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1、本科学生实验报告学号 姓名 学院 物电学院 专业、班级 12级光电子班 实验课程名称 线性CCD特性测试实验 教师及职称 开课学期 至 2015学年 学期 填报时间 年 4 月 日云南师范大学教务处编印一、实验设计方案实验序号2 实验室同析3栋216实验时间4月13日 小组成员 邬建飞 马子芳 张涛 实验名称线性CCD特性测试实验1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。2 实验原理、实验流程或装置示意图 两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图2-1所示:图2-1 两
2、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1为高电位,2为低电位时MOS电容的势井深度及电荷存储情况。图c表示1和2电位相等时的情况,这时电荷还不能移动;图d显示了1为低电位,2为高电位时的情况,这时电荷流入2相的势井。当1和2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
3、间,且电荷传输随时间的变化遵循指数衰减规律,只有由1和2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。3实验设备及材料1、光电技术创新综合实验平台 1台2、双踪同步示波器(20MHz以上) 1台3、线阵CCD模块 1块4、连接导线 若干5、光源特性测量模块 1块6、CCD光路组件 1套7、航空插座连接线 1根4
4、实验方法步骤及注意事项 (一)、不同频率与不同光强下测量物体的变化1、用航空插座连接线,将CCD光路组件连接到线阵CCD模块。(线阵CCD模块上面的短路块J9的2、3用短路帽连接)2、将CCD光路组件连接到光源特性测试模块,具体方法是:CCD组件红色迭插头连接到光源特性测试模块的J306台阶插座,黑色的迭插头连接光源特性测试模块的J307台阶插座,光源特性测试模块K301拨到“恒流”,k302拨到“电流源”。按下光源特性测试模块电源开关。3、将中号物片放入CCD组件的物片窗口(注意保持与CCD组件表面的垂直),打开模块的电源开关。将积分时间开关置于0档,驱动频率开关置于2档,用CH1探头测量S
5、H并使之同步,用CH2测量输出信号Uo,调整光源驱动(光源特性测试模块的W302电位器),使UO信号较为圆滑,观测SH与Uo的关系,并画出其波形图。4、改变CCD像敏元的照度,观察输出信号UO的波形变化。画出当光强变化时输出信号UO波形图。5、积分时间不变,改变驱动频率完成1,2步骤的实验内容。6、分析上述实验现象,并说明驱动频率与输出信号的变化关系。为什么当驱动频率过低时UO无输出信号。(二)、不同积分时间与不同光强下测量物体的变化1、将中号物片放入CCD组件的物片窗口(注意保持与CCD组件表面的垂直),打开模块的电源开关。将驱动频率开关置于3档,积分时间开关置于0档,用CH1探头测量SH并
6、使之同步,用CH2测量输出信号Uo,观测SH与Uo的关系,并画出其波形图.2、改变CCD像敏元的照度(通过调节光源特性测试模块的W302电位器,减小LED面光源光强),观察输出信号U0的波形变化。画出当光强变化时输出信号U0波形图。3、驱动频率不变化,改变积分时间完成1,2步骤的实验内容。4、分析上述实验现象,并说明积分时间与输出信号的变化关系。5、关机结束。关闭线阵CCD模块电源,关闭示波器电源。5实验数据处理方法 画图分析法6参考文献 1 王瑞,孙卫平,李宏兵,基于面阵CCD的激光高速摄影技术在弹道测试中的应用J.弹箭与制导学报.200,29(5):197199.2 胡瀚,荣健,CCD的发
7、展现状及展望J.仪器仪表学报,2005,26(8):718720;3 李庆祥.实用光电技术M.北京:中国计量出版社,1996二实验报告1实验现象与结果 2对实验现象、实验结果的分析及其结论 3.实验总结通过本次实验,我们对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量有了一定的了解,进一步掌握了CCD的有关特性,由于条件的限制,我们的实验不是太顺利,但最终经过我们小组成员的共同努力我们还是得出了实验结果。指导教师评语及评分:签名: 年 月 日1、实验设计方案实验序号2 实验室同析3栋216实验时间4月13日 小组成员 邬建飞 马子芳 张涛实验名称 线性CCD的AD数据采集1 实验目
8、的1、掌握线阵CCD的A/D数据采集的基本原理;2、进一步掌握线阵CCD积分时间与光照灵敏度的关系;3、进一步掌握线阵CCD驱动频率与光照灵敏度的关系;4、掌握CCD软件的开启方法,为后面的测量实验做准备。2 实验原理、实验流程或装置示意图 线阵CCD的A/D数据采集的种类和方法很多,这里只介绍模块所采用的8位并行接口方式的数据采集基本工作原理。如图4-1所示为以8位A/D转换器件TLC5510A为核心器件构成的线阵CCD数据采集系统。以单片机完成地址译码器、接口控制、同步控制、存储器地址译码等逻辑功能。计算机软件通过向端口发送控制指令对单片机复位。单片机等待SH上升沿(对应于CCD第一个有效
9、输出信号)触发AD开始工作,AD器件则通过RS信号完成对每个像元的同步采样,A/D转换输出的8位数字信号则存储在静态缓存器件(IDT72241)中,当一帧像元的数据转换完成后,单片机(U29)会生成一个标志转换结束的信号,同时停止A/D转换器和存储器的工作。单片机(U23)将此帧像元的数据进行处理,并通过USB接口芯片将采集信号送给计算机软件进行相关显示处理。当软件读取并处理完一行数据后,再次发送复位指令循环上述过程。图4-1 线阵CCD数据采集系统3实验设备及材料1、光电技术创新综合实验平台 1台2、双踪同步示波器(20MHz以上) 1台3、线阵CCD模块 1块4、连接导线 若干5、光源特性
10、测量模块 1块6、CCD光路组件 1套7、航空插座连接线 1根8、USB数据连接线 1根4实验方法步骤及注意事项 1、用航空插座连接线,将CCD光路组件连接到线阵CCD模块。(线阵CCD模块上面的短路块J9的2、3用短路帽连接)2、将CCD光路组件连接到光源特性测试模块,具体方法是:CCD组件红色迭插头连接到光源特性测试模块的J306台阶插座,黑色的迭插头连接光源特性测试模块的J307台阶插座,光源特性测试模块K301拨到“恒流”,k302拨到“电流源”。按下光源特性测试模块电源开关。3、打开计算机电源,完成系统启动后进入下面的操作。4、按下线阵CCD模块电源开关,用示波器测量1、2、RS、S
11、H等各路驱动脉冲的波形是否正确。如果与实验一所示的波形相符,继续进行下面实验;否则,应请指导教师检查。5、检查UO波形是否与实验二、实验三一致。否则,应请指导教师检查。6、关闭线阵CCD模块电源开关,用USB数据线连接线阵CCD模块和电脑。7、打开线阵CCD模块电源开关,如果连接正常,电脑会提示发现新的硬件,按照提示加载USB驱动程序。8、安装成功后运行CCD应用软件,如果显示打开设备失败,应请指导教师检查。9、正确打开软件后,设置阈值设定数值为200,无效像元设置为500,按“开始绘图”看到有采集到得CCD输出的波形后即完成实验,表明AD转换成功。10、关闭软件,在计算机上停止USB设备,关
12、闭线阵CCD模块电源,关闭电脑,还原线阵CCD模块的结构件。注:波形的好坏和以下几个因素有关系,请耐心调解(1)光源亮度大小,太亮可能造成ccd输出饱和。请通过旋转光源特性测试模块上的W302电位器旋钮来调节。(2)本模块使用的PSD传感器尺寸有限,如果物体滑动到PSD传感器边缘,由于光线散射,可能采集图形不准,物体必须放在孔的中间,且与孔的边缘垂直,待波形稳定。(3)如若没有图形或图形异常,请将软件关闭,重新打开。5实验数据处理方法 画图分析法6参考文献 1 雷志勇,姜寿山,线阵CCD技术及其在靶场测试中的应用J,西安工业学院学报,2002,22(3);220224.2 董文娟,王宏义,黄宗福等,基于CDD拖尾特性的空间目标单帧监测方法J。信号处理,200,4:3034,25(5):8078