【正文】 600 線 /mm； 閃耀 波長(zhǎng) :500nm 1200 線 /mm； 閃耀 波長(zhǎng) :500nm 相對(duì)孔徑： D/f=1/ 三、 實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容 1. 分析 光柵式光電直讀光譜儀基本光學(xué)系統(tǒng)， 繪制 光路圖和機(jī)構(gòu)圖， 記錄 基本參數(shù)。 3. 用 CCD 探測(cè)器的光電直讀光譜儀進(jìn)行光源光譜采集。 四、 實(shí)驗(yàn) 步驟 進(jìn)行汞燈光譜實(shí)驗(yàn) 開啟汞燈高壓電源， 調(diào)整 聚焦透鏡使光源像聚焦到調(diào)整光譜儀輸入狹縫， 調(diào)整 狹縫大?。ù蠹s ） 使輸出電壓在合適范圍內(nèi)； 用 VC++采集汞燈光譜曲線。 實(shí)驗(yàn) 五 光譜法物質(zhì)成分分析實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn) 目的 1. 熟悉 用光電倍增管作傳感器的光電直讀光譜儀的基本結(jié)構(gòu)和光學(xué)系統(tǒng)。 3. 了解光電倍增管傳感器的前置放大電路， 單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換程序， 以及 串行通訊電路。 5. 掌握吸收光譜法檢測(cè)物質(zhì)濃度。 主要 由光源（氘燈 D、 鎢燈 W） ， 發(fā)射 單色器（光柵 C、 球面 發(fā)射鏡 2M 、 3M ） 、 調(diào)制盤 CH、光電 倍增管 B、 試樣池 1C 及 2C 組成。 如圖 所示光柵垂直定位于一個(gè)轉(zhuǎn)盤上， 光柵 、 轉(zhuǎn)盤 以及搖桿（正弦桿 ） 連接成一體形成一個(gè)構(gòu)件， 搖桿 和絲桿組成正弦機(jī)構(gòu)。 （ 2） 吸收光譜測(cè)量原理 ： 吸收光譜反映了物質(zhì)本質(zhì)特性， 特定 的氣體、 液體 物質(zhì)有特定的吸收光譜。 用 分光光度計(jì)測(cè)得 0I 和 I ， 自動(dòng)計(jì)算 可得吸收光度曲線， 它就 反映了物質(zhì)的吸收光譜。 分光光度計(jì)可測(cè)得溶液濃度， 用 相對(duì)法 1 1 12 2 2A abC CA abC C?? 已知標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度 2C ， 再 測(cè)得 1A 、 2A 就可算得 1C 。 2. 了解 VC++采集軟件， 以及 計(jì)算機(jī)界面設(shè)計(jì)， 包括 ：對(duì)話框、 光譜曲線 顯示。 1） 吸收光譜法檢測(cè)高錳酸鉀溶液濃度。 由于實(shí)驗(yàn)儀器故障，我們?cè)谶M(jìn)行本實(shí)驗(yàn)時(shí) ， 無法 得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 所以無實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析， 在此抱歉。在黃鷹老師和陳晶田老師的同意下，我們跳過此實(shí)驗(yàn)，在此抱歉。 一般情況下， 輻射源的輻射要受到中介媒質(zhì) （大氣， 光學(xué)系統(tǒng)元件等） 的吸收，輻射等，只有一部分輻射功率透過媒質(zhì)， 最后被探測(cè)器接受。 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于在均勻吸收媒質(zhì)，如果不考慮散射時(shí)，被吸收的輻射能通量的相對(duì)值 m 距離時(shí)， 輻射能通量就衰減為原來值得 1/ e 。 設(shè)有一輻射能通量為 f 的平行輻射束， 入射到包含許多微 粒質(zhì)點(diǎn)的非均勻媒質(zhì)上， 由于媒質(zhì)內(nèi)微粒的散射而衰減的相對(duì)值 / dff 與通過的距離 dx 成正比，即： 將上式從 0 到 x 積分，得到在 x 處的輻射能通量： 該式稱為散射定律，式中 (0) f 為在 x=0 處的輻射功率， m 為散射系數(shù)，與吸收情況相似，媒質(zhì)散射也是輻射能通量按指數(shù)規(guī)律衰減。式中，激光透過媒質(zhì)后的光 強(qiáng)與透過前的光強(qiáng)的比值稱為透過率。如前所述，其計(jì)算公式為： 10 100%IT I? ?? 三、系統(tǒng)組成框圖與說明 激光透過率測(cè)量系統(tǒng)得原理框圖如下： 由經(jīng)過調(diào)制的激光器發(fā)出的一定波長(zhǎng)的激光經(jīng)過介質(zhì)后衰減，光強(qiáng)減小，分別測(cè)量出激光通過介質(zhì)前后的光強(qiáng)， 即可測(cè)出激光通過此介質(zhì)的透過率。 1. 各部分電路說明 驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路：為滿足半導(dǎo)體激光器對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率要求，可以設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)諧的方波發(fā)生器。方波發(fā)生器實(shí)際上是由以 NE 555 為核心的組成。參考電路如下： 本實(shí)驗(yàn)中，半導(dǎo)體激光器的調(diào)制頻率采用 1KHz。由電路的虛短與虛斷特性計(jì)算可知： ? ?0 8 2 8 2 10PU I R R R R R? ? ? 帶通濾波電路 : 本方案設(shè)計(jì)一個(gè) 2 階壓控電壓源帶通濾波器，要求中心頻率 f=1khz,增益 Av =2，品質(zhì)因數(shù) Q=10，原理圖如圖所示。AD536A 能夠計(jì)算直流和交流信號(hào)的真有效值。當(dāng)輸入直流信號(hào)的幅值變化較快時(shí)，由于直流誤差 (平均誤差 )和紋波誤差的存在， AD536A 的實(shí)際輸出值將與理想的輸出值略有差異。 對(duì)于恒定的紋波， 可以通過減小 C C4 和 C5 的值來進(jìn)一步縮短穩(wěn)定時(shí)間。 經(jīng)過 AD536 后輸出的是直流信號(hào)，與入射到光電傳感器上的光信號(hào)的強(qiáng)度成正比。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)樣品 電壓（ mV） 516 343 114 透過率 相對(duì)誤差 /% 14 載物臺(tái)上無樣品時(shí)， V0=1000mV 誤差分析 阻值與標(biāo)稱值不相符； ； 。 實(shí) 驗(yàn)七 攝像機(jī)原理實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 理解攝像機(jī)的工作原理 2． 掌握視頻信號(hào)的構(gòu)成 3． 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的疊加圖形 二、電視攝像原理 一幅圖像，根據(jù)人眼對(duì)細(xì)節(jié)分辨力有限的視覺特性，總可以看成是由許多小單元組成。 電視系統(tǒng)中， 把構(gòu)成一幅圖像的各象素傳送一遍稱為一個(gè)幀處理， 圖像的每幀由許多象素轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)， 再分別用各個(gè)相應(yīng)信道把這些信號(hào)同時(shí)傳送出去， 接受端接收后又同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 恢復(fù)出原發(fā)射的信號(hào)。因此，一個(gè)完整的電視信號(hào)不但應(yīng)有反映象素亮度的視頻信號(hào)還應(yīng)有保證與攝象管內(nèi)電子束進(jìn)行同步掃描的復(fù)合同步信號(hào)，以及在掃描逆程時(shí)關(guān)閉電子束的復(fù)合消隱信號(hào)！ 根據(jù)人眼的生理特點(diǎn)，在不產(chǎn)生亮度閃爍感和保證有足夠的清晰度的情況下，掃描頻率應(yīng)該在 48Hz 以上， 掃描行數(shù)須在 500 以上，為了使圖象清晰度不下降，又要減小系統(tǒng)的帶寬， 人們又提出了隔行掃描技術(shù)！隔行掃描方式是將一幀（一幅）電視圖象分成兩場(chǎng)進(jìn)行掃描。每一幀圖象經(jīng)過兩場(chǎng)掃描，所有象素即可掃完，電視電子束的掃描軌跡也稱為掃描光柵，如上圖所示。 場(chǎng)掃描鋸齒電流及場(chǎng)偏轉(zhuǎn)軌跡如上 圖 所示 視頻輸出的電壓大小， 反映了一行中對(duì)應(yīng)象素的明暗程度， 視頻信號(hào)具有正負(fù)極性之分，對(duì)于正極性視頻信號(hào)， 象素越亮信號(hào)的幅度 越大， 而對(duì)于負(fù)極性視頻信號(hào)則相反， 象素越亮，信號(hào)的幅度越?。? 電視系統(tǒng)中．掃描正程期間傳送圖像信號(hào)，逆程期間不傳送圖像信號(hào)。 因此需使電視機(jī)在行、場(chǎng)掃描逆程期間電子束截止，以消除行、場(chǎng)逆程回掃線，即實(shí)現(xiàn)消隱。如果收、發(fā)端掃描不同步，則重現(xiàn)的圖像變形或不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)圖像混亂不能正常收看。 從上述說明中， 我們可以看到場(chǎng)同步信號(hào)的寬度遠(yuǎn)比行同步的要寬的多， 同時(shí)要比行周期還要寬， 這對(duì)于接受方獲取同步信號(hào)是很不利的。 這些鋸齒脈沖中也包含有行同步信號(hào)，稱為“開槽脈沖”。 行同步信號(hào)是幅度比較法獲得的，通過限幅電路來獲得同步； 我們看到， 場(chǎng)同步信號(hào)脈寬比行的要大的多， 因此通過對(duì)符合同步信號(hào)進(jìn)行積分后，用比較電路就可以獲得場(chǎng)同步信號(hào)。 本實(shí)驗(yàn)是要在視頻信號(hào)中疊加一個(gè)十字線， 其基本原理如下： 首先提取視頻信號(hào)中行﹑場(chǎng)同步信號(hào)， 然后對(duì)行、 場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 產(chǎn)生一個(gè)與行 場(chǎng)同步信號(hào)有穩(wěn)定關(guān)系的控制信號(hào)， 用這個(gè)控制信號(hào)控制模擬開關(guān)， 模擬開關(guān)的輸出就在 2 路輸入信號(hào) （十字線與視頻信號(hào)） 間的快速切換， 由于人眼視覺的暫留效應(yīng)， 在顯示器屏幕上看起來就是一幅疊加了十字線的圖像！ 下面是電視信號(hào)疊加圖像的原理框圖： 普通攝像頭輸出的是復(fù)合視頻信號(hào)，因而首先必須進(jìn)行分離。 LM1881 視頻信號(hào)同步分離器能夠從幅度為 到 2V 的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)同步 NTSC、 PAL 和 SECA 信號(hào)中提取定時(shí)信號(hào)，包括混合和場(chǎng)的同步 脈沖定時(shí)和奇偶場(chǎng)信息。從該芯片中我們可以得到四種主要的同步信號(hào)： 混合同步信號(hào) （包括場(chǎng)行掃描時(shí)間信息）， 場(chǎng)同步脈沖， 沖激或鉗位脈沖和奇偶輸出。實(shí)際上使用計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)。 疊加圖形 模擬開關(guān)工作原理示意圖： 假設(shè)模擬開關(guān)有二路輸入信號(hào) VideoIn VideoIn 2， 當(dāng)選擇信號(hào) VideoSe 為高電平時(shí)，模擬開關(guān)輸出為 VideoIn 1，當(dāng) VideoSe 為低電平時(shí)，模擬開關(guān)輸出為 VideoIn 2。 （ 2） 用示波器觀察場(chǎng)同步、行同步信號(hào)的波形并畫出這兩個(gè)波形圖。 （ 4） 在實(shí)驗(yàn)儀的面包板上， 用 中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)在監(jiān)視屏幕上任一位置的疊加一橫線或豎線。 二、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解了攝像機(jī)的工作原理和視頻信號(hào) 的組成； 掌握 了視頻信號(hào)中疊加圖像、 文字 的原理和方法， 并在 視頻信號(hào)中疊加了時(shí)間和日期、 十字線 等圖像， 基本 完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 。 （ 2） 掌握 單色儀的定標(biāo)方法及用單色儀測(cè)定濾光片光譜透過濾的方法。 （ 3） 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì) 檢測(cè) 試樣 的光譜透過率 的方法 。 S1 處于 M1 的聚焦面上。這束平行光束經(jīng)閃耀光柵 G 分光后，分成不同波長(zhǎng)的平行光束以不同的衍射角投向球面反射經(jīng) M2。出射狹縫位于球面鏡 M2 的聚焦面上。 圖 1 WDG30 型光柵單色儀原理圖 當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以在狹縫 S2 處得到光譜純度高的不同波長(zhǎng)的單色光束。 使用