彩色线阵CCD实验指导手册Word文件下载.docx
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标号
名称及功能
电源开关
积分时间设置按钮(十位加1)
二值化阈值电平调节按钮(加1)
积分时间设置按钮(个位加1)
二值化阈值电平调节按钮(减1)
驱动频率设置按钮(循环加1)
硬件二值化开关
仪器显示面板
振动装置电机开关
顶盖(可拿下)
计算机并口连接端口
测量端子
积分时间设置按钮(个位减1)
15
测量用接线柱(未显示)
积分时间设置按钮(十位减1)
16
220V电源接入口(未显示)
二、各部分操作基本说明
1、电源开关:
确认将电源连线(插口位于仪器后面)连接至交流220V电源后,拨动此开关,本开关电源指示灯应点亮。
说明电源已经接通,实验仪可以开始工作了。
2、驱动频率设置按钮:
调节驱动频率,显示数字为“0”——“3”循环,“0”表示1MHz驱动频率,“1”表示500KHz,“2”表示250KHz,“3”表示125KHz驱动频率。
3、积分时间设置按钮(共4个):
用于控制本实验仪积分时间,显示“00”——“31”共32档积分时间,通过改变驱动频率,可以扩展积分时间设定范围。
设定的积分时间与当前的驱动频率有关,例如,在“0”档驱动频率下每改变一档积分时间,其积分时间仅改变0.256ms,而在“1”档驱动频率下每改变一档积分时间,其积分时间将改变0.512ms。
4、二值化阈值电平调节按钮(共2个):
用于调节本实验仪阈值电平,每按一次,阈值电平改变0.02V。
仪器显示面板显示为当前的阈值电平电压值。
延时约3秒钟后,自动恢复为显示积分时间和驱动频率。
5、计算机连接端口:
通过随机的电缆将此端口与计算机并口(打印接口)相连接。
6、测试端子:
供示波器测量用,包括CCD所有驱动信号和二值化实验测量信号。
7、顶部盖板:
打开后可以看到内部镜头和光源,调节镜头光圈和对焦(如下图1、2)必须打开顶部盖板。
8、片夹:
本实验仪共提供9个测量片夹,其中6个有“A”——“F”编号,1个三色片夹(RGB三色),1个用于图像扫描片夹以及1个空白片夹。
片夹在打开仪器顶部盖板后插入光源前面的片夹夹具内(如下图3、4),空白片夹用于自行设计实验内容。
图3插入片夹
图4拔出片夹
图1物镜光圈的调整
图2调整焦距
三、实验仪的基本测试
您收到实验仪产品后可按下列步骤进行测试与验收:
1、将实验仪电源线插入实验仪后部电源插座,与实验室220V交流电源连接好。
确认主电源开关断开状态。
将示波器地线与实验仪测量接线柱地线连接好。
2、电源开关,开关指示灯点亮表示电源正常,观察仪器显示面板,接通电源后面板会闪烁表示正在初始化,稳定后显示“000”表示开机正常。
3、示波器观察测量接线柱的下述信号:
F1、F2、SH、CP、RS、SP和FC,对照实验指导手册附录一中TCD2252D波形检测各信号是否正常。
4、波器设定为CH1同步,用CH1表笔测量FC信号,用CH2测量UR信号。
打开仪器顶部盖板,将镜头光圈从闭合调节至最大状态,UR信号应该从最小逐渐升高直至饱和,如果光圈最大仍然没有饱和,请降低驱动频率或延长积分时间,如果不能饱和,请与本公司联系。
UG、UB信号也同样测试。
(饱和状态识别:
UR、UG、UB信号上升到一定程度不再上升,基本是一条水平线,幅度在5V左右。
正常工作时,应该让CCD信号最强部分接近饱和。
)
5、击频率设定按钮,改变驱动频率。
用示波器测量仪器测量接线柱上的SP信号,SP信号的频率应该从1MHz逐档改变至125KHz。
6、点击积分时间设定按钮,改变积分时间,用示波器测量仪器测量接线柱上的FC信号,FC信号周期应该再“0~31”档间逐档延长。
这时观测CCD模拟输出信号(UR、UG、UB)应该是逐渐升高的(饱和以后不再升高)。
7、调节驱动频率至“0”档,用示波器CH1表笔测量FC信号,同步稳定后调节显示至少一个信号周期,用CH2测量UR信号,打开仪器面板,插入测量片夹B,逐步增加积分时间,观察信号变化情况,使信号亮部分提升到4V左右(如果积分时间增加至“31”仍无法达到4V则调节驱动频率至“1”后重复上述调节过程)。
8、调节镜头调焦旋钮,直至信号边缘锐度最高(信号边缘接近垂直状态)。
盖上仪器盖板,适度增加积分时间,使得信号的亮部分高于4V。
9、CH2测量TO测量接线柱,调节阈值按钮,观察其电平是否变化,最后调节至2V左右。
此时测量BO二值化输出接线柱,应观察到二值化TTL信号。
仪器面板显示的电压值是根据电位器调整量的计算值,不是实测值。
与实际电压值有一定的误差,但是不影响测量。
10、按下二值化开关,面板显示测量信号宽度的像素个数,显示结果范围在“100”——“2500”之间并在小范围内变化(不超过20)。
如果面板显示闪烁“8888”表示上述调节不当,应重复7-9步骤调节。
如果上述测试某些步骤无法达到测试要求,请关闭电源并联系我们的技术服务人员。
四、软件及各功能测试
1、确认关闭实验仪主电源,在计算机关机状态下,将数据电缆一端连接至实验仪数据端口,另一端连接至计算机并行接口。
2、打开计算机电源,开机后进入主板BIOS设置窗口(开机自检后按DEL键)。
将计算机并行接口模式设置为EPP模式以及打印端口I/O为“378”。
(大多数主板此设置位于I/O设置菜单下或者系统集成设置菜单下,详情请参考第六项。
3、开机进入Win98或者Win2000操作系统,按照软件光盘中相关步骤安装软件和驱动(需要重新启动计算机)。
调节计算机屏幕分辨率为1024×
768。
4、打开实验仪电源,确认二值化开关处于弹出状态,按照实验指导手册各部分说明逐步测试软件功能。
五、部分问题的解决方法
1、仪器的积分时间和驱动频率设置按钮失灵:
请关闭实验仪主电源后再开启,如果还存在上述问题,请联系我们的技术服务人员。
2、按下二值化开关,显示面板闪烁“8888”:
关闭二值化开关,稍等片刻(约5~10秒)后仪器面板应返回正常显示状态,按照第“三”部分“实验仪基本测试”各步骤调节信号后再次按下该按钮,如果仍然维持上述显示则请致电我们的技术服务人员。
3、运行计算机软件后偶尔死机:
关闭实验仪主电源后再打开,软件应继续正常运行,否则请致电我们的技术服务人员。
六、计算机并口功能设置参考
本实验仪要求计算机主板支持EPP并行接口模式(增强型并行接口),该模式需要在计算机主板BIOS中手工设置,参考设置步骤如下:
1、开机自检后按DEL键进入主板BIOS设置(部分主板进入方法有不同,请参考计算机主板说明书)。
2、并行端口设置通常位于BIOS设置的IntergradedPeripherals菜单或者I/OSetup菜单下,如果您不能确认,请查询主板说明书或者致电咨询。
3、将OnboardParallelPort设置为378/IRQ7,OnboardParallelMode设置为EPP,某些主板显示为Enhanced或者其它,另外一些主板EPP模式有1.7和1.9供选择,任选其一即可。
4、完成后保存退出。
七、调整注意事项
打开实验仪顶盖,右侧是光源和测量片夹支架,左侧是CCD和光学镜头。
左侧的固定架顶端有两个铜制的旋钮,镜头一侧的用于固定镜头接圈,实验仪出厂时已经调整好并已紧固。
请勿动。
另一个用于固定CCD,在做振动实验时,需要调整CCD方向,方法是先旋松该旋钮,转动CCD固定环90°
,使CCD方向垂直(铜旋钮对准红色标志点),然后再旋紧该旋钮。
做其他实验时,CCD方向水平(铜旋钮对准银色标志点)。
调整方法是反向旋转90°
。
注意调整时旋钮松动即可,不可旋出。
设备初始化
目的
从第四个实验“线阵CCD的A/D数据采集”开始,所有实验都将结合实验软件进行CCD的应用实验。
为使实验结果更加准确,在进行实验之前,需要对实验仪进行调整,包括饱和度调整、焦距调整(目的是提高信号清晰度,使结果测量更加准确),然后测定光学系统的放大倍率,并将其保存在系统中。
在其后的实验中,都将调用初始化时确定的放大倍率。
程序界面(如图1)
图2采集程序的坐标界面
图1采集程序主界面
操作
实验设备初始化的顺序为:
“确定饱和值”“计算后端放大倍率”“计算前端放大倍率”“保存参数”。
确定饱和值
1)打开实验仪电源开关,将镜头对准空的片夹夹具。
2)调节实验仪积分时间,驱动频率均为“0”,拿去实验仪测量范围内的所有被测物。
3)在程序界面中选择“开始”按钮(图3)。
图5进行下一步操作
图4输出饱和提示
图3采集“开始”
4)逐步增大镜头光圈(如果光圈至最大仍不饱和可增加积分时间),使之达到饱和状态后停调节。
此时软件界面上“数据显示”栏中的“饱和状态”下显示信号达到饱和状态(如图4)。
5)点击“下一步”按钮(如图5)。
计算后端放大倍率
1)打开实验仪顶盖在后端片夹夹具中放置初始化调节专用片夹F。
2)片夹的正确放置方法:
从镜头方向看过去,片夹的标号(如此实验用的F片夹)在左上角。
3)调节镜头光圈和积分时间按钮,使波形最高点在红线和蓝线范围内(如图6)。
同时观察右下角的饱和度状态(如图7)。
保证信号最高点在最接近饱和而不饱和的状态。
具体方法可以先缩小镜头光圈,然后用降低积分时间的方法微调。
调整镜头的焦距,使输出信号曲线的边沿尽量垂直(如图6),同时观察右下角垂直度指示(如图8),当垂直度达到最大值时停止调节(垂直度就是曲线竖边与坐标X轴所成锐角角度与90度的比值)。
调节镜头焦距如果没有满意结果时可以松开镜头上边的黄色螺钉,调整镜头与被测物间距。
调整的规则为先调节焦距适中,然后旋紧或旋松镜头,当曲线边沿最接近垂直时停止并旋紧黄色螺钉,再调节镜头焦距,使曲线边沿垂直。
设备出厂时,镜头位置已调整到最佳,如非必要,请勿做此调节。
图9光学放大倍率输入界面
图8信号垂直度界面
图7饱和度界面
图6波形显示界面
4)观察输出信号,保证信号清晰且未饱和后点击“计算放大倍率”按钮(如图9),并最终计算出后端放大倍率值。
5)点击“下一步”按钮,在弹出的提示框中选择“确定”(如图10)。
图11保存设置参数
图10确定界面
计算前端放大倍率(主要为振动及扫描实验提供参数)
1)打开实验仪顶盖在前端片夹夹具中放置初始化调节专用片夹F(关闭实验仪振动开关)。
2)仿照计算后端放大倍率的3-5步,确定前端放大倍率。
保存参数
点击“保存参数”按钮,在弹出的提示框中选择“确定”(如图9)。
关闭设备初始化程序。
初始化的意义
通过对设备的初始化来测量系统的放大倍率,确定系统的饱和值。
系统的放大倍率是在其他测量实验中所必须用到的重要的参数,有了它才能计算出被测物的实际尺寸。
同样确定系统的饱和值也是为其他试验做准备,它可以在测量时提示信号是否饱和,从而提高测量精度和达到较好的实验效果。
软件使用说明
本手册从第四章开始将结合实验软件进行CCD的功能演示实验。
各实验软件界面大致相同。
本节就对实验软件的各菜单、按钮功能做一综述。
图1采集主程序界面
程序菜单各选项与下面的快捷图标一一对应。
分别为打开文件、保存、数据采集方式、数据显示方式、采集间隔、版本信息键。
软件界面的下方一般有阈值调节框、测量条件框、测量进度框、以及放大倍率框计算框。
分别完成对应功能。
在最下方的状态指示条上有软件状态指示(图中为“就绪”)、信号饱和状态指示、信号垂直度指示。
参照这些状态指示,完成实验中镜头的调节工作。
软件功能介绍
文件(如图2图3)
打开:
打开数据文件。
保存:
以当前的文件名,将当前的数据按固定格式进行保存。
图3保存设置
数据采集
“数据采集”包括“单次采集”、“连续采集”和“多次平均测量”三种方式(如图4、图5)。
图4单次采集与连续采集设置
图5采集行数设置
1、单次采集
1)每按一次“单次”按钮只执行一次数据采集。
2)在“数据采集”菜单中,选择“单次采集”一项;
或直接从工具条上选择“单次”的按钮。
2、连续采集
1)按下“连续”进行连续采集,在此期间,程序的其它功能将被屏蔽,直到按下“停止”按钮。
2)在“数据采集”菜单中,选择“连续采集”一项;
或直接从工具条上选择“连续”按钮。
3、多次平均测量
1)先设置采集次数,然后按下“平均”按钮。
界面下部的进度条将显示采集进度(如图6)。
按下停止按钮可以终止采集,否则一直完成采集次数后自动停止。
2)在工具条上选择“平均”按钮。
图6多次采集取平均值
设置
“设置”包括“数据显示方式”和“连续采集间隔”。
1、“数据显示方式”
包括“收缩图形方式”、“展开图形方式”和“数据列表方式”(如图7、图8)。
图8采集数据列表显示
图7数据展开方式选择
1)收缩图形方式
以曲线图的形式显示所采集到的数据。
图形按一定比例收缩后,使之可以显示在一个屏幕内(如图9)。
图9波形图的收缩图形方式显示
图10波形图的展开图方式显示
2)展开图方式
图形不按任何比例收缩,逐点显示,所以不能全部显示在一个屏幕内,需滚动曲线图下方的滚动轴察看被遮挡的部分(如图10)。
3)数据列表方式
以数据列表的形式显示所采集到的数据。
由于数据不能全部显示在一个屏幕内,所以需要滚动数据列表右侧的滚动轴察看被遮挡的部分(如图11)。
图11数据显示方式
2、选择“连续采集”中每两次采集间的时间间隔。
在“设置”菜单中,选择“连续采集间隔”下的某一项;
或直接从工具条上选择某个的图标(如图12、图13)。
图13连续采集间隔设置
图12连续采集间隔设置
帮助
“帮助”选项可以查看版本信息。
在“帮助”菜单中,选择“关于”一项;
或直接从工具条上选择“关于”的图标。
(如图14、图15)
图15“关于”选择
图14“帮助”菜单
实验规则及注意事项
为了确保线阵CCD应用技术实验的顺利进行,保障人身安全,避免设备损坏,并且达到实验目的,要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项,在指导教师的指导下有秩序、按步骤的进行。
1、在实验之前,实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容,并阅读必要的参考资料。
明确实验目的,了解实验内容的详细步骤,达到要求后方能进行实验。
2、实验进行过程中,必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验,不得自行随意进行,否则可能会损坏实验仪,造成严重后果。
3、要爱护实验仪器和示波器、计算机等实验设备,不允许将其它不相关的仪器在未经许可的情况下与实验仪进行连接。
4、所有与本实验仪相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机并行接口数据连接线等必须在断电的情况下连接良好,严禁带电插拔所有线缆。
5、实验时应集中精力,认真实验;
遇到问题时,应找指导教师解决;
不许自作主张。
6、所有实验设备应当在确定所有地线良好连接后方可开机上电。
7、一旦发生意外事故或者实验出现异常现象时,应当立即切断实验设备电源,并如实向指导教师汇报情况。
故障排除之后方可继续实验。
8、使用彩色线阵CCD多功能实验仪之前,应仔细阅读本手册的“设备初始化”和“软件使用说明”。
所有需要利用测量片夹的实验,安放测量片夹时应注意安放方向和位置:
从CCD方向观看,测量片夹上的字母应正向向上;
做“利用彩色线阵CCD进行振动测量实验”和“利用彩色线阵CCD进行图像扫描实验”实验时,测量片夹应安放在远离光源的片夹夹具,其它实验,应安放在靠近光源的片夹夹具上。
空白片夹用于自行设计实验内容。
实验一线阵CCD原理及驱动
一、实验目的
1、掌握本实验仪的基本操作和功能。
2、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。
3、线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测,掌握二相线阵CCD的基本工作原理,尤其是复位脉冲CCD输出电路中的的作用;
转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系,掌握电荷转移的过程。
二、实验前准备内容
1、学习线阵CCD的基本工作原理(参考有关教材),阅读双踪迹示波器的使用说明书。
2、学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理(参考附录)。
3、掌握双踪迹示波器的基本操作。
4、根据线阵CCD的基本工作原理,观测转移脉冲SH与F1(CR1)、F2(CR2)的相位关系,理解线阵CCD的并行转移过程。
观测F1与F2及F1与CP、SP、RS间的相位关系,理解线阵CCD的串行传输过程和复位脉冲RS的作用。
5、测量驱动频率的不同调整档下的F1与F2、F1、RS的周期与频率以及CCD行(FC)周期为以下实验做准备。
三、实验所需仪器设备
1、双踪迹同步示波器(带宽50MHz以上)一台。
2、彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD-IV一台。
四、实验内容及步骤
1.实验预备
(1)首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好,并确认示波器和实验仪的电源插头均插入交流220V插座上。
(2)打开示波器电源。
(3)打开YHLCCD-IV的电源开关,观察仪器面板显示窗口,数字闪烁表示仪器初始化,闪烁结束后显示为“000”字样,前两位表示积分时间档次值,共分为32档,显示数值范围由“00”~“31”,数值越大表示积分时间越长。
末位表示CCD的驱动频率,分4档,显示数值范围“0”~“3”,数值越大表示驱动频率越低。
2.驱动脉冲相位的测量
(1)将示波器CH1和CH2扫描线调整至适当位置,同步设置为CH1。
对照“附录”中TCD2252D的驱动波形进行下面的实验。
(2)用CH1探头测量转移脉冲SH,仔细调节使之稳定(同步),使SH脉冲宽度适当以便于观察。
(将示波器的扫描频率调至2s档左右,便于观察对照)用CH2探头分别观测驱动脉冲F1与F2,这就是SH与F1、F2的相位关系。
(3)用CH1探头测量F1信号,CH2探头分别测量F2、RS、CP、SP信号,这就是F1与F2、RS、CP、SP信号之间的相位关系。
(4)用CH1探头测量CP信号,CH2探头分别测量RS、SP,这就是CP与RS、SP信号之间的相位关系。
(5)将以上所测的相位关系与“附录”所示TCD2252D的驱动波形相对照。
3.驱动频率和积分时间测量
(1)用示波器分别测量4档驱动频率下F1、F2、RS信号的周期,并计算信号频率填入表1-1。
表1-1驱动频率与周期
驱动频率
项目
F1
F2
RS
0档
周期(μs)
频率(KHz)
1档
2档
3档
(2)将实验仪的频率设置恢复为“0”档,同时确认积分时间设置为“00”档。
用CH1做观测FC信号的同步(示波器扫描频率调至2ms左右,便于观察),用CH2测量SH信号,观察两者的周期是否相同,记录FC信号周期。
通过实验仪面板上的积分时间和驱动频率的调整按钮进行调节,并将不同驱动频率档和积分时间档次下的FC周期填入下表1-2中。
表1-2只列出16档,其余档次可以自行添加测量。
表1-2积分时间的测量
驱动频率0档
驱动频率1档
驱动频率2档
驱动频率3档
积分时间(档)
FC周期(ms)
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
13
4.CCD输出信号的测量
(1)将实验仪积分时间设置恢复为“00”档,驱动频率设置在“0”档。
(2)用示波器CH1探头测量FC信号,调节示波器显示至少2个FC周期;
CH2探头测量实验仪的UG输出端子,打开实验仪顶部盖板,调节镜头光圈。
观察UG输出是否有变化,如没有任何变化,请通知实验指导教师调整。
(3)步缩小镜头光圈,观测UG的波形变化,当UG的输出在小于3V时停止调整镜头光圈,盖上仪器盖板。
(4)保持CH1探头不变,增加积分时间,用CH2探头分别测量UG、UR和UB信号,观测这三个信号在积分时间改变时的信号变化。
(5)调节示波器扫描速度,展开SH信号,观测SH波形和CCD输出波形之间的相位关系。
(6)重复上述步骤观测FC波形和CCD输出波形之间的相位关系。
(7)打开实验仪上盖板,将测量片夹B插入到后端片夹夹具中,适当开大镜头光圈,通过示波器观测CCD输出波形的变化。
5.关机结束
(1)关闭实验仪。
(2)关闭示波器。
(3)关闭电源。
五、实验总结
1、写出实验总结报告,注意说明TCD2252D的基本工作原理。
2、说明RS脉冲
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