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一、产品概述
MW4A01B光电技术应用开发综合实验平台结合光电技术教学大纲,以研究众多光电探测器的工作原理为主,应用技术为辅,开设了一系列光电传感器的工作原理及基本检测方法的基础实验,涉及光电技术、光电检测、光学、智能光电实验等多个方面。
1、光学套件:光学元器件采用专用光学导轨与滑块的实验结构方式,结构通用,光路调节与光学器件的操作方便;
2、模块化设计:采用风格一致的模块化设计,模块尺寸统一,可配置光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光耦、CCD等多种传感器的特性实验模块及检测技术实验模块,实验功能齐全,拓展性强,二次开发功能强。
3、每种光电探测器均为独立组件结构,避免频繁更换光电器件,使用方面,不易损坏。
4、实验平台集漏电保护与保险丝双重保护,安全性强。
适用课程:《光电子学》、《光电子技术》、《光电检测》、《传感器原理及应用》等
二、性能参数
1、平台面板尺寸:不小于640mm×310mm;
2、数字电压表:精度四位半以及上;量程包含2V,20V,200V;
3、数字电流表:精度四位半以及上;量程包含2mA,20mA, 200mA;
4、数字照度计:测量范围包含 0.1~1.999×103lx;
5、光电二极管:暗电流 ID:±0.1uA;光电流 IL:±80uA;峰值响应 880±10nm;工作电压≤30V;开关时间≤50ns;光谱范围包含400~1100nm;
6、光电三极管:集电极-发射极电压≥30V;发射极-集电极电压≥5V;集电极电流≥20mA;
7、光敏电阻:暗电阻≥1MΩ;最小亮电阻≤20KΩ;
8、硅光电池:开路电压≥500mV;短路电流≥18mA;
9、PIN光电二极管:反向电压≥40V;峰值波长920±10nm;开路电压≥0.4V;短路电流≥85uA;
10、雪崩光电二极管(APD):工作电压:100V~150V;峰值波长:660±10nm;
11、四象限光电传感器:光敏直径13±1mm;光谱响应范围包含380~1100nm;
12、光电倍增管:光谱响应范围包含300~700nm;响应波长420±10nm;
13、一维PSD:光敏区≥1*13mm;光谱响应范围300~1100nm;PSD调整架:位移范围≥12mm;位移精度≤0.02mm;
14、热释电器件:型号:RE200B;灵敏元面积≥2.0×1.0mm2;基片材料:硅;基片厚度:0.5±0.1mm;工作波长:5~14μm;平均透过率>75%
15、光电耦合器:型号:4N35;正向电流If≥60mA;正向电压Vf≥1.5V;输出电压≥30V;击穿电压≥30V;
16、线阵CCD相机:有效像元数≥2160像元,像元尺寸(μm) ≤14×14×14;
17、彩色面阵CCD相机:有效像元数≥1280*1024;
18、线阵CCD数据采集卡:USB2.0及以上接口、精度≥8位A/D;
19、彩色面阵CCD图像采集卡:分辨率≥10bit×3;USB2.0及以上接口;
20、镜头:标准焦距50mm;
21、光谱分辨率≤0.123nm;光谱范围包含405~680 nm,幅度分辨率≥12位;采集速率≥5MHz;
22、内置硬件系统配置:液晶显示器≥19英寸;内存≥4.0GB;CPU速度≥2.4GHz;硬盘≥320G;USB2.0及以上接口;防水耐用键盘及光电鼠标;
23、数字存储示波器:垂直灵敏度≥2mV-10V/div;DC增益精度:±3%,≥2mV-10V/div;垂直分辨率≥8位;基准波形显示≥2M点参考波长;带宽≥100MHz,实时采样率≥1GSa/s;显示屏≥7英寸TFT彩屏;
24、配套实验讲义。
三、软件配置
光电子器件与仿真教学综合实验系统
1、仿真系统采用三维动画仿真技术,可仿真显示器件外部及内部三维结构,仿真过程可人为拆解;包含光敏电阻、光电二极管、光电三极管、硅光电池、PIN、APD、色敏光电二极管器件结构展示、器件原理演示、器件接线操作、器件运行演示等功能。器件结构展示主要以图文形式展示元器件的外形、内部结构。
2、实验仿真:包括上述光电器件特性测试实验仿真、应用实验仿真,主要是对具体实验原理演示。虚拟仿真真实的实验室及光学平台实验环境,环境逼真,生动形象。
3、仿真技术:须采用3D仿真技术,模拟真实实验,具备声音播放与字幕播放教学功能,同时声音与字幕可编辑加载。3D虚拟仪器及仿真功能:3D虚拟光源、3D虚拟电源、3D虚拟电压表、3D虚拟电流表、3D虚拟欧姆表、3D虚拟电阻等,并且3D虚拟仪器及器件可自由拖放,自由接线并搭建实验电路,光源、电源等参数可以设置调节。
四、实验内容
1、光电技术实验
1.1、光敏电阻特性参数及其测量;
1.2、光敏电阻伏安(U-I)特性实验;
1.3、光敏电阻光电(P-I)特性实验;
1.4、光敏电阻时间响应特性;
1.5、光电二极管光照灵敏度的测量;
1.6、光电二极管伏安特性的测量;
1.7、光电二极管时间响应特性的测量;
1.8、硅光电池在不同偏置状态下的特性参数及其测量;
1.9、硅光电池在反向偏置下的时间响应测量;
1.10、光电三极管光照灵敏度的测量;
1.11、光电三极管伏安特性的测量;
1.12、光电三极管时间响应的测量;
1.13、光电三极管光谱特性的测量;
1.14、光电耦合器电流传输比的测量;
1.15、光电耦合器件伏安特性的测量;
1.16、光电耦合器件时间相应的测量;
1.17、热释电器件基本原理实验;
1.18、热释电器件光谱响应的测试;
1.19、PSD位移传感器特性参数的测量;
1.20、雪崩光电二极管(APD)特性测试;
1.21、PIN光电二极管特性测试;
1.22、四象限光电传感特性测试;
1.23、光电倍增管阳极暗电流Id的测量;
1.24、光电倍增管的灵敏度Sa与电源电压Ubb的关系;
1.25、光电倍增管的电流增益G的测量;
1.26、光电倍增管伏安特性测量;
1.27、光电倍增管时间响应测量;
1.28、LED伏安(U-I)特性测量;
1.29、LED光电(P-I)特性测量;
1.30、发光光源的半发光强度的角度测量;
1.31、LED的发光光谱测量;
1.32、LD半导体激光器的发光光谱测量;
1.33、光调制解调实验;
1.34光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验;
1.35光敏电阻的亮电阻、亮电流测试实验;
1.36光敏电阻的光电流测试实验;
1.37光敏电阻的光谱特性测试实验;
1.38光敏二极管暗电流测量实验;
1.39光敏二极管光电流测量实验;
1.40光敏二极管光照特性测量实验;
1.41光敏二极管光谱特性测量实验;
1.42硅光电池短路电流的测试实验;
1.43硅光电池开路电压的测试实验;
1.44硅光电池光电特性测试实验;
1.45硅光电池光照特性测量实验;
1.46硅光电池光伏安特性测量实验;
1.47硅光电池光谱特性测量实验;
1.48光敏三极管暗电流测量实验;
1.49光敏三极管光电流测量实验;
1.50光敏三极管光照特性测量实验;
1.51光电倍增管阴极电流及特性测量;
1.52光电倍增管光谱特性的测量;
1.53LD半导体激光器伏安(U-I)特性测量;
2、光电检测技术实验
2.1、线阵CCD原理与驱动实验;
2.2、线阵CCD尺寸测量实验;
2.3、线阵CCD角度测量实验;
2.4、利用线阵CCD识别条形码;
2.5、利用线阵CCD测量物体位置和振动;
2.6、利用线阵CCD进行物体扫描;
2.7、通过软件浮动阈值对CCD的输出信号进行二值化处理;
2.8、光栅与莫尔条纹实验;
2.9、面阵CCD原理与驱动实验;
2.10、利用面阵CCD测量物体外形尺寸;
2.11、利用面阵CCD提取物体的边缘与轮廓;
2.12、利用面阵CCD进行图像采集与参数设置;
2.13、利用面阵CCD进行投影与差影图像分析;
2.14、利用面阵CCD进行图像的滤波与增强;
2.15、利用面阵CCD进行形态学处理;
2.16、利用面阵CCD进行物体的旋转与缩放;
2.17、利用面阵CCD对颜色识别;
3、智能光电实验
可实现智能人机交互功能,通过设计、搭建、调试测量电路,可实现对智能语音控制及遥控控制窗帘系统进行设计,通过对语音识别/声控芯片发出的语音指令,对 STM32 编写、烧录程序可以实现控制窗帘的打开、关闭功能。支持智能语音控制及遥控控制MP3(歌曲播放)及其他扩展开发功能。
3.1智能语音识别与控制设计实验
3.2智能语音遥控控制LED设计实验
3.3智能语音与蓝牙传输控制设计实验
4、光电子器件仿真软件至少包括以下实验内容:
4.1光电器件结构仿真实验与教学
4.2光电器件手动拆装与教学
4.3光电器件自动拆装与教学
4.4光电器件的原理实验仿真与教学
4.5光电器件连线及运行仿真与教学
4.6光电器件特性测试实验仿真与教学
4.7光电器件I-E特性曲线仿真与教学
4.8光电器件I-U特性曲线仿真与教学