵CCD尺寸测量实验 ..........................................................................................................8 实验四 面阵CCD用于颜色识别 ........................................................................................................12 实验五 图像信息的点运算实验 ......................................................................................................15 实验六 图像的几何变换实验 ..........................................................................................................19 实验七 图像的增强与清晰处理实验...............................................................................................24 实验八 图像的边缘检测与轮廓信息处理实验...............................................................................31 实验九 典型图像分析方法实验 ......................................................................................................36 实验十 面阵CCD图像采集程序设计.................................................................................................41 实验十一 面阵CCD实物扫描及实物投影系统.................................................................................42
CCD说明书
CCD说明书视频图象测量仪产品总述本产品可用于高精度测量，实现视频信号的数据处理，完成距离、角度的测量工作。
产品特点操作简单按钮控制、旋钮控制、鼠标控制高工作效率数据实时刷新，无须等待，工作稳定测量方式横向距离、纵向距离、任意两点之间距离任意3点所确定的圆的半径任意3点所确定的圆的角度任意设定单位距离任意设定中心位置任意设定初始工作模式两种显示位置选择主要参数输入制式NTSC : 1.0V p-p 75ΩPAL : 1.0V p-p 75Ω分辨率水平 500 垂直 230测量精度最大电气信号处理精度：水平1/500 垂直1/230 角度 0.1°（计算精度）最大显示值距离：99.99mm 角度：360.0°显示模式两种数据显示模式电源输入DC12V 1.5A 请使用专用开关电源工作温度-10℃~70℃外型尺寸重量制造商南京涉谷电子束技术有限公司 TEL：使用说明安装1将随机附带的12V1.5A的开关电源接入DC IN圆形电源插孔，将视频输入信号接入VIDEO IN视频插座，将VIDEO OUT视频插座与显示器相连，将鼠标接入MOUSE接口注意：DC OUT能够提供12V 1A的输出。
鼠标能够不连接，但若要使用鼠标请必须在开机前接入！2 接通电源，打开显示器，将测试仪POWER开关向上拨动，红色电源指示灯亮，测试仪开始工作，显示器显示工作界面图1（前面板）图2（后面板）初始设置按住MODE键开机或者RESET，便可出现初始设置界面（如图3所示），经过鼠标或者SELECT键选择所要设置的选项，选择完毕之后经过鼠标左键或者SET键确定便可进入相应的设置界面。
图3＊初始位置设置界面（如图4所示）图4经过鼠标或者X、Y CURSOR旋钮移动横竖坐标线到所需位置，按鼠标右键或者SET键便可完成设置回到初始画面＊矫正设置界面（如图5、6所示）图5图6经过SELECT键选择单位，能够为mm/um经过鼠标或者X、Y CURSOR旋钮移动横竖坐标线，此时实线的交点和虚线的交点之间的距离即为1mm/1um，能够经过鼠标左键实现实线和虚线位置的交换，按鼠标右键或者SET键便可完成设置回到初始画面＊初始工作模式选择界面（如图7所示）图7经过鼠标或者SELECT键选择相应的工作模式，按鼠标左键完成设置回到初始画面＊数据显示位置选择界面（如图8、9所示）图8图9 经过鼠标或者SELECT键选择相应的数据显示位置，按鼠标右键或者SET键便可完成设置回到初始画面初始设置完成经过START键开始工作，设置将会被保存，开机自动应用工作模式进入工作模式之后，初始状态即为初始设置的方式＊测量横向距离、纵向距离、任意两点之间距离界面（同图8所示）经过鼠标或者X、Y CURSOR旋钮移动横竖坐标线，此时X的值为横向距离，Y的值纵向距离D的值为实线的交点和虚线的交点之间的距离，能够经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR旋钮实现实线和虚线位置的交换＊任意3点所确定的圆的半径界面（如图10所示）图10经过鼠标或者X、Y CURSOR旋钮移动横竖坐标线，此时X的值为横向距离，Y的值为纵向距离，D的值为实线的交点和虚线的交点之间的距离，经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR旋钮选定第一个点，此时虚线的交点便会移动到第一点的位置，然后再经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR旋钮选定第二个点（注意：第二个点没有显示），最后再经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR旋钮选定第三个点，此时R的值为任意3点所确定的圆的半径的值＊任意3点所确定的圆的角度界面（如图11所示）图11经过鼠标或者X、Y CURSOR旋钮移动横竖坐标线，此时X的值为横向距离，Y的值为纵向距离，D的值为实线的交点和虚线的交点之间的距离，经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR旋钮选定第一个点，此时虚线的交点便会移动到第一点的位置，然后再经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR旋钮选定第二个点（注意：第二个点没有显示），最后再经过鼠标左键或者点触X、Y CURSOR 旋钮选定第三个点，此时R的值为任意3点所确定的角的角度值（以第二点为顶点）＊十字线模式界面（同图4所示）＊纯视频输出模式工作模式转换经过鼠标右键或者MODE键进入模式选择界面（同图7所示）经过鼠标或者SELECT键选择相应的模式，按鼠标右键或者SET键便可完成设置回到工作模式经过拨动DISPLAY开关，能够实现显示亮度的转换。
ccd检测实验实验报告
ccd检测实验实验报告CCD检测实验实验报告引言：CCD（Charge-Coupled Device）是一种光电转换器件，广泛应用于图像传感、光学测量等领域。
本实验旨在通过对CCD的检测实验，探究其在不同条件下的工作性能，并研究其在图像传感方面的应用。
一、实验目的本实验的主要目的有以下几点：1. 了解CCD的基本原理和结构。
2. 掌握CCD的工作特性及其在图像传感方面的应用。
3. 研究CCD在不同条件下的工作性能，如光照强度、温度等因素对其影响。
二、实验原理CCD是由一系列电荷传输单元组成的，其结构类似于电容器阵列。
当光照射到CCD表面时，光子会激发出电子，这些电子被聚集到电荷传输单元中，并通过电压控制进行传输。
最后，这些电子被转化为电压信号，进而形成图像。
三、实验步骤1. 准备工作：将CCD与电路连接好，并将其固定在实验台上。
2. 调节光照强度：调整光源的亮度，使其光照强度适合实验要求。
3. 测量电压信号：使用万用表测量CCD输出的电压信号，并记录下来。
4. 改变光照强度：调整光源的亮度，再次测量电压信号，并记录下来。
5. 改变温度条件：通过加热或冷却CCD，改变其工作温度，并测量电压信号。
6. 分析数据：根据实验数据，分析CCD在不同条件下的工作性能。
四、实验结果与讨论通过实验测量，我们得到了一系列CCD输出的电压信号数据。
根据这些数据，我们可以观察到以下现象和规律：1. 光照强度与电压信号呈正相关关系：随着光照强度的增加，CCD输出的电压信号也随之增加。
这是因为更多的光子被激发出电子，使得电荷传输单元中的电荷量增加。
2. 温度对CCD工作性能的影响：随着温度的升高，CCD的输出电压信号会减小。
这是因为温度升高会增加电子的热激发，导致电子从电荷传输单元中泄漏出去，减少了输出电压信号。
3. CCD的线性范围：在一定范围内，CCD的输出电压信号与光照强度呈线性关系。
但当光照强度过高或过低时，CCD的输出电压信号会出现非线性的情况。
CCD的性能测试实验报告
CCD的性能测试实验报告一．实验目的：测试CCD的性能参数（暗流，曝光时间和制冷温度）并找到它们的关系。
二．实验原理；CCD是电耦合器件：组成电荷耦合器件的基本元件(光敏元件)是电荷贮存电容器，它采用电荷耦合的方法将二维的信号输出CCD性能优良，这主要表现在：①量子效率高：这是它最大的优点，平均而言量子效率可达30%～50%，大约是一般照相底片的100倍；最高可达90%。
②分光相应范围宽：CCD的分光响应范围为400～1100nm，比一般照相乳剂的灵敏波段范围（350～700nm）向近红外波段延展了很多。
③线性好：成像强度与入射光流量成正比，而且有很好的线性关系。
④动态范围宽：动态范围是指可探测的最暗星与最亮星的星等差。
CCD的动态范围可达105，远远优于底片。
⑤分辨本领高。
像素的尺度越小分辨率越高。
目前生产的CCD其像素尺度为9～25μm ，这与细颗粒的底片分辨本领相当。
CCD使用中也存在一些需要注意解决的问题和困难：①CCD成像面积越大技术制造上越困难；采用小面积拼接的办法也需要尖端技术的支持。
②存在零秒曝光，即在不露光的情况下，由于栅偏压而引起的电子潜像也存在，这应在观测资料处理中加以扣除。
③CCD与光电倍增管一样也有暗流，即在无光照时也有输出。
暗流随温度而改变，一般每降低5～7℃，暗流就减小一半。
所以应将器件冷却到足够低的温度。
专业应用的CCD常用液氮（装在杜瓦瓶内）制冷，使温度低于 -110℃；业余观测使用的CCD系统，多采用半导体制冷。
观测时需要单独测定暗流，并在资料处理中加以扣除。
④CCD器件各个像素的量子效率不一，这种基底（也叫“平场”）的不均匀性会造成成像失真。
因此观测天体之后通常要测定平场，即利用一均匀光源照射或对天空背景进行单独观测，存储其图像，然后在资料处理中加以扣除掉（天体的图像除以平场）。
本实验主要对暗流拍摄和分析，使用ST7和ST9种型号。
三．实验步骤1.将CCD与计算机连接，将CCD连线连接在计算机的USB口上2.给CCD和计算机加电，启动CCD和计算机3.启动CCDops for Windows 软件。
实验五线阵CCD特性与测量
实验五线阵CCD特性与测量梧州学院学生实验报告专业班级：学号：姓名：成绩：实验课程实验名称实验组号：同组成员：实验地点：实验时间：指导教师：实验目的：实验仪器：一、实验原理CCD是电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice）的简称，它是由金属氧化物半导体（简称MOS）构成的密排器件。
主要用于两个领域，一是信息存储和信息处理，二是用于摄像装置。
这里介绍摄像用的黑白两相线阵CCD。
黑白两相线阵CCD结构简述黑白两相线阵CCD有多种规格，实际上大同小异。
这里以实验所用TCD1200D型2160像素的CCD为例进行简述。
结构示意图如图1-1所示：它包括摄像机构、两个CCD模拟移位寄存器、输出机构和采样保持电路四部分。
摄像机构也称摄像区，它具有2160个光敏元和电荷转移电极组成，实际上为2160个MOS电容，电荷转移电极为MOS电容的栅极，通过电荷转移电极给栅极加脉冲电压。
光敏元起光电转换作用，MOS电容起暂存转换的电荷和向CCD模拟移位寄存器转移电荷包的作用。
将2160个MOS电容的奇数位分别与CCD转移寄存器1相连，偶数位分别与CCD转移寄存器2相连。
CCD模拟移位寄存器也是由一系列MOS电容组成。
移位寄存器1和2各密排1080个，他们对光不敏感，φ1、φ2为MOS电容的栅极，通过φ1、φ2外加脉冲电压。
图1-1CCD结构示意图电荷转移电极SH为摄像区MOS电容的控制电极，外加周期性脉冲电压。
在脉冲电压低电平期间，摄像机构中的MOS电容形成势井暂存光敏元转换的电荷，建立起一个与图像明暗成比例的电荷图像。
高电平期间，摄像区的MOS电容中的电荷同时读出到CCD模拟移位寄存器的MOS电容中，奇数位信号转移到移位寄存器1。
偶数位信号转移到移位寄存器2。
在下一个周期的低电平期间，摄像区的MOS电容摄取第二幀图像，与此同时，CCD转移寄存器的MOS电容中的电荷，在φ1、φ2、脉冲电压的作用下，两个移位寄存器中的电荷包以奇、偶序号交替的方式逐个移位到输出机构中，恢复了摄像时的次序。
SOP-QR-030 CCD检测仪操作指导书
有限公司
书
页码
2/4
版本号
A0
1、 目的
为了确保操作人员在使用LT300W CCD 检测仪时能正确操作及提高工作效率故制定本标准。
2、 范围
2.1本标准对LT300W CCD 检测仪的使用与管理进行了规范。
2.2本标准适用于LT300W CCD 检测仪日常使用与维护保养。
3、职责
3.1使用人负责LT300W CCD 检测仪的使用与维护保养工作。
3.2仪器仪表管理员负责对LT300W CCD 检测仪的使用与维护保养进行检查，并负责操作指导书的制定
及修订工作。
4、设备结构图
图1 整体外观图
CCD 镜头
粗调节轮
LCD 电源开关
变倍转盘
卤素灯
载物台
LCD
信号线
电源线
有限公司
书
页码
3/4
版本号
A0
图2 电视盒 图3 LCD 后面板
图4 卤素灯亮度调节器 图5 功能菜单选项
图6电视盒电源 (5V) 图7 CCD 镜头电源(12V) 电源线
LCD 信号线
菜单左右选项键
电源/菜单键
菜单上下选项键
仪器故障记录表
设备名称：设备型号：设备厂商：资产编号：
仪器日保养记录表
QR-066A 注：正常则填写“OK”，故障则填写“NG”，空闲则填写“Free”。
光电传感器实验CCD应用技术指导-III-1
光电传感器实验CCD应用技术指导-III-1U0锁存器 1锁存器 2计算机数据总线UDN1N2tSP计数器计算机地址总线前沿检取UDFtφCU0二值化整形总线译码器后沿检取t图6-2 图6-3将M行数据存储完毕后用绘图软件将所存的M个中心点位置的数据在以时间为横坐标的坐标轴上标出，便可得到被测物体的振动曲线，振动波形曲线很容易算出被测物体振动的幅度、周期、频率和初相位。
三、实验所用仪器设备1、计算机一台(带ISA总线)。
2、AD103GH-AT数据采集接口卡一块。
3、CCD多功能实验仪-III一台。
4、双踪迹示波器一台。
四实验内容及步骤1、先用双踪迹示波器调整好多功能实验仪，使其处于正常工作状态后，设定实验仪的驱动频率和积分时间，并用示波器准确地测出其行周期。
2、将AD103GH-AT数据采集卡插入计算机ISA总线插槽内，注意一定要在关闭计算机的情况下插卡。
3、将AD103GH-AT数据采集卡与CCD多功能实验仪-III用专用线接好，注意要在关闭计算机的情况下连线。
4、打开计算机的电源开关，先进入尺寸测量实验程序，测出实验板的缝宽，2mm或3mm。
5、进入物体振动实验程序。
进入程序后，请按菜单提示要求进行操作，首先设置所要测量的波形的测量点数M；再设置二值化阈值电平Uth之后，用手沿平行于多功能实验仪CCD入射窗的方向摆动实验板窄缝，产生振动的光信号。
然后执行振动测量程序，经过一段时间的采集后，计算机将自动地显示实验板窄缝的振动波形，从波形上可以分析计算出其振幅、频率和初相位。
五实验结果及实验报告实验完成后，将计算机所测得的数据打印出来，以时间为横坐标，以1048像元值为纵坐标的零点，将测得的每个数据标在这个坐标轴上，便可得到所测得的振动波形，再与计算机画出的波形相比较。
写出这个实验的心得体会。
16171819实验八面阵CCD实验面阵CCD是当前应用最广泛的CCD器件，它常被用于监控系统、保安、防范、交通指挥、摄录像和数码照相等领域。
CCD实验报告
《光电系统课程设计》实验报告班级：学号：姓名：2010年 12 月实验一线阵CCD原理及驱动一、实验目的1.掌握本实验仪的基本操作和功能。
2.掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。
3.线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲在CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。
二、实验所需仪器设备1.双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。
2.彩色线阵CCD多功能实验仪YHCCD－IV一台。
三、实验内容及步骤1.实验预备1）首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均插入交流220V插座上。
2）打开示波器电源。
3）打开YHCCD－IV的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪器初始化，闪烁结束后显示为“00 0”字样，前两位表示积分时间档次值，共分为32档，显示数值范围由“00”~“31” ，数值越大表示积分时间越长。
末位表示CCD的驱动频率，分4档，显示数值范围“0”~“3”，数值越大表示驱动频率越低。
2.驱动脉冲相位的测量1）将示波器CH1和CH2扫描线调整至适当位置，同步设置为CH1。
对照“附录”中TCD2252D的驱动波形进行下面的实验。
2）用CH1探头测量转移脉冲SH，仔细调节使之稳定（同步），使SH脉冲宽度适当以便于观察。
（将示波器的扫描频率调至2μs档左右，便于观察对照）用CH2探头分别观测驱动脉冲F1与F2，这就是SH与F1、F2的相位关系。
3）用CH1探头测量F1信号，CH2探头分别测量F2、RS、CP、SP信号，这就是F1与F2、RS、CP、SP 信号之间的相位关系。
4）用CH1探头测量CP信号，CH2探头分别测量RS、SP，这就是CP与RS、SP信号之间的相位关系。
5）将以上所测的相位关系与TCD2252D的驱动波形相对照。
线阵CCD实验指导书
1目 录第一章 线阵CCD 原理及应用实验仪说明 (3)产品介绍： (3)相关参数： (3)第二章 实验指南 (5)实验规则及注意事项 ............................................................................................................5 实验（一） CCD 驱动实验 ..................................................................................................6 实验（二） CCD 特性测试实验........................................................................................13 实验（三） CCD 输出信号的二值化处理实验 .............................................................15 实验（四） 线阵CCD 输出信号数据采集 (17)23第一章 线阵CCD 原理及应用实验仪说明产品介绍：线阵CCD 图像传感器主要用于各种精密尺寸的测量、非接触无损检测、文件扫描传真、条码识别、光谱检测与航空遥感领域。
为了配合高校物理、测控、光电信息类等专业的“CCD 应用技术”、“图像传感器应用技术”、“光电技术实验”等实验课程，我们选择了一款在实际工程上应用相对普遍的CCD 传感器件TCD1200D 作为学生实验研究的主要组成部分，自主开发出该系统，着重介绍线阵CCD 的驱动原理及其应用方法，对提高学生对CCD 工作原理及其在实际应用上的认识和提高教师的教学质量都有积极的作用。
GCXZCCD-B 型线阵CCD 原理及应用实验仪与《图像传感器应用技术》一书及课件配合使用可成为高校线阵CCD 教学的全套解决方案。
CCD特性综合实验仪说明书
ZKY-CCD-1CCD特性实验仪实验指导及操作说明书成都世纪中科仪器有限公司地址：成都市人民南路四段九号中科院成都分院邮编：610041电话：（028）85247006 85213812 传真：（028）85247006网址； E-mail: ZKY@ZKY.C nCCD特性实验CCD（Charge Coupled Device）全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。
它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。
CCD具有光电转换、信息存贮和传输等功能，CCD图像传感器能实现图像信息的获取，转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息。
CCD具有集成度高、分辨率高、灵敏度高、功耗小、寿命长、性能稳定、便于与计算机结合等优点。
被广泛应用于人民生活、军事、天文、医疗、电视、图像扫描、工业检测和自动控制等各个领域。
学习和掌握一些CCD的基本结构，工作原理，通过实验对CCD的基本特性进行测量，为进一步应用CCD打下基础，是十分必要的。
实验目的1．学习掌握CCD的基本工作原理，CCD正常工作所需的外部条件及这些条件的改变对CCD输出的影响。
2．测量曝光时间，驱动周期，照明情况对输出的影响，并根据实验原理对输出进行说明。
3．测量CCD的光电转换特性曲线，根据曲线得到CCD的灵敏度，饱和输出电压及饱和曝光量。
4．测量并计算CCD的暗信号电压，暗噪声，动态范围，像敏单元不均匀度等参数。
5．比较CCD输出信号经AD转换或二值化处理后输出信号的差异，了解各自的应用领域。
实验原理一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
图1为某型号CCD的结构示意图。
CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。
取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。
CCD实验附录
利用线阵CCD 进行物体尺寸与角度的测量一、实验目的学习利用线阵CCD 测量被测物体角度的基本原理和方法。
二、实验准备内容① 学习利用彩色线阵CCD 测量被测物体角度的基本原理； ② 掌握利用CCD 进行角度测量的方法。
三、实验所需仪器设备① 彩色线阵CCD 多功能实验仪YHLCCD －IV 一台； ②实验用计算机、VC++软件及相关的实验软件。
四、利用彩色线阵CCD 测量物体角度的原理利用线阵CCD 测量被测物体角度的方法有很多，其实质都属于尺寸测量和位移量的测量。
常用的有两种方法。
第一种方法如图6-1所示。
图中水平粗线为线阵CCD 像敏单元阵列，假设待测物体在CCD 像面上的测量宽度为D ，当该物体旋转角度α后，CCD 感光线上测量的宽度值也发生了相应变化，变为S 。
从图6-1可以推导出待测角度α＝sin -1 ( D / S )。
这种方法比较简单，适用于低精度大尺寸测量，且光学放大倍数不高的场合，并且必须保证被测物体的宽度是已知的。
当待测物体本身的宽度尺寸D 有显著变化时，会影响测量精度。
测量角度的第二种方法是利用彩色线阵CCD 测量物体角度。
彩色线阵CCD 由3条相互平行的像敏单元阵列构成，当被测物与线阵CCD 像敏单元阵列成角度α时，可以利用彩色线阵CCD 两条平行的阵列传感器进行角度测量。
如图6-2所示，假设被测物在像面的投影如灰色部分所示， G 、B 、 R 分别为彩色线阵CCD 的G 、B 、 R 三条像敏单元阵列（阵列传感器）。
由图中可以看出，三条阵列传感器对待测物体成像后的边界是相互错开的，通过对G 、R 阵列传感器的边界信息提取测量，便可以测得图中的S 。
而相邻感光线的间距为64μm 为已知量，则G 、R 阵列传感器的边界间的距离L 0＝128μm 。
由此可以推导出待测角度为α＝tg -1 ( T / S ) (6-1)由于彩色线阵CCD 的相邻阵列传感器的距离L 0较宽，而同列像元的中心距l 0很小，因此用这种方法测角可以获得较高的精度。
实验四 线阵CCD特性测试实验
光电成像器件实验报告实验题目实验二线阵CCD特性测试实验日期2016.6.1 姓名杨智超组别双2 班级13光电子班学号134090340 【实验目的】通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。
【实验器材】光电技术创新综合实验平台 1台双踪同步示波器（20MHz以上） 1台线阵CCD模块 1块连接导线若干光源特性测量模块 1块 CCD光路组件 1套航空插座连接线 1根【实验原理】两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图1所示：图1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势井，绝缘体薄的那个MOS电容比绝缘体厚的那个MOS电容势井深，只要不是过多的电荷引入，电荷总是存于右边那个势井。
图b显示了相位相差180O的驱动脉冲Φ1为高电位，Φ2为低电位时MOS电容的势井深度及电荷存储情况。
图c表示Φ1和Φ2电位相等时的情况，这时电荷还不能移动；图d显示了Φ1为低电位，Φ2为高电位时的情况，这时电荷流入Φ2相的势井。
当Φ1和Φ2电位再相等时停止流动。
电荷传输机理证明，电荷从一个势井传输到下一个势井需要一定的时间，且电荷传输随时间的变化遵循指数衰减规律，只有由Φ1和Φ2的频率所确定的电荷传输时间大于或等于电荷传输所需要的时间，电荷才能全部传输。
但在实际应用中，从工作速率考虑，由频率所确定的电荷传输时间往往小于电荷本身传输所需要的时间。
这就是说，电荷的转移效率与驱动频率有关。
驱动频率越低，输出信号越强。
积分时间为光电转换的时间，显然，积分时间越长，光敏区的MOS电容存储的电荷越多，相应输出信号越强。
【实验步骤及注意事项】【实验结果与数据处理】。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ZKY-SAC-Ⅰ太阳能电池特性实验仪实验指导及操作说明书四川世纪中科光电技术有限公司地址：四川省成都经济技术开发区南二路309号邮编：610100电话：（028）85247006 85213812 传真：（028）85247006网址； E-mail: ZKY@ZKY.C n2015-05-06太阳能电池特性实验能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。
本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。
另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO2、SO2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。
根据计算，现在全球每年排放的CO2已经超过500亿吨。
我国能源消费以煤为主，CO2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO2、SO2等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。
推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。
广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能，它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。
太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。
太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。
在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m2，称为太阳常数。
到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。
在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射的功率密度约为1kW /m2，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。
太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。
每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。
太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。
太阳能发电有两种方式。
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸汽，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。
光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。
与传统发电方式相比，太阳能发电目前成本较高，所以通常用于远离传统电源的偏远地区，2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。
随着研究工作的深入与生产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。
太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。
根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。
其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
本实验研究单晶硅、多晶硅、非晶硅3种太阳能电池的特性。
实验目的1.太阳能电池的暗伏安特性测量2.测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系3.测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系4.太阳能电池的输出特性测量实验原理太阳能电池利用半导体P-N结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N结，图1为P-N结示意图。
P型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由空间电荷区图1 半导体P-N结示意图电子。
N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。
当两种半导体结合在一起形成P-N 结时，N 区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正电）向N 区扩散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。
势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N 结的净电流为零。
在空间电荷区内，P 区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。
当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子－空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N 区和P 区，使N 区有过量的电子而带负电，P 区有过量的空穴而带正电，P-N 结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N 结两端接入外电路，就可向负载输出电能。
在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图2实线所示。
负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电流。
负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。
太阳能电池的输出功率为输出电压与输出电流的乘积。
同样的电池及光照条件，负载电阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。
若以输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的P-V 曲线如图2点划线所示。
输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大输出功率P max 。
填充因子F.F 定义为：scoc I V P F F ⨯=⋅max（1）填充因子是表征太阳电池性能优劣的重要参数，其值越大，电池的光电转换效率越高，一般的硅光电池FF 值在0.75~0.8之间。
转换效率ηs 定义为：%100(%)max⨯=insP P η （2） Pin 为入射到太阳能电池表面的光功率。
理论分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增长，而开路电压在入射光功率增加时只略微增加，如图3所示。
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率可达到15%。
在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。
但由于单晶硅价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率可达到10%。
因此，多晶硅薄膜电池可能在未来的太阳能电池市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低，重量轻，便于大规模生产，有极大的潜力。
如果能进一步解决稳定性及提高转换率，无疑是太阳能电池的主要发展方向之一。
I V IV仪器介绍太阳能电池实验装置如图4所示，电源面板如图5所示。
图4 太阳能电池实验装置光源采用碘钨灯，它的输出光谱接近太阳光谱。
调节光源与太阳能电池之间的距离可以改变照射到太阳能电池上的光强，具体数值由光强探头测量。
测试仪为实验提供电源，同时可以测量并显示电流、电压、以及光强的数值。
电压源：可以输出0～8V连续可调的直流电压。
为太阳能电池伏安特性测量提供电压。
电压/光强表：通过“测量转换”按键，可以测量输入“电压输入”接口的电压，或接入“光强输入”接口的光强探头测量到的光强数值。
表头下方的指示灯确定当前的显示状态。
通过“电压量程”或“光强量程”，可以选择适当的显示范围。
电流表：可以测量并显示0～200mA的电流，通过“电流量程”选择适当的显示范围。
图5 太阳能电池特性实验仪实验内容与步骤1.硅太阳能电池的暗伏安特性测量暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。
太阳能电池的基本结构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。
在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将若干电池单元并联。
为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串连。
因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件时的串并连关系。
本实验提供的组件是将若干单元并联。
要求测试并画出单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池组件在无光照时的暗伏安特性曲线。
用遮光罩罩住太阳能电池。
测试原理图如图6所示。
将待测的太阳能电池接到测试仪上的“电压输出”接口，电阻箱调至50Ω后串连进电路起保护作用，用电压表测量太阳能电池两端电压，电流表测量回路中的电流。
图6 伏安特性测量接线原理图将电压源调到0V，然后逐渐增大输出电压，每间隔0.3V记一次电流值。
记录到表1中。
将电压输入调到0V。
然后将“电压输出”接口的两根连线互换，即给太阳能电池加上反向的电压。
逐渐增大反向电压，记录电流随电压变换的数据于表1中。
表电压（V）电流(mA)单晶硅多晶硅非晶硅-7-6-5-4-3-2-10.30.60.91.21.51.82.12.42.733.33.63.9以电压作横坐标，电流作纵坐标，根据表1画出三种太阳能电池的伏安特性曲线。
讨论太阳能电池的暗伏安特性与一般二级管的伏安特性有何异同。
2.开路电压、短路电流与光强关系测量打开光源开关，预热5分钟。
打开遮光罩。
将光强探头装在太阳能电池板位置，探头输出线连接到太阳能电池特性测试仪的“光强输入”接口上。
测试仪设置为“光强测量”。
由近及远移动滑动支架，测量距光源一定距离的光强I，将测量到的光强记入表2。
将光强探头换成单晶硅太阳能电池，测试仪设置为“电压表”状态。
按图7A接线，按测量光强时的距离值（光强已知），记录开路电压值于表2中。
按图7B接线，记录短路电流值于表2中。
将单晶硅太阳能电池更换为多晶硅太阳能电池，重复测量步骤，并记录数据。
将多晶硅太阳能电池更换为非晶硅太阳能电池，重复测量步骤，并记录数据。
距离（㎝）15 20 25 30 35 40 45 50光强I（W/m2）开路电压V OC（V）单晶硅短路电流I SC（mA）开路电压V OC（V）多晶硅短路电流I SC（mA）开路电压V OC（V）非晶硅短路电流I SC（mA）根据表2数据，画出三种太阳能电池的开路电压随光强变化的关系曲线。
根据表2数据，画出三种太阳能电池的短路电流随光强变化的关系曲线。
3.太阳能电池输出特性实验按图8接线，以电阻箱作为太阳能电池负载。
在一定光照强度下（将滑动支架固定在导轨上某一个位置），分别将三种太阳能电池板安装到支架上，通过改变电阻箱的电阻值，记录太阳能电池的输出电压V和电流I,并计算输出功率P O=V×I，填于表3中。
2 输出电压V(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 ……单晶硅输出电流I(A)根据表3数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线，并与图2比较。
找出最大功率点，对应的电阻值即为最佳匹配负载。
由（1）式计算填充因子。
由（2）式计算转换效率。
入射到太阳能电池板上的光功率Pin=I×S1，I为入射到太阳能电池板表面的光强，S1为太阳能电池板面积（约为50mm×50mm）。
若时间允许，可改变光照强度（改变滑动支架的位置），重复前面的实验。