【正文】 有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著光器件的不斷發(fā)展，空間光通信已進(jìn)入系統(tǒng)研究階段。激光通信是利用激光光束作為信息載體來傳遞信息的一種通信方式，和傳統(tǒng)的電通信一樣激光通信可分為有線激光通信和無線激光通信兩種形式。 虛擬儀器(Virtual Instruments，VI)的概念，是隨著自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATS，Automatic Test System)的發(fā)展而提出的。數(shù)據(jù)處理——通常利用一個(gè)微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，使儀器按測(cè)試要求完成各種處理功能[1]。第二章 光電檢測(cè)的重要性及原理 光電檢測(cè)的重要性 一、檢測(cè)自動(dòng)化 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，用于檢測(cè)的時(shí)間和人力將占相當(dāng)大的比重，因此為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，要求檢測(cè)必須自動(dòng)化。三、電子元件和電路集成化 它具有體積小，重量輕，工作可靠，壽命長(zhǎng)，使用方便和工作速度提高等優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)與它相結(jié)合后，能實(shí)現(xiàn)儀表本身根本無法實(shí)現(xiàn)的許多功能，使檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度、速度和性能顯著提高。因此，含有微型計(jì)算機(jī)的測(cè)量裝置和儀器，有時(shí)稱為“智能”儀器。此外還可采用X射線（倫琴輻射）及同位素放射源，這時(shí)一般需要把輻射能變成可見光譜的轉(zhuǎn)換器。用于檢測(cè)系統(tǒng)的光電器件有光電池、光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻（又稱光導(dǎo)管）、真空光電管、充氣光電管及光電倍增管等，選用何種型式，決定于光電傳感器所需的靈敏度、反映的速度、光源的特性及儀器的運(yùn)用環(huán)境和條件等。對(duì)于物理量變化緩慢的被測(cè)物，在光學(xué)系統(tǒng)中常采用光調(diào)制，因而放大器中有時(shí)包含相敏檢波及其他運(yùn)算電路。光電裝置亦常用來自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，使被測(cè)物理量維持不變，或按希望那樣變化，將被檢測(cè)產(chǎn)品安需要進(jìn)行加工。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用來調(diào)節(jié)對(duì)象，他直接與帶有能量的介質(zhì)（例如蒸汽、冷卻劑、燃料、電流等）或物料相接觸，并能以一定方式改變能量或物料量，使被調(diào)節(jié)量接近或等于給定值。根據(jù)光電檢測(cè)器件對(duì)輻射的作用方式的不同，可分為光子檢測(cè)器件和熱點(diǎn)檢測(cè)器件兩大類。因這些器件都存在某一截止波長(zhǎng)超過此波長(zhǎng)，器件無響應(yīng)；② 響應(yīng)快。滿足上述條件的材料就會(huì)得到較高的量子效率。大多數(shù)金屬的光譜響應(yīng)都在紫外或遠(yuǎn)紫外區(qū)，只能適應(yīng)對(duì)紫外靈敏的光敏器件。光電倍增管的工作原理：①光子透過入射窗口入射在光陰極K上；② 光電陰極的電子受光子激發(fā),離開表面發(fā)射到真空中。 光電倍增管的工作原理光電倍增管具有極高的靈敏度和快速響應(yīng)等特點(diǎn)，目前它任然是最常見的光電探測(cè)器件之一，而且在許多場(chǎng)合還是唯一的光電探測(cè)器。3．應(yīng)采取電磁屏蔽，最好使屏蔽筒與陰極處于相同電位。光敏電阻與其它半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點(diǎn)：① 工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。⑤ 偏置電壓低，無極性之分。光敏電阻的結(jié)構(gòu)是在一塊光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其它絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)光電池等。受光面上的電極稱為前極或上電極，為了減少遮光，前極多作成梳狀。當(dāng)光電池短路時(shí)，短路電流Isc與照度E成線性關(guān)系，S＝Isc/E稱為靈敏度?！?，因?yàn)樗荒艽笥赑N結(jié)熱平衡時(shí)的接觸電勢(shì)差?！?yàn)樗荒艽笥赑N結(jié)熱平衡時(shí)的接觸電勢(shì)差。按材料分，光電二極管有硅、砷化稼、銻化錮、鈰化鉛光電二極管等許多種。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。四、雪崩光電二極管雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種二極管。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的自持雪崩。五、光電晶體管光電晶體管和普通晶體管類似，也有電流放大作用。正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。光電晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級(jí)。這兩種器件中，襯底是共用的，而各光敏元都是獨(dú)立的，分別有各自的前極引出線。幾十個(gè)至幾百個(gè)或更多并列的光敏元，可用來攝取光學(xué)圖象或用作空間頻譜分析。當(dāng)入射光是一個(gè)小光斑，照射到光敏面時(shí)，其輸出則與光的能量中心位置有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖⑴系統(tǒng)發(fā)射部分系統(tǒng)光源選用半導(dǎo)體激光器，輸出功率50mW，波長(zhǎng)850mn，符合探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍，激光光源既具有準(zhǔn)直性好，頻率單一，能量集中，功率穩(wěn)定性好，受外界干擾小等特點(diǎn)，與其它光源相比，可以更好的提高精度。PSD S599101輸出的是四路電流信號(hào)，將四路輸出信號(hào)分別連接四個(gè)鎖相放大器。⑴ 系統(tǒng)中光學(xué)系統(tǒng)的作用有兩個(gè)：一是盡可能多的收集到達(dá)的光輻射，并以最小的損失投射到探測(cè)器上；另外一個(gè)是對(duì)進(jìn)入的輻射進(jìn)行光學(xué)濾波，以提高光學(xué)信號(hào)的信噪比。信號(hào)調(diào)理SC (Signal conditioning)它包括：放大、濾波、隔離等組成[9]。 PSD基本原理本文所述的位置敏感探測(cè)器(PSD)是一種利用半導(dǎo)體的“橫向光電效應(yīng)”制成的光電探測(cè)器。PSD是一種對(duì)其感光面上入射光點(diǎn)位置敏感的光電器件。PSD的位置輸出只與入射光點(diǎn)的“重心”位置有關(guān)。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的PSD的特性參數(shù)一、本測(cè)試系統(tǒng)使用的PSD 本設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)中的PSD 采用日本濱松公司生產(chǎn)的PSD S599101,它不但具有一維PSD位置檢測(cè)誤差小和位置分辨率高的特點(diǎn)，同時(shí)具有二維PSD自身反應(yīng)速度快和模糊電流低的優(yōu)點(diǎn)。但是，僅想獲得必要的信號(hào)是很難做到的。另外，根據(jù)不同場(chǎng)合，也出現(xiàn)噪聲強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出所需要的目的信號(hào)電平的情況。因此降低噪聲、改善信噪比是重要的目標(biāo)。經(jīng)過濾波的直流電壓信號(hào)被采集系統(tǒng)的高精度A/D數(shù)字化后，通過上位機(jī)進(jìn)行計(jì)算和顯示。如果與光信號(hào)的調(diào)制特性相匹配，采用選頻放大或鎖相放大等技術(shù)方案，有效地抑制噪聲，從而實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)[13]。按互相關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它需要一個(gè)乘法器和一個(gè)積分器。由于被測(cè)信號(hào)是已知頻率的正弦波或方波，因此，乘法器就可以采用動(dòng)態(tài)范圍大，線路簡(jiǎn)單的開關(guān)線路來實(shí)現(xiàn)。在制作鎖定放大器時(shí)，集成塊都選用高精度，低漂移、低噪聲集成塊OP27，電阻為精密電阻，電容的各方面指標(biāo)均嚴(yán)格按要求選用。IC1運(yùn)放選擇的是超低輸入電流的LMC6001，它的輸入偏置電流非常低，達(dá)25fA( 25℃，100%測(cè)試)，同時(shí)具有的低偏移，低溫漂，低噪聲等優(yōu)良特性[14]。而且Rf大輸出電壓也大，Rf小時(shí)沒有辦法得到好的信噪比。 （） DAQ1202/PCI數(shù)據(jù)采集卡一、 DAQ1202/PCI數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 DAQ1201/PCI數(shù)據(jù)采集卡實(shí)物圖為了滿足實(shí)驗(yàn)需要，我們使用DAQ1202/PCI型高精度A/D采集卡，它具有如下特點(diǎn)：本數(shù)據(jù)采集卡為帶光電隔離的多通道高速12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，而此A/D卡主要用于電壓信號(hào)的精密測(cè)量，具有精度高、速度快、量程多、通道多、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)選擇16位單端通道時(shí)，還可以通過增加外部模擬多路復(fù)用卡以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充至256個(gè)通道。DAQ1202/PCI數(shù)據(jù)采集卡可以通過附帶的40針I(yè)/O連接器直接連到計(jì)算機(jī)的PCI插槽上，連接簡(jiǎn)單方便。差分輸入時(shí)有8路通道從0到7，每一路包括一個(gè)正相輸入（+CHx）和一個(gè)負(fù)相輸入（CHx）。通過前面板可以配置數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)、控制程序運(yùn)行和顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 偏移量測(cè)試系統(tǒng)主程序流程圖本設(shè)計(jì)的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的軟件功能主要分為用戶配置模塊、數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)量數(shù)據(jù)分析模塊、測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊五部分。打開數(shù)據(jù)采集卡子VI，讀設(shè)備配置文件，LabVIEW測(cè)試程序根據(jù)配置文件的內(nèi)容配置DAQ1202/PCI數(shù)據(jù)采集卡。讀取A/D轉(zhuǎn)換寄存器子VI，可以通過設(shè)置讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果。根據(jù)這一方式確定數(shù)據(jù)的分析處理方式。 數(shù)據(jù)分析虛擬儀器框圖程序 為進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度，采用軟件濾波技術(shù)，利用算術(shù)平均濾波法減少隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的影響。（c）所示。第五章 實(shí)驗(yàn)及分析經(jīng)過前期分析以及硬件、軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了基于虛擬儀器的偏移量實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)不但能夠滿足當(dāng)前的測(cè)試需求，還可以根據(jù)測(cè)試需求的不斷發(fā)展而擴(kuò)展新的功能。 ，記錄通道連接情況，以便使用軟件時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的進(jìn)行配置。每個(gè)通道采用單極性差分輸入、增益選擇采樣速率10K字節(jié)/S。 實(shí)驗(yàn)一 抖動(dòng)量的測(cè)量將激光器放置在經(jīng)緯儀上，通過輕微的調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀的高低和左右晃動(dòng)即可出現(xiàn)仿真的抖動(dòng)量。原來手工量取實(shí)驗(yàn)曲線坐標(biāo)值，數(shù)天后才能得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)在可以在實(shí)驗(yàn)后立即得到，同時(shí)還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即時(shí)進(jìn)行各種處理分析，我還在此測(cè)量系統(tǒng)中添加了均值濾波程序，提高了測(cè)試精度和效率，也使根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案成為可能。證明了PSD的特性，即PSD的位置輸出信號(hào)與入射光的強(qiáng)度和尺寸無關(guān)。對(duì)以PSD為探測(cè)器的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了推導(dǎo)，計(jì)算了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)測(cè)量范圍的影響。該檢測(cè)系統(tǒng)克服了以往檢測(cè)方法繁瑣、效率不高等不足，在實(shí)際運(yùn)用中具有一定的意義。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，自始至終受到王老師的熱情幫助，從論文的選題到實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行以及論文的成稿，無一不凝聚著王老師的心血和關(guān)懷。在此，我謹(jǐn)向王老師表示最誠摯的謝意和最崇高的敬意