【正文】 前面板及結(jié)果顯示由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，偏移量隨時(shí)間的變化量非常小，即激光光強(qiáng)的改變對(duì)偏移量的影響不大。該檢測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確可靠地完成對(duì)被測(cè)量的檢測(cè)，并把檢測(cè)的結(jié)果輸出出來。王老師始終把握電子學(xué)研究領(lǐng)域的最前沿動(dòng)態(tài)，引導(dǎo)我的學(xué)習(xí)和研究工作沿著有意義的方向和正確的路線進(jìn)行，為我將來的學(xué)習(xí)和研究打下了良好的基礎(chǔ)。 研究生求學(xué)期間，我還得到了父母、親友和朋友們一如既往的全力支持。本論文最后引入虛擬儀器技術(shù)，將信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集進(jìn)入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)信號(hào)測(cè)量。總 結(jié)本文主要討論的是偏移量測(cè)量分系統(tǒng)。虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)是可以利用前面板記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如下圖。 DAQ1202/PCI數(shù)據(jù)采集卡連接示意圖 依次打開各硬件設(shè)備的電源，待各硬件設(shè)備工作穩(wěn)定后，啟動(dòng)測(cè)試軟件。 數(shù)據(jù)計(jì)算及顯示存儲(chǔ)虛擬儀器框圖程序Waveform Chart 位于控件模板的圖形子模板上，顯示數(shù)據(jù)的方式是用縱坐標(biāo)表示數(shù)據(jù)值，用橫坐標(biāo)表示數(shù)據(jù)序號(hào)。數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤子VI，可以給出程序出錯(cuò)的代碼，便于調(diào)試。模擬數(shù)據(jù)輸入子VI，根據(jù)采集卡的配置，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。二、框圖程序。DAQ1202/PCI數(shù)據(jù)采集卡通過板卡上的跳線JJJ5和J6的不同連接，用戶可以選擇多種工作模式，在我的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中我選擇第二種工作方式， 。分辨率為12位，片內(nèi)帶有l(wèi)0V基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘及三態(tài)輸入緩沖器，比AD574增加了采樣保持電路。圖 前置放大部分電路設(shè)計(jì)I/V轉(zhuǎn)換電路時(shí)，粗略地計(jì)算噪聲是必要的。我選用雙向模擬開關(guān)CD4016代替模擬乘法器。相關(guān)檢測(cè)原理：如果發(fā)送信號(hào)的重復(fù)周期或頻率已知，就可在接收端發(fā)出一重復(fù)周期與發(fā)送信號(hào)相同的“干凈的”本地參考信號(hào)，將本地參考信號(hào)與混有噪聲的輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，就能提高電路抗干擾性能。常用的弱光信號(hào)檢測(cè)可以有下列幾種方式，即：鎖相放大器、取樣積分器和光子計(jì)數(shù)器[12]。通常是連不必要的信號(hào)（也就是噪聲）也一起被測(cè)量了。PSD可分為一維PSD和二維PSD。由極為均勻的表面電阻層和對(duì)向電極來檢出信號(hào)并通過放大和運(yùn)算而獲得被測(cè)位置。⑵ 光電探測(cè)器的作用是將光能轉(zhuǎn)換成電能，是整個(gè)光電系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)激光器的光斑之能被光電探測(cè)器有效地接受。象限式光電器件可用來確定光點(diǎn)在二維平面上的位置坐標(biāo)。但它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。只是它的集電極電流不只是受基極電路的電流控制，也可以受光的控制。這種管子工作電壓很高，約100～200V，接近于反向擊穿電壓。這樣，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于I層中，從而使PN結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。 光電二極管和光電池一樣，其基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)。硅單晶光電池短路電流為35～40mA/cm2。襯底方面的電極稱為后極或下電極。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀是因?yàn)檫@樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。② 光譜響應(yīng)范圍響應(yīng)寬，根據(jù)光電導(dǎo)材料的不同，光譜響應(yīng)范圍可從紫外、可見光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外，尤其是對(duì)紅光和紅外輻射有較高的響應(yīng)度。在精密測(cè)量中，正確使用光電倍增管，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1．陽極電流應(yīng)不超過1181。半導(dǎo)體光發(fā)射材料的光吸收系數(shù)比金屬要大得多，由于體內(nèi)自由電子少，散射能量損失小，所以能量損失小，所以他的量子效率比金屬大得多，而光發(fā)射波長延伸至可見光和近紅外波段范圍。一般為納秒到幾百微妙。用得最多的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是電磁閥、變阻器等。測(cè)量機(jī)構(gòu)可以是指示儀表、記錄儀表、數(shù)字顯示器、報(bào)警器及產(chǎn)品分選裝置等。有時(shí)被測(cè)對(duì)象本身就是輻射能源，例如需要測(cè)溫的發(fā)熱體。目前在國外，先進(jìn)的測(cè)量儀器常常帶有微型計(jì)算機(jī)。先進(jìn)的檢測(cè)方法和儀器，應(yīng)能在零件加工過程中進(jìn)行主動(dòng)測(cè)量，或在傳送帶上的傳輸過程中進(jìn)行檢測(cè)和發(fā)出信號(hào)，這樣既可減少工作人員，又可節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。 本文研究的目的是通過模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證PSD的特性；檢驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)；檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)測(cè)試系統(tǒng)的軟件功能?？臻g光通信終端的數(shù)據(jù)率不斷提高，而體積、重量、功耗不斷下降，特別是未來采用WDM 和光波長路由等技術(shù)，有可能在衛(wèi)星之間和衛(wèi)星與地面之間建成一個(gè)全光網(wǎng)絡(luò)。所以，提高計(jì)算機(jī)軟件編程效率也就成了一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問題。激光通信技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展速度最快、覆蓋范圍最廣、滲透性最強(qiáng)、應(yīng)用最廣泛的一個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)也是推動(dòng)全球信息通信業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力量，信息通信技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，不僅能夠減少經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的交易費(fèi)用，大大降低社會(huì)運(yùn)行成本，而且能夠促進(jìn)知識(shí)的傳播和信息的共享，對(duì)于一個(gè)國家國民整體素質(zhì)的提高和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長遠(yuǎn)發(fā)展也將產(chǎn)生重大的意義。光通信作為星際間長距離、干線通信有明顯優(yōu)勢(shì)。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。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]。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，使用方便和工作速度提高等優(yōu)點(diǎn)。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。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。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。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。滿足上述條件的材料就會(huì)得到較高的量子效率。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。3．應(yīng)采取電磁屏蔽，最好使屏蔽筒與陰極處于相同電位。⑤ 偏置電壓低，無極性之分。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)光電池等。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。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。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。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。正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。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。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)。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。信號(hào)調(diào)理SC (Signal conditioning)它包括：放大、濾波、隔離等組成[9]。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。 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)。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。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。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。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。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。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。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）。 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。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。 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。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。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。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。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。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