光电转速传感器的转速测量实验报告(汇总9篇)

篇1：全站仪精密角度测量实验报告范文_实验报告_网

全站仪精密角度测量实验报告范文

一、实验题目 全站仪测量综合实验

二、实验目的

1. 熟悉全站仪的基本操作。 2. 熟悉全站仪的基本测量功能。

3. 熟悉并掌握用全站仪进行施工点位放样。

三、实验基本原理

全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。 全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。

1.电子测距原理：

电子测距的基本原理是利用电磁波在空气中传播的速度为已知这一特性，测定电磁波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。脉冲法基本测距原理如下图示：

2.电子测角原理：

即角度测量的数字化，也就是自动数字显示角度测量结果，其实质是用一套角码转换系统来代替传统的光学读数系统。增量式光栅度盘测角原理如图示：

由于光栅之间的夹角是已知，计数器所计的电流周期数经过处理就刻有显示处角度值。

四、实验基本步骤

1、坐标测量

（1）首先对中整平，过后开机；

（2）设置测站，输入测站点坐标；

（3）设置后视点方位角（后视方位角可通过输入测站点和后视点坐标后，照准后视点进行设置）；

（4）精确照准目标棱镜中心后，在坐标测量菜单屏幕下点击测量，测量完成后，显示出目标点的坐标值以及到目标点的距离、垂直角和水平角。

2、面积测量

（1）进入标准测量；

（2）点击程序→坐标解析→面积计算；

（3）标记所需计算点；

（4）点击计算即可得出所选点的连线封闭而成的图形的面积。

3、放样

（1）首先对中整平，过后开机；

（2）点击进入测量操作界面；

（3）进入标准测量，点击程序→放样→设置；

（4）设置测站点坐标和后视角（方法同坐标测量）

（5）设置好后，进入点放样后在弹出的对话框中输入放样点名和坐标信息，点击放样进入放样观测屏幕；

（6）转动仪器照准部至所显示的角度值为0°，在望远镜照准方向上安置棱镜并照准，点击测量；

（7）按照全站仪所测点与实际位置之间的距离指引棱镜调整位子，直至在误差允许范围内定点。

五、原始记录

以下为坐标测量的15个导线点坐标：

以下为面积计算点坐标：

六、实验总结

本次全站仪测量综合实验为期两天，实验内容为坐标测量、面积测量、点放样。全站仪是一种光机电算一体化的高新技术测量仪，测距部分有发射，接受与瞄准组成共轴系统，测角部分由电子测角系统完成，是一种具有高精度，高效率，各种测量功能的外业数据采集设备，大大减轻外业人员的劳动强度。作为在实际施工中最常见、最基本的测量仪器，了解其基本功能，熟练掌握其基本操作，将对今后的工作产生积极影响。

全站仪操作注意事项：

1、测量前应检查仪器箱背带及提手是否牢固。

2、开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位置，装卸仪器时，必须握住提手，将仪器从仪器箱取出或装入仪器箱时，请握住仪器提手和底座，不可握住显示单元的下部。切不可拿仪器的镜筒，否则会影响内部固定部件，从而降低仪器的精度。应握住仪器的基座部分，或双手握住望远镜支架的下部。仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。装箱时各部位要放置妥帖，合上箱盖时应无障碍。

3、在太阳光照射下观测仪器，应给仪器打伞，并带上遮阳罩，以免影响观测精度。在杂乱环境下测量，仪器要有专人守护。当仪器架设在光滑的表面时，要用细绳（或细铅丝）将三脚架三个脚联起来，以防滑倒。

4、当测站之间距离较远，搬站时应将仪器卸下，装箱后背着走。行走前要检查仪器箱是否锁好，检查安全带是否系好。当测站之间距离较近，搬站时可将仪器连同三脚架一起靠在肩上，但仪器要尽量保持直立放置。

5、搬站之前，应检查仪器与脚架的连接是否牢固，搬运时，应把制动螺旋略微关住，使仪器在搬站过程中不致晃动。

实验感想：

为期四天的综合实验结束了，在这四天里我们主要做了全站仪综合实验，回弹综合实验和钢筋位置及楼板检测实验。在全站仪的综合试验中我们学习了坐标测量，面积测量以及放样，在回弹综合实验中我们主要学习了用回弹法测量混凝土强度，在钢筋位置及楼板检测实验中我们主要学习了用钢筋仪检测板、柱钢筋位置及保护层厚度的检测。虽然只有四天的综合实验，但是我感觉自己收获了不少知识。在暑假认知实习的时候自己也接触到了全站仪，但是没有自己操作过，这次实验自己学会用全站仪。这次的综合实验都是在施工现场最常用了，做好，学好这些实验对我们工程管理专业的学生来讲非常重要，因为只有掌握好技术才能进行好管理。这次的实验自己也是用心学习了，虽然只做了三天，可是收益匪浅，在老师和组长的带领下，我们组员一起学习，研究，最终将实验进行好。记忆最深的是我们那天早上用全站仪放样，整整一个上午，然后用钉子打好桩，我们总共放了十二个点，等待着老师下午的验收。可是下午去的时候，只看到操场的跑道上躺着一堆堆的钉子，后来老师说不检查了，其实我们挺失落的，但是我们真的学到了知识，这比什么都重要！通过实验，使我们对理论知识有了更深的认识，也锻炼了我们的操作能力。

通过本次综合性的试验，我了解到综合实验的应用，特别是在两天的全站仪测量试验，刚开始拿到仪器时还手忙脚乱不知所措。但经过坐标测量、面积测量、点放样，我基本了解一些：全站仪是一种光机电算一体化的高新技术测量仪，测距部分有发射，接受与瞄准组成共轴系统，测角部分由电子测角系统完成，是一种具有高精度，高效率，各种测量功能的外业数据采集设备，大大减轻外业人员的劳动强度。作为在实际施工中最常见、最基本的测量仪器，了解其基本功能，熟练掌握其基本操作，将对今后的工作产生积极影响。

通过本次试验，我了解到钢筋保护层厚度，钢筋位置和钢筋直径的检测方法，认识到钢筋仪工作的基本原理和使用方法。钢筋仪的基本操作方法较为简单，在检测过程中使用方便，操作简洁。由于本次试验为提供检测构件的相关施工图纸，故无法对检测结果进行综合性分析，也无法对被检测构件的钢筋保护层厚度等各项指标进行检测。但通过实际操作和后期试验总结，对工程检测过程有了感性的认识。

篇2：压电式传感器测振动实验报告_实验报告_网

压电式传感器测振动实验报告

篇一：压电式传感器实验报告

一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。

四、 实验步骤：

1、压电传感器装在振动台面上。

2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端

Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。

3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。

4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。

光纤式传感器测量振动实验

一、实训目的： 了解光纤传感器动态位移性能。

二、实训仪器： 光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机 软件） 。

三、相关原理： 利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。

四、实训内容与操作步骤

1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平 台中间孔。

2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。

3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。

4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。

5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。

篇二：实验六压电式传感器测振动实验

一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双线示波器。

四、实验步骤：

1、压电传感器已装在振动台面上。

2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的低频输入源插孔。

压电式传感器性能实验接线图

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图7-1，屏蔽线接地。将压电传感器实验模板电路输出端V01（如增益不够大则V01接入IC2, V02接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端VI，低通滤波器输出V0与示波器相连。

4、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋扭使振动台振动，观察示波器波形。

5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。

篇三：实验二 压电式传感器测量振动

一、实验目的

（1）了解压电式传感器原理和测量振动的方法。

（2）了解虚拟仪器的组成和使用。

二、基本原理

压电式传感器是一种典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛应用。

压电加速度传感器测量振动的实验原理如图1所示。其中，电荷放大器原理如图2所示。

图1 压电加速度传感器测量振动原理图

图2 电荷放大器原理图

三、需用器件与单元

主机箱±15V直流稳压电源、低频振荡器；压电传感器、压电传感器实验模板、移相/相敏检波器/滤波器模拟板；振动源、双踪示波器。

四、实验步骤

1、按图3所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。

图3 压电传感器测量振动安装、接线示意图

2、将主机箱上的低频振荡器幅值旋钮逆时针转到底（低频输出幅值为零），调节低频振荡器的频率在6～8Hz左右。检查接线无误后合上主机箱电源开关。再调节低频振荡器的幅值使振动台明显振动（如振动不明显可调频率）。注意：振动源振动幅度合适即可，不可让其振幅过大，以免损坏设备。

3、用示波器的两个通道（正确选择双踪示波器的“触发”方式，TIME/DIV在50mS～20mS范围内选择，VOLTS/DIV在0.5～50mV范围内选择）同时观察低通滤波器输入端和输出端波形，在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。

4、改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形变化。记录几组波形曲线。

5、将低通滤波器输入端和输出端的信号分别接到数据采集卡的A、B两个端口。运行虚拟仪器软件。用虚拟示波器替代示波器，改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形的变化。（虚拟仪器软件的使用，课堂上详细讲解。）

6.改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），利用实验软件，记录几组波形曲线。（该软件的使用，课堂上详细讲解。）

五、思考题

（1）低频振荡器的作用是什么？

（2）实验中压电传感器的测量电路采样电压放大器还是电荷放大器？

（3）分析所记录波形曲线。（例如：波形的频率或幅值发生什么变化，这样的变化可能是什么原因造成的？或者从中可得出什么推论或结论，等等。）

篇3：焦距测量实验报告_实验报告_网

焦距测量实验报告

福建师范大学

大学物理实验报告

专业姓名 学号（题目） 薄透镜焦距的测量

一.预习部分

〔目的〕：

〔仪器〕：(型号、名称、重要参数)

〔原理〕：（文字叙述（自己要归纳、整理）、原理图、主要公式）

二 . 数据表格（本实验测量次数为1次，实验中完成）

1.物距像距法测凸透镜的焦距（单位： ）

4.辅助透镜成像法测定薄凹透镜的焦距（单位： ）

（实验课后完成）

三. 数据处理

1. 根据高斯公式求出薄凸透镜的焦距，导出高斯公式的误差传递公式，计算实验结果的不确定度。（参照计算示例）

2.其余三种方法只需计算得到各透镜的焦距，与真实值作比较，计算百分误差。

四.习题

1、分析上述3种测量凸透镜的方法，比较优劣。

2、画出凹透镜焦距测量时的自准直方法光路图，写出测量过程与公式。

教师（签字）

年月

篇4：心电图测量的实验报告_实验报告_网

心电图测量的实验报告

【实验目的】

1、了解心电测量的原理，并学习用生理信号计算机采集系统记录人体心电图。

2、学习正常心电图中各波的命名与波形，了解其生理意义。

3、学习利用心电图计量心率，P-R间期、Q-T间期等各项数值。

【实验器械】

RM6240生理信号计算机采集处理系统、数据输入连接线、电极夹、30%酒精、95%酒精、酒精棉球。

【实验步骤】

1、将连接线连好，打开计算机采集系统，选择“心电实验”。确保及其妥善接地。

2、受试者摘下眼镜、手表等金属物品及微型电器，在安放电极夹的部位用95%酒精棉球洗脱去油脂，再用30%酒精擦湿以方便导电。按照标准导联方式（左手接正极，右手接负极，右脚接地，这是标准导联方式之一）接好电极。电极夹安放在肌肉较少的部分，手部在腕关节屈侧上方3-5cm处，足部在小队下端内踝上方约3-5cm处。

3、调节基线位置、描记速度、信号增益及方向，使心电通道窗口中的波形易于观察。

4、开始观察并记录心电图，截取波形稳定的几个连续周期，保存文件，标明受试者姓名及实验时间。

篇5：接地电阻测量实验报告范文_实验报告_网

接地电阻测量实验报告范文

为了了解接地装置的接地电阻值是否合格、保证安全运行，同时根据配电设备维护规程的有关规定，我部于20xx年3月1日上午8:00  对乐民原料部弓角田煤矿各变配电点的接地及其各变压器对地绝缘情况进行测量试验。试验过程及试验结果分析报告如下：

一、试验前的准备：

1、制订试验方案：

前期，我们组织机电队人员一起到现场查看接地装置，查找接地极的适合试验的位置，制订、讨论、修改试验方案，提出试验中的注意事项。

2、试验方法：

接地电阻表本身备有三根测量用的软导线，可接在E、P、C三个接线端子上。接在E端子上的导线连接到被测的接地体上，P端子为电压极，C端子为电流极（P、C都称为辅助接地极），根据具体情况，我们准备采用两种方式测量：（1）、将辅助接地极用直线式或三角线式，分别插入远离接地体的土壤中；（2）、用大于25cm×25cm的铁板作为辅助电极平铺在水泥地面上，然后在铁板下面倒些水，铁板的布放位置与辅助接地极的要求相同。两种方法我们都采取接地体和连接设备不

断开的方式测量，接地电阻电阻表将倍率开关转换到需要的量程上，用手摇发电机手柄，以每分钟120转/分以上的速度转时，使电阻表上的仪表指针趋于平衡，读取刻盘上的数值乘以倍率即为实测的接地电阻值。

3、试验工具：

我们准备好ZC29B-2型接地电阻测试仪、ZC110D-10（0~2500MΩ）型摇表、万用表、铜塑软导线（BVR 1.5mm2）、测电笔、接地极棒和接地板等试验用具及棉纱等辅助材料。

二、试验过程：

1、3月1日上午，现场试验人员进行简单碰头，并进行分工：由帅锐进行测量、值班人员蔡富贵和彭余坤配合操作、陈应沫记录、班长方兴华负责监护；

2、8:45试验开始；

3、测量辅助接地极间及与测量接地体间的距离；

4、采取第一种方法，将接地极棒插入到土壤中并按照图纸接好线；

5、将测量接地体连接处与连接端子牢靠连接；

6、将导线与接地电阻表接好；

7、校正接地电阻表；

8、测量并记录数据；（试验数据见附表）

9、采取第二种方法，测量并记录数据；

10、整个试验过程结束。

恒鼎实业弓角田煤矿春季预防性试验设备外壳接地测试记录

恒鼎实业弓角田煤矿春季预防性试验变压器绝缘测试记录

使用仪器： ZC29B-2型接地电阻测试仪

测量数据表：

测量数据单位（MΩ）

篇6：关于密度的测量实验报告_实验报告_网

关于密度的测量实验报告

测量固体的密度

1、实验名称：测量小石块的密度

2、实验器材：天平（砝码）、量筒、烧杯和适量的水、细线。 3、 实验步骤：①用天平测出的质量记作m ②在量筒中放入  的水记作V1

③用细线拴住小石块块将其浸没于量筒中的水中，水的体积记作V2  4、实验记录表格：

教师演示小石块密度测量方法： 1、先把天平调节平衡测出小石块的质量 2、用量筒测出小石块的体积

3、把数据填入表中根据密度公式测出小石块的密度。

学生：练习测量小石块的密度，并完成上述实验报告。

测量液体的密度

1、实验名称：测量盐水的密度

2、实验器材：天平（砝码）、烧杯和适量盐水、量筒 3、实验步骤：①用天平测出 的质量记作m1 ②将烧杯中的液体倒入量筒中一部分，体积记作V ③用天平测出 的质量记作m2 4、实验记录表格：

教师演示盐水密度测量方法

1、先用天平测出盐水和烧杯的总质量m1  2、把烧杯中的水倒入量筒中一部分，体积记作V 3、测出烧杯和剩余盐水的总质量m2 ， 4、用密度公式计算出盐水的密度。

学生：练习测量盐水的密度，并完成上述实验报告。 教师巡视学生回答问题

篇7：测量小灯泡的电功率实验报告_实验报告_网

测量小灯泡的电功率实验报告

【提出问题】

(1)在前面做过了“测量小灯泡的电阻”的实验，参考它的思路，怎样测量小灯泡的电功率?

(2)如果给你额定电压分别为2.5V和3.8V的小灯泡各一只，你能测出它们的电功率吗?

(3)小灯泡上面如果标有额定功率，所标额定功率与通过P=UI测量出来的电功率在什么情况下它们是一致的，在什么情况下它们又是不一致的?

【设计实验】

1、实验原理：P=UI

2、实验设计的思路：由实验原理可知，要测量小灯泡的电功率，只需用电压表与灯泡并联测出它工作时的电压U，用电流表与灯泡串联测出它工作时的电流I，即可通过公式P=UI计算出功率值。因为实验中要多次测量灯泡的功率，根据串联分压的原理，还要用一个变阻器与灯泡串联，来改变小灯泡两端的电压，同时也改变了通过灯泡的电流，从而达到改变小灯泡功率的目的。

3、实验电路如图所示：

所需器材：电源、滑动变阻器、开关、小灯泡、导线、电流表、电压表

【进行实验】

1、如图连接电路，闭合开关前将变阻器值调到最大。(在额定电压分别为2.5V和3.8V的情况下，注意选择电流表和电压表的量程)

2、检查无误后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，观察电压表的数值，使小灯泡两端的电压等于它的额定电压时，记录此时电流表的示数。

3、移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压等于它的额定电压的1.2倍时，记录此时电压表和电流表的示数，并观察小灯泡发光情况与第一次有何不同。

4、移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压小于它的额定电压时，记录此时电压表和电流表的示数，并观察小灯泡发光情况与前两次有何不同。

5、整理实验器材，填写实验报告。

6、实验记录表格如下：

物理量

灯泡规格小灯泡两端电压U/V通过灯丝的电流I/A小灯泡的电功率P/W灯泡发光情况

2.5V

3.8V

电压(V)电流(A)电功率(W)灯泡发光情况

U=U额

U>U额

U

【分析和论证】

1、怎样通过测量的数据计算灯泡的功率?

2、小灯泡的额定功率是多少?当灯泡两端的电压比额定电压高和比额定电压低时，它的实际功率各是多少?小灯泡的亮度又如何变化?

【评估与交流】

1、反思实验中最可能出现错误的是哪几个环节?在哪些方面容易出现较大的误差?

2、在实验的设计、操作和分析过程中，你发现了哪些新的问题?

3、小组间进行交流，互相找出不完善的甚至错误的地方，对于发现的新问题，大家讨论可能的解决方法。

篇8：《测量小灯泡伏安特性曲线》实验报告

一、实验目的

1、学习测量非线性元件的伏安特性，掌握测量方法、基本电路；

2、描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律；

3、验证公式UKI的正确性，并计算出K和n的值；

4、学会对非线性关系的线性化处理。

5、掌握用变量代换法把曲线改直线进行线性最小二乘法进行曲线拟合。

6、掌握建立经验公式的基本方法。

二、实验器材

学生电源（6～10V直流），小灯泡（“6。3V 0。15A”），电流表（内阻较小），电压表（内阻很大），滑动变阻器，开关和导线。

三、实验原理

（1）测量伏安特性曲线

电学元件的电流和电压之间关系曲线称为伏安特性曲线，不同电学元件的伏安特性曲线不同。电阻的伏安特性曲线――线性，小灯泡的伏安特性曲线――非线性，二极管（正向和反向）的伏安特性曲线――非线性。

I UR I1R

根据部分电路欧姆定律，可得U，即在U~I坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。但由于小灯泡的电阻会随温度的改变而变化，小n灯泡在一定电流范围内其电压与电流的关系为UKI，K和n是灯泡的有关系数。

表示非线性元件的电阻有两种方法，一种叫静态电阻（或叫直流电阻），用RD表示；另一种叫动态电阻（或叫微变电阻），用rD表示，它等于工作点附近的电压改变量与电流改变量之比。动态电阻可以通过伏安曲线求出，如图1所示，图中Q点的静态电阻rD dUdI RDUQIQ，动态电阻rD为n1 dkIdxnknI。 IQ

图1Rg

篇9：光电定向实验报告_实验报告_网

光电定向实验报告

摘要:采用四象限探测器作为光电定向实验，学习四象限探测器的工作原理和特性，同时掌握四象限探测器定向的工作方法。实验中，四象限探测器的四个限区验证了具有完全一样的光学特性，同时四象限的定向具有较良好的线性关系。

关键词:光电 定向 四象限探测器

1、引言

随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］. 本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。

本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。通过实验，可以掌握四象限光电探测器原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。并利用实验仪进行设计性实验等内容，将光学定向应用到各领域中[2]。

2、实验原理

2.1、系统介绍

光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电

制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。该系统主要由发射部分，光电探测器，信号处理电路，A/D转换和单片机，最后通过计算机显示输出。该系统结构框图如图1：

图1 系统结构框图

2.1.1激光器发射部分

光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括LED、LD等）、光功率自动控制电路（APC）等部分组成。用NE555组成的脉冲发生电路来驱动650nm的激光器。

2.1.2接收部分

接收部分主要由四象限探测器组成。四象限光电探测器是一种常用的精跟踪探测器，其基本原理是光电效应，利用半导体材料吸收光子能量引起的电子跃迁，将光信号转换为电信号.通常是利用集成光路光刻技术将完整的PN结光电二极管的光敏面分割成几个具有相同形状和面积、位置对称的区域，每个区域可以看作1个独立的光电探测器，其背面仍为一整片.理想情况下每个区域都具有完全相同的性能参量.象探测器光敏面形状有圆形和矩形.如图2所示[3].

（a）圆形光敏面QPD （b）矩形光敏面QPD

图2 四象限探测器实物图

如图3（a）所示，四象限光电探测器光敏面有4部分A，B，C，D.假设入射光斑为圆形且能量分布均匀，如图3

（b）所示，照射在光敏面上的光斑

被4个象限分成4个部分，4个象限的光斑面积分别为SA，SB，SC和SD.此时，由于光生伏特效应，在4个象限中产生与光信号对应的电信号，其对应电流大小分别为IA，IB，IC和ID.如图2（c）所示，当光斑中心在四象限光电

探测器上的位置改变时，光敏面各象限上的光斑面积也会改变，从而引起四象限探测器各象限输出电流强度的变化，通过一定的信号处理方法可以得到光斑能量中心位置相关信息.如图4所示.

图3 四象限探测器工作示意图

图4四象限探测器工作光路

根据输出电流强度可以计算出光斑能量中心位置.用σx和σy分别表示x和y

轴上根据四象限光电探测器输出信号经过一定的算法处理后的归一化偏移量，σx和σy与光斑能量中心实际偏移量的对应关系利用加减算法得［6－7］

x0KxK(SASB)(SBSD) SASBSCSD

(SASB)(SBSD) SASBSCSDy0KyK

式中K 为比例常数，光斑能量中心偏移量σx和σy仅与光斑在探测器上的面积有关，只要得到了各象限面积之间的比例关系，即可得到光斑能量中心位置的坐标.光斑在探测器上移动如图3（d）所示

2.2单脉冲定向原理

利用单脉冲光信号确定目标方向的原理有以下四种：和差式、对差式、

和差

比幅式和对数相减式。

2.2.1 和差式

这种定向方式是参考单脉冲雷达原理提出来的。

在图5中，四象限探测器与直角坐标系坐标轴x,y重合，目标（近似圆形的光斑）成像在四象限探测器上。当目标圆形光斑中心与探测器中心重合时，四个光电二极管接收到相同的光功率，输出相同大小的电流信号，表示目标方位坐标为：x＝0，y＝0.当目标圆形光斑中心偏离探测器中心，如图3，四个光电二极管输出不同大小电流信号，通过对输出电流信号进行处理可以得到光斑中心偏差量x1和y1。若光斑半径为r，光斑中心坐标为x1和y1，为分析方便，认为光斑得到均匀辐射功率，

总功率为P。在各象限探测器上得到扇形光斑面积是光斑总面积的一部分。若设各象限上的光斑总面积占总光斑面积的百分比为A、B、C、D。则由求扇形面积公式可推得如下关系[4]：

当2Xsin1(1) rX14x1时,ABCD1 rr

r即x1(ABCD) 4

r同理可得 y1(ABCD) 4

可见，只要能测出A、B、C、D和r的值就可以求得目标的直角坐标。但是在实际系统中可以测得的量是各象限的功率信号，若光电二极管的材料是均匀的，则各象限的光功率和光斑面积成正比，四个探测器的输出信号也与各象限上的光斑面积成正比。如图6，可得输出偏差信号大小为

Vx1KP(ABCD)

Vy1KP(ABCD)

对应于 x1k(ABCD)

y1k(ABCD)

图6 和差定向原理 式中krKP, K为常数，与系统参数有关。 4

2.2.2 对差式

将图4的坐标系顺时针旋转45o，于是得

x2＝x1cos45o+y1sin45o＝2kAC

y2＝-x1cos45o+y1sin45o＝2kBD

2.2.3 和差比幅式

上述两种情况中输出的坐标信号均与系数k有关。而k又与接收到的目标辐射功率有关。它是随目标距离远近而变化的。这是系统输出电压Vx1、Vy1并不能

够代表目标的真正坐标。采用下式表示的和差比幅运算可以解决这一问题。 x3k(ABCD)(ABCD)k(ABCD)(ABCD)

k(ABCD)(ABCD)k(ABCD)(ABCD)y3

式中不存在k系数。与系统接收到的目标辐射功率的大小无关，所以定向精度很高。

2.2.4 对数相减式

在目标变化很大的情况下，可以采用对数相减式定向方法。坐标信号为

x4＝lgkABlgkCD=lgABlgCD

y4＝lgkADlgkCB=lgADlgCB

可见，坐标信号中也不存在系数k，同样消除了接收到的功率变化影响。 当定向误差很小时，可以得到如下近似关系

x4ABCD