实验报告：光电信号转换测试
一、实验目的
1、了解光电响应现象及光电响应的原理。
2、熟悉利用电化学手段测试光电响应的方法，能熟练的操作电化学工作站进行光电响应的测试。
二、实验内容
通过电化学的方法测试样品的光电相应参数，如记录光电流值，开路电压，计算样品的功率，并根据数据进行作图分析。
三、实验原理
光伏响应原理：
P 型半导体（空穴多）和n 型半导体（电子多）相结合时，在其交界处形成p-n 结，p 区的空穴向n 区扩散，n 区的电子向p 区扩散，引起p 区荷负电，n 区荷正电，在p-n
交界面附近的一个区域（结区，或称耗尽区）内形成一电
图1(a) 太阳光辐照下的硅p-n 结太阳能带, 图1(b)太阳能电池的理想等效
场，称为内建电场，如图1（a）所示。图中左侧为n区，右侧为p区，纵坐
标为电子能量。电子能量越高，电势越低。n区电势比p区电势高，电场方向
由n区指向p区。当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它
们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压，这就是光伏
效应。若在p-n结两端接入外电路，该光生电压就可形成电流。从外电路来看，发生光伏效应的那个p-n结就是一个电源，即光电池，如图1（b）所示。
四、材料与仪器
电化学工所站、太阳能电池。
五、实验步骤
1. 完成电化学工作站的测试电路的连接；
2. 点start开始测试，测量样品的光电响应曲线、暗态和光照下的开路电极电势，并记录所得的光电流以及开路电压，并计算样品的功率。
六、实验数据记录与分析
1. I-V特征曲线：
暗态：
亮态：
2. 由图可知，该太阳能电池的短路电流I sc=7
3.83×10-3 A，开路电压
V oc=570.0×10-3 V
转换因子FF=P max/(I sc×V oc)=36.92×10-3/73.83×10-3×570.0×10-3=87.73% 效率η= P max/P=36.92/59×4=15.64%
3. 光电转化的过程
当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压。
光纤系统光接收部分光电转换原理 光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，其作用是将来自光纤的光信号转换成电信号，恢复光载波所携带的原信号。图4.3.1-8给出了数字光接收机的组成框图。 1.光检测器 光电检测器是光接收机的第一个关键部件，其作用是将由光纤传送来的光信号转换成电信号。光电检测器主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD两种。PIN管使用简单，只需10~20V 的反向偏压，但PIN管没有增益。APD管具有10~200倍的增益，可以提高光接收机的灵敏度，但需要几十伏以上的偏压，增益特性受温度的影响较严重 2、前臵放大器 经光电检测器检测到的微弱的信号电流，流经负载电阻建立起信号电压后，由前臵放大器进行预放大。除光电检测器性能优劣影响光接收机的灵敏度之外，前臵放大器对光接收机的灵敏度有十分重要的影响。为此，前臵放大器必须是低噪声、宽频带的放大器。 3.主放大器 主放大器用来提供高的增益，将前臵放大器的输出信号放大到适合判决电路所需的电平。前臵放大器的输出信号电平一般为mV量级，而主放大器的输出信号电平一般为1~3V。 4、均衡器 光在光纤中传输时，由于将受到色散的影响，信号将发生畸变与展宽，使码元间相互影响，出现误码。均衡器的作用是对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整形，使之成为最有利于判决、码间干扰最小的波形，通常为升余弦波 5、判决再生与定时提取 判决即是用一判决电平与均衡器输出信号进行比较，当在判决时刻输出的电压信号比判决电平高，则判断为“1”码，否则判断为“0”码。这样，可在判决再生电路的输出端得到一个和发送端发出的数字脉冲信号基本是一致由矩形脉冲组成的数字脉冲序列。为了精确地确定“判决时刻”，就需要从信号码流中提取准确的定时信息用来标定，以保证和发送端一致。这个工作由“定时提取”电路来完成。 6、峰值检波器与AGC放大器
二、光电转换原理及电光转换原理 1．光电转换原理 光电转换是靠摄像管来完成的，其结构如图1-4所示： 图1-4 光电导摄像管 ⑴组成 ①电子枪灯丝用来加热阴极 阴极发射电子 栅极控制电子流的大小 （第一阳极）加速极（A1），加有300V电压 （第二阳极）聚焦极（A2）加有0-300V 的电压 网电极与A2 连在一起，在靶前形成均匀减速电场， 从而使电子束在靶面能均匀垂直上靶。 ②光敏靶 光敏靶是由几层不同的半导体材料构成的，其厚度只有10-20μm。 朝向景物的一侧是信号板也叫信号电极，它是喷涂在玻璃上的一层透明 金属导电层，在信号板的另一侧，则蒸镀了一层具有内光电效应的光敏半 导体材料。该材料在光的照射下电导率增加（即电阻减少），被摄景物各部 分亮度不同，靶面上各部分的电导率相应变化，与较亮像素对应的靶单元 电阻较小，而且各靶单元相互绝缘。于是图像上的不同亮度就变成了靶面 上各单元的不同电导率（即电阻）。 ⑵工作过程 当摄像管加上正常的工作电压时，阴极便向外发射电子，并在加速极和 聚焦电场的作用下，形成很细的一束电子流射向靶面，如图1-5 所示。 当电子束射向靶面某点时，便把该点对应的等效电阻R接入信号检，并 与负载电阻RL、电源 E 构成一个回路。如下图，于是回路便有电流产生，即I=E/（RL +R1）） 当对应的像素发生变化时，R 便发生变化，于是I 也发生变化。I 流过 负载RL 时，在RL 两端形成变化的电压VRL，由于这个电压反应了对应像素亮度随时间的变化，因而便为图像信号。 当在偏转磁场的作用下，电子束按照从左到右，从上到下的规律扫描靶 面上各像素点时，便把按平面分布的各个像素的亮度依次转换成按时间顺 序传送的电信号，实现了图像的分解与光电转换。 图1-5 光电转换原理示意图 ⑶图像信号的极性 ①正极性。被摄景物上的像素越亮，对应的信号电平越高，称正极性。 ②负极性。被摄景物上的像素越亮，对应的信号电平越低，称负极性。2．电光转换原理 电光转换是靠显像管来完成的。其结构如下图1-6所示。 图1-6显像管结构示意图 ⑴结构 ①电子枪 灯丝阴极栅极加速极（第一阳极）二、四阳极（高 压阳极）聚焦极（第三阳极） ②玻璃外壳
光电转换 概述 光纤收发器是一种将10M/100M以太网电信号转换成光信号或光信号转换成10M/100M以太网信号的光电转换设备，通过将电信号转换成光信号在单模光纤上传输，突破了电缆距离短的限制，使得以太网在保证高带宽传输的前提下，利用光纤介质实现几公里到几百公里的远距离传输。 具有2个特殊的优点： 1.为工业级应用设计。电源接入可以为插头或者两线接线端子，输入电压为宽电压可以实现9～24V的宽电压输入。 2.采用单模单纤的光纤连接。这样和双纤的转换器相比，可以节约长距离传输时的光纤的费用。 可应用于：各种需要通过光纤延长工业以太网传输的距离的应用领域；也可以应用于一些需要将以太网设备和光交换机设备连接的地方。 *注意：ZLAN9100分为2个子型号：ZLAN9100-3（A端机）和 ZLAN9100-5（B端机），这2款必须成对使用。即：A端机接B端机；B 端机接A端机；端口相同不可连接。当ZLAN9100和光交换机连接时，请先问好光交换机的光口是A端还是B端，如果A端请选择ZLAN9100-5否则选择ZLAN9100-3。 特点
?工业级设计：9～24V供电，端子接电方式，工业级温度，可配备导轨安装配件。 ?单模单纤光纤：只需配备一根传输光纤，节约成本。 ?1个网口RJ45和1个单纤SC光口，实现双绞线和光纤之间的光电信号转换； ?符合IEEE802.3 10Base-T 和IEEE802.3u 100Base-TX ，100Base-FX 标准可与其他产品互联； ?具有10M/100M 自适应能力； ?电口能自适应直通线/ 交叉线连接方式； ?支持全双工/ 半双工工作模式； ?支持IEEE802.3X 全双工流量控制和半双工背压流量控制； ?内置高效交换内核，抑制广播风暴，实现流量控制，CRC差错校验；?双绞线最长100 米；单模光纤最长20 公里； ?可将单模单纤光信号转化为10/100M以太网电信号 ?可以9～24V宽电压供电，可由工业机柜24V电压供电 ?提供2线端子方式电源接入，符合工业电源规范 ?工业级温度范围 ?可提供导轨安装配件W
瑞斯康达边缘接入网综合网管解决方案 【简介】 NView NNM系统针对解决边缘接入网运营维护的问题，遵循ITU-T M.3010标准规范，采用TCP/IP和SNMP协议，并采用面向服务的应用集成架构的设计方法... 边缘接入网通常意义下指由用户侧到运营商机房这一网络层面。随着互联网内容的不断丰富，网络电子交易、网络游戏、网络视频、VOD等网络应用的日益普及，网络带宽的需求空间迅速膨胀，边缘接入网得到了快速发展，与此同时对边缘接入网的可靠性和可维护性的新需求也不断涌现，这样对网络配置、监控和维护的平台——网络管理系统提出了更高的标准要求。针对宽带接入设备品种多、分布广、数量大、管理和监控困难的特点，瑞斯康达科技凭借自身在网络管理软件开发方面的多年经验和对客户网管需求的良好理解，推出全新的边缘接入网综合网管整体解决方案——NView NNM。 边缘接入网运维难题 1.分布广，数量庞大，管理层次复杂 边缘接入网设备节点分布密集程度非常高，数量极其庞大，IP地址资源耗费严重，网络拓扑层次多，运维管理体制面临边缘接入网的这个特点，采用传统网管系统的“平面集中”管理体制已经很难适应。 2.接入设备品种多样化 边缘接入网技术发展迅速，除了传统的LAN、xDSL、HFC等技术，也涌现出了许多新技术，例如FTTH、无线热点接入等，并且许多核心网的技术手段被应用到网络边缘以提高网络的带宽和可靠性。网络运营商的接入网建设根据自身的资源特点采用不同的技术手段，这就造成边缘接入网的设备品种的多样化。然而运营商目前采用不同类型设备的网管系统，只能针对某种类型的设备进行管理，无法管理整个网络，同时也造成了各个信息孤岛，系统难于融合。 3.与现有OSS系统整合困难
图像光电转换的基本过程
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图像光电转换的基本过程 电视图像的传送是基于光电转换原理，而实现光电转换的关键器件是发送端的摄像管和接收端的显像管。 1. 图像的分解 电视系统处理和传送的对象是光的景物，景物存在于三维空间，其光学特性（即景物的亮度和色度信息）不仅随空间位置的不同而不同，而且还与时间有关系（静止景物除外）。因此，景物信息是三维空间和时间的函数，可用光学信息表达式为：。 但是目前的电视系统仍为平面彩色电视，只传输景物的二维光学信息，因此上式中的z可不考虑。另外，这里仅讨论黑白平面活动图像，只需传输各像素的亮度信息，其光学信息表达式简化为：。 但是，亮度仍然是x、y、t的三维函数，而经传输通道传送的电信号为电压（或电流），只能是时间的一维函数为：。实现转换的方法是：将景物信息分解成很多小点，这样
就能以每个小点为单位进行光电转换和传送。因此，对于每个小点来说，其光学特性以及经光电转换得到的电信号就只与时间有关了，也就是将景物信息转化成时间的一维函数。 将景物图像化整为零的方法称为图像的分解，分解之后的小点称为像素。所谓像素，就是组成图像的元素，即基本单位，具有单值的亮度信息和空间位置。一幅电视图像由许许多多个像素组成，电视系统能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。在我国的黑白广播电视标准中，一幅图像包含大约40～50万个像素。图像的结构—导学。 图像的分解是在摄像端的光电转换和扫描过程中完成的。在接收端，通过显示装置的扫描和电光转换作用，这些被分解的像素又会在屏幕上合成出原来的图像，从而实现电视的全过程。 2.图像的传送 一幅图像由许多像素组成，这些像素的亮度信息经光电转换之后变成相应的电信号。电视系统的任务是将各像素的变换成, 实现转换的方式，有同时传输制和顺序传输制。 ●像素信息同时传输制
第五章 模拟信号的调理与转换 习题 5-1 如图5.2所示的直流电桥。在初始平衡条件下2127.5R =Ω；若将3R 与4R 交换，当时，电桥重新实现平衡，问未知电阻2157.9R =Ω1R 的大小是多少？ 5-2 某测力传感器中的一个电阻应变片接入直流电桥的一个桥臂。该电阻应变片在无负载时的电阻是500Ω。传感器的灵敏度是0.5/N Ω。如果电桥的激励电压为10V ，每一个桥臂的初始电阻是500Ω，当施加的负载分别为100N ，200N 和350N 时，电桥的输出是多少？ 5-3 图 5.2所示的电桥。假设1R 为传感器电阻，大小为，，40100x +34400R R ==Ω2R 是可变校准电阻。 1）当时，要使电桥平衡，0x =2R 的值应为多少? 2）如果采用零值法测量x ,试确定2R 和x 间的关系。 5-4 低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点，画出它们的理想幅频特性曲线。 5-5 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥双臂上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？ 5-6 设计一个巴特沃思低通滤波器，要求通带截止频率c 6kHz f =，截止频率处的最大衰减量为，阻带始点频率3dB -12kHz s f =处衰减量25s dB δ=-。 5-7 图5.31是实际滤波器的幅频特性曲线，指出它们各属于哪一种滤波器？在图上标出截止频率的位置。 图5.31 滤波器幅频特性曲线 5-8 图5.32所示低通滤波器中RC 0.01μF C =， 输入信号x e 的频率为kHz ，输出信号滞后于输 入30，求：R 值应为多少？如果输入电压的幅值为 100V ，则其输出电压幅值为多少？ 10f =o 图5.32 习题5-85-9 RC 低通滤波器的，10k ?R =1μF C =。试求： 1）滤波器的截止频率c ω；2）当输入为()10sin102sin1000x t t t =+时，求滤波器稳态 输出。
实验报告：光电信号转换测试 一、实验目的 1、了解光电响应现象及光电响应的原理。 2、熟悉利用电化学手段测试光电响应的方法，能熟练的操作电化学工作站进行光电响应的测试。 二、实验内容 通过电化学的方法测试样品的光电相应参数，如记录光电流值，开路电压，计算样品的功率，并根据数据进行作图分析。 三、实验原理 光伏响应原理： P 型半导体（空穴多）和n 型半导体（电子多）相结合时，在其交界处形成p-n 结，p 区的空穴向n 区扩散，n 区的电子向p 区扩散，引起p 区荷负电，n 区荷正电，在p-n 交界面附近的一个区域（结区，或称耗尽区）内形成一电 图1(a) 太阳光辐照下的硅p-n 结太阳能带, 图1(b)太阳能电池的理想等效
场，称为内建电场，如图1（a）所示。图中左侧为n区，右侧为p区，纵坐 标为电子能量。电子能量越高，电势越低。n区电势比p区电势高，电场方向 由n区指向p区。当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它 们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压，这就是光伏 效应。若在p-n结两端接入外电路，该光生电压就可形成电流。从外电路来看，发生光伏效应的那个p-n结就是一个电源，即光电池，如图1（b）所示。 四、材料与仪器 电化学工所站、太阳能电池。 五、实验步骤 1. 完成电化学工作站的测试电路的连接； 2. 点start开始测试，测量样品的光电响应曲线、暗态和光照下的开路电极电势，并记录所得的光电流以及开路电压，并计算样品的功率。 六、实验数据记录与分析 1. I-V特征曲线： 暗态：
RC953-FX4E1、RC953-FX8E1、RC954-FX4E1 具有反向复用功能的E1协议转换器 产品简介： RC953-FX4E1、RC953-FX8E1、RC954-FX4E1是北京瑞斯 康达科技发展有限公司自主研发的具有反向复用功能的E1协议 转换器。具有1路用户以太网光口和多路E1接口（4路或8路）。 主要用于接入或传送带宽大于2Mbps、小于16Mbps的以太网业 务。即可以成对使用完成用户点到点组网需求，也可做为远端设备， 配合收发器、RC953-8FE16E1、RC953-GESTM1完成用户点到多点 的组网需求。 产品特点： ?灵活的组网方式 可以按需灵活实现点到点及点到多点的组网。 ?灵活的带宽选择 可以任意指定绑定E1的数量，即链路的带宽。 设备间E1接口无需一一对应，可自动识别进行建链。 ?强大的线路容错能力 可以任意指定每个E1内所占用的时隙，以灵活的实现用户的业务需求。 当一路或多路E1出现误码，在误码门限值内，可保证业务的正常传送；当误码大于门限值，可自动将故障链路排除在外，允许在降低总体传输容量的同时保证业务正常传送。 产品属性： 以太网接口： ?提供1个FE接口。 ?支持自动协商，AUTO-MIDX，10M/100M，全/半双工，支持全双工模式下的802.3x和 半双工模式下的背压流控。 ?以太网数据采用HDLC帧格式封装。 E1接口： ?提供4或8路E1接口。 ?通过拨码可任意设定E1可用数量。 ?支持E1链路线序的自动识别。 ?E1虚级联组成员差分延时+/-16ms。 ?支持E1虚级联组内链路的自动建链、拆链。 ?E1端口仅支持成帧模式，默认采用FAS+CRC4的PCM31格式。 ?E1接口类型：75Ω非平衡、120Ω平衡接口可选。 ?比特率：2048Kbps±50ppm。 ?码型：HDB3。 管理功能： ?支持全面的网管功能。 ?支持远端集中监控。 ?支持E1环回测试和误码仪功能。 ?面板支持丰富的E1线路信息指示。
摘要 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。 关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集
1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路 1.2设计要求 1.2.1设计目的 （1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法 1.2.2基本要求 （1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值 （2）信号的频率范围在50Hz-10KHz （3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小 1.2.3发挥部分 （1）超出上下限的保护电路及指示 （2）电桥信号采集 （3）其他
2设计思路 这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。 信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压漂移和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。 在电路的输出端接入一个小绿灯，来判定电路的电压是否超出题目要求范围，并由示波器显示激励源的波形
专业实验讲义 实验一电光、光电转换传输实验 实验系统组成介绍 RZ8644型光纤实验系统是为了配合《光纤通信系统》的理论教学而设计的实验系统。它一方面结合了当今光纤通信原理课程的教学与改革，另一方面结合了当今光纤通信发展方向和工程实际应用状况。这套系统采用功能模块化设计，各模块对外开放。除了配合完成理论教学外，还可以训练增强学生的实际应用能力，完成模块的二次性开发。 一、结构简介 本实验系统可分为电端机模块、光通信模块、管理控制模块、电源供给模块等四大功能模块，每个功能模块又是由许多子模块组成： （一）电端机模块 1.电话用户接口模块 此模块为电话输入、输出接口，由电话专用接口芯片PBL38710实现。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出等功能。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。 本模块分为用户A，B两个模块，默认号码为48、49。。 2.PCM编译码模块 此模块采用专用芯片TP3057来实现PCM编译码功能，可完成用户A、B两路话音信号的编译码功能。 3.DTMF双音多频检测模块 此模块由专用芯片MT8870来完成DTMF分组滤波和DTMF译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。实际应用中，一片MT8870可以最多接入检测16路用户电路的DTMF信号。 4.记发器模块 此模块主要完成局内、局间电话用户拨叫号码的识别、交换控制功能。 5.计算机通信接口模块 此模块由USB和RS232串口两通信接口组成，完成计算机与本实验系统的数据交换传输功能。也为学生开发上层通信软件提供了良好的硬件平台。 6.数据发送单元模块 此模块主要完成各种测试信号产生、各种线路编码、数据复接及一些辅助性功能。 产生的数字信号有：各种频率的时钟、方波、M序列、矩形窄脉冲等、
测量技术与信号处理考试 一、判断题（对者打√，错者打 ╳ ；每小题1分，共10分） 1、磁电式传感器由于存在运动部分，因此不能用于高频测量。 （ × ） 2、传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。 （ √ ） 3、半导体应变片的灵敏度比金属应变片高，线性和稳定性也比后者好。 （ × ） 4、平稳随机过程的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征。 （ × ） 5、滤波器的带宽表示其频率分辨率，带宽越窄分辨率越高。 （ √ ） 6、由周期信号相互叠加的信号必为周期信号。 （ × ） 7、压电式传感器的电荷灵敏度与外电路（连接电缆、前置放大器）无关，电压灵敏度则受外电路的影。 （ √ ） 8、调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数，使其按被测信号的规律变化，以利 于信号的放大与传输。 （ √ ） 9、如果采样频率不能满足采样定理，就会引起频谱混叠。 （ √ ） 10、理想脉冲信号的频谱为常数，这样的频谱称为均匀谱或者白色谱。 （√ ） 二、单项选择题（每小题2分，共20分） 1、低通滤波器的截止频率是幅频特性值等于( B )时所对应的频率（0A 为0 f 时对应的幅频特性 值）。 A ．2/0A B ．2/0A C ．3/0A D ．4/0A 2、在同步调制与解调中要求载波（ B ）。 A ．同频反相 B ．同频同相 C ．频率不同、相位相同 D ．频率不同、相位相反 3、周期信号在时域内按时间间隔T s 采样后，其频谱将具有（ A ）特征。 A. 周期、离散 B. 非周期、离散 C. 周期、连续 D. 非周期、连续 4、自相关函数是τ的偶函数，互相关函数是τ的( B )。 A. 奇函数 B. 非奇非偶函数 C. 偶函数 D. 既奇又偶函数 5、A/D 转换器是将（ B ）信号转换成（ D ）信号的装置。
光电检测技术与应用课程设计 成绩评定表 设计课题：光电转换电路的设计与优化 学院名称：电气工程学院 专业班级：测控1002班 学生姓名：张春雨 学号：201048770221 指导教师：张晓辉 设计地点：31-518、E01-S304 设计时间：2013-06-24～2013-06-30 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日
光电检测技术与应用课程设计 课程设计名称：光电转换电路的设计与优化 专业班级：测控1002班 学生姓名：张春雨 学号：201048770221 指导教师：张晓辉 课程设计地点：31-518 课程设计时间：2013-06-24～2013-06-30
光电转换电路的设计与优化 摘要： 通过对光电转换电路的前置放大及主放大电路设计的详细分析研究，给出了电路放大、滤波、降噪等优化处理方法．实现了将有用信号从噪声中分离并输出的目的．对光电转换电路从原理设计到最终制板过程中影响其性能参数及稳定性的因素进行了深入的探讨，提出了对电路器件选择、排列、布线以及降噪等方法的选择标准和依据．关键词：光电转换、前置放大、光电二极管 正文： 光电技术是将传统的光学技术与现代电子技术与计算机技术相结合的一种高新技术．以光电转换电路为核心的光电检测技术已经被广泛地应用到军事、工业、农业、环境科学、医疗和航天等诸多领域．所谓的光电转换是以光电二极管为基础器件，通过将照射于二极管上光通量的改变量转化为相应的光电流，再经过前置放大、主放大等后续电路进一步优化有用信号，最后实现与上位机与相应算法的连接．由此可见，任何光电检测系统中，光电转换电路的设计与优化都是重中之重，它性能的稳定以及相关参数的合理性将决定着整个检测系统的设计成败． 一、光电转换一前置放大电路的设计 光电二极管在受到光照时，会产生一个与照度成正比的小电流，因此是很好的光一电传感器．光电二极管可以在2种模式下工作，一是零
光电编码器信号传输的光纤实现 【摘要】为了提高光电编码器输出信号在特定应用系统中的抗干扰能力，通过分析研究绝对值型和增量式光电编码器的输出信号形式，提出了采用相应的光电转换器件将电信号转换为光信号进行传输，实验结果表明方法可行，传输信号稳定并能可靠转换，提高了编码器输出信号的抗干扰能力。 【关键词】编码器；光纤；光电转换 1.引言 光电编码器在现代电机控制系统中常用以检测转轴的位置与速度，是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的高精度角位置测量传感器。由于其具有分辨率高、响应速度快、体积小等特点，被广泛应用于电机控制系统中。 2.绝对值型光电编码器信号传输的光纤实现 编码器按信号输出形式分为绝对式编码器和增量式编码器。绝对式光电编码器具有输出量可与PLC模块、ARM或FPGA等器件直接接口，无累计误差等优点，但价格高、制造工艺复杂，不宜实现小型化。绝对型编码器有两种类型，单圈和多圈。单圈绝对型编码器旋转一圈后自动回到零；多圈绝对型编码器旋转到编码器最大圈数、最大计数值自动回到零。绝对型编码器一般采用格雷码盘编码。格雷码（Gray Code）在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。以分辨率24四位二进制码盘为例。若绝对值编码器采用二进制8421码盘，如图1所示，两个顺序的编码之间有一位或一位以上二进制位置改变。例如：两个顺序的二进制码，从0111变到1000，二进制码的所有位都改变它们的状态。在改变状态的过渡时刻得到读数可能是错误的。即位置的同步和采样变得非常困难。而采用二进制格雷码盘，如图2所示，两个顺序的编码之间，从最后一位码到第一位码，只有一位二进制位置改变，这样使位置的同步和采样变得准确、简单、可行。关于自然二进制码与格雷码之间的换算关系可以参考相关文献。 绝对值编码器信号输出一般有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出。下面对其输出方式进行简单介绍。 2.1 并行输出 绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点高低电平输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的绝对编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题： ①必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读
n e t-l i n k单纤双向收发器型号：-3100A100M 自适应以太网单纤双向光纤收发器，采用最新美国KENDIN 芯片，高品质单纤双向光收发一体模块（全新大厂名牌产品），性能稳定，质量优良。适用于电信、广电、宽带网络等需要提高光纤数据流量及高性能、高可靠性的网络环境中。 1 个RJ45 电口和 1 个单纤SC 光口，实现双绞线和光纤之间的光电信号转换；只需一芯光纤就可完成一路信号的传输，较双纤方式提高光纤数据传输量一倍；符合10B a s e-T和100B a s e-T X，100B a s e-F X标准; 具有10M/100M自适应能力; 电口能自适应直通线/交叉线连接方式; 支持全双工/半双工工作模式；支持全双工流量控制和半双工背压流量控制; 支持防止广播风暴功能;支持1916 Byte 超大数据帧（可选项）；内置防雷电路，可大大减少雷电感应造成的损坏；双绞线最长100 米；单模光纤最长100 公里;有 6 个LED 指示灯：Power ，TX 100 ，TX Link/Act ，FX 100 ，FX Link/Act ，FDX/Col ；便于监测收发器的工作状态和判断故障原因；有外置、内置电源两种类型：A C100～265V/D C5V开关电源。 广州锐佳网络科技有限公司销售服务热线（TEL：，张先生QQ：），我们将为您提供详细的咨询和解决方案。生产、代理和分销产品包括：一、综合布线产品：康普、安普、TCL、唯康、大唐电信、清华同方、百通、泛达、南京普天、江西普天、腾达 二、光纤系列产品: 1.光缆品牌：鸿达网络通、康迈斯COMAX、立孚LFOC、汉信、汉维、好光景、FIBERCOM、长飞Y O F C、兆比特、唯康V C O M、T C L、康普、安普A M P； 2.光纤配件：光纤跳线、尾纤、束状尾纤、带状尾纤、耦合器（光纤适配器/法兰）、光纤盒/光纤配线架/O D F架/光缆交接箱、光纤接续盒、光模块；
光电脉搏信号检测电路设计 生物医学工程１班－唐维－3004202327 摘要：系统采用硅光电池做为光电效应手指脉搏传感器识取脉搏信号。信号经放大后采用低通放大器克服干扰。 关键词：脉搏测量放大器二阶低通 一、前言 脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。随着科学技术的发展，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。利用血液是高度不透明的液体,光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点, 可通过传感器对脉搏信号进行检测,这种技术具有先进性、实用性和稳定性,同时也是生物医学工程领域的发展方向。本文将详细介绍一种光传导式的脉搏信号检测电路，并说明所涉及到的问题和方法。 二、系统设计 1 系统目标设计及意义 设计制作一个光电脉搏测试仪，通过光电式脉搏传感器对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，并在显示器上显示所测的脉搏跳动波形，要求测量稳定、准确、性能良好。 2 设计思想 （1）传感器：利用指套式光电传感器，指套式光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化（当心脏收缩时，微血管容积增大；当心脏舒张时,微血管容积减少），当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化, 而非血液组织(皮肤、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不变
的, 这样就把人体的脉搏(非电学量) 转换为相应于脉博的电信号, 方便检测。 （2）按正常人脉搏数为60~80次/min ，老人为100~150次/min ，在运动后最高跳动次数为240次/ min 设计低通放大器。5Hz 以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。 （3）测量中考虑到并要消除的干扰有：环境光对脉搏传感器测量的影响、电磁干扰对脉搏传感器的影响、测量过程中运动的噪声还有50Hz 干扰。 （4）由于透过指尖射到硅光电池的光强很小，输出短路电流约为0.1uA ～3 uA ，所以总共放大106倍以便于观察。传感器得到的脉搏信号极为微弱，很容易淹没在噪声及干扰信号之中，所以对取得的微弱信号先进行放大后再滤波。设计两极放大，因为三级放大个别电路板的零点漂移大得足以达到满幅，测量不准确。每个单级放大器的放大倍数不大于30，以免自激振荡。 （5）所选的电阻参数要尽量精确， IC 选用偏置电流小、输入失调电压小的运算放大器，考虑到性价比，使用LM324。由于硅光电池的输出短路电流受光照变化较大，使得输出变化大，所以采用12V 双电源供电。 3 整体框图 本系统共分为三个模块： 方框图中各部分的作用是： （1）传感器：将脉搏的跳动转换为电压信号，放大104倍。 （2）一级放大电路：对微弱信号进行放大，放大约20倍 （3）二阶低通滤波电路： 滤除干扰信号并进一步放大，再放大约20倍。 4 单元电路的设计
实验简介 传感器技术中很重要的一类称为光传感器。光传感器通常是指紫外到红外波长范围的传感器，其类型可分为量子探测器和热探测器两类。本实验将介绍常用的量子探测器或称光子探测器，它是利用材料的光电效应制作成的探测器，故也称为光电转换器。其主要参数有响应度（灵敏度）、光谱响应范围、响应时间和可探测的最小辐射功率等。 光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号。自光电效应发现至今，光电转换器件获得了突飞猛进的发展，目前各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。常用的光电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光电池、PIN 管、CCD等。 光电倍增器是把微弱的输入转换为电子，并使电子获得倍增的电真空器件。当光信号强度发生变化时，阴极发射的光电子数目相应变化，由于各倍增极的倍增因子基本上保持常数，所以阳极电流亦随光信号的变化而变化，此即光电倍增管的简单工作过程。由此可见，光电倍增管的性能主要由光阴极、倍增极及极间电压决定。光电阴极受强光照射后，由于发射电子的速率很高，光电阴极内部来不及重新补充电子，因此使光电倍增管的灵敏度下降。如果入射光强度太高，导致器件内电流太大，以至于电阴极和倍增极因发射二分解，就会造成光电倍增管的永久性波坏。因此，使用光电倍增管时，应避免强光直接入射。光电倍增管一般用来测弱光信号。 光电池是把光能直接变成电能的器件，可作为能源器件使用，如卫星上使用的太阳能电池。它也可作为光电子探测器件。 光电二极管有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管两种。半导体pn结区附近成为耗尽层，该层的两侧是相对高的空间电荷区，而耗尽层内通常情况下并不存在电子和空穴。只有当光照射pn结时才能使耗尽层内产生载流子（电子－空穴对），载流子被结内电场加速形成光电流。利用该原理制成的光电二极管称为耗尽层光电二极管。耗尽层光电二极管有pin层、pn层、金属－半导体型、异质型等
《机械工程测试技术》
第四章 信号调理、处理和记录
主讲：王建军
山东理工大学?机械工 程学院?测控系
机械工程测试技术基础
第四章 信号的调理与记录
本章学习要求：
1.掌握电桥的工作原理及特性 # 2.掌握信号调制与解调的原理
3.掌握滤波器的分类及其参数
4.了解模拟信号放大电路原理
5. 了解测试信号的显示与记录
第四章
信号调理与记录
★ 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输、处理与记录。 1. 传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需 要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪 声，需要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
第四章
信号调理与记录
信号调理装置按工作原理有 1°转换器：将传感器输出信号转换成便于传输、 放大、处理的装置。 例如：电桥：可将R、C、L→u或i； D/A：数字量→模拟量 A/D：模拟量→数字量 调制器：对信号进行调制； 解调器：对已调信号进行鉴别并还原。 2°放大器：将信号进行放大。 例如：电压（直流、交流）放大器； 电荷放大器
第四章
信号调理与记录
3°运算器：将信号进行相应的运算，获取所 需信号。 例如：加法器、乘法器、积分器、微分器 4°滤波器：对信号进行滤波处理。 例如：低通滤波器、高通滤波器 5°整流器：对信号进行整流检波处理。 例如：相敏整流器
可见，信号调理环节很多，其功能也很丰富，而这些环节 前期课程已作过详细介绍。所以，本章仅从测试的角度 讨论电桥、调制与解调、滤波器、放大器的基本概念。
信号转换与调理案例 【案例3.1】图3.3所示是AD694在啤酒发酵温度控制系统中的应用。啤酒发酵是整个啤酒生产过程最重要的环节，对发酵罐内温度的控制是啤酒生产工艺流程中的关键环节，也是确保啤酒质量、口感等特性的关键。发酵罐内麦汁在酵母的作用下发酵，并释放反应热，使罐内温度升高。LM35温度传感器对发酵罐内温度进行采样，信号放大后经A/D转换送至微处理器。微处理器根据模糊积分控制算法的运算结果将控制信号输出至D/A转换器，再放大为0-10V的电压信号，最后利用AD694进行V/I转换，得到4-20mA的电流信号，自动调节冷却阀门的开度，使冷却夹套内的冷媒带走多余的反应热，实现发酵罐温度的控制。（引自参考文献16） 图3.3 AD694在啤酒发酵温度控制系统中的应用 图3.4是利用AD694进行V/I转换的电路图。AD694是一种单片V/I转换器，内部包含有输入缓冲放大器、V/I转换电路、4mA偏置电流及其选通和微调电路、参考电压输出电路、输入量程选择电路、输出开路报警和超限报警电路等，具有精度高，抗干扰能力强等优点。在图3.4中，输入量程选择引脚4悬空，表示输入电压范围为0-10V。输入缓冲放大器用来放大输入信号，图中接为电压跟随器的形式。4mA偏置电流选择引脚9接地，表示输出电流范围是4-20mA。由于被驱动的调节阀属于感性负载，因此电流输出引脚11与地之间跨接电容C1，以保证AD694性能的稳定性，其电容值一般为0.01μF。另外输出端增加两个二极管V D1和V D2，防止负载电压过高或过低时损坏AD694。 V 图3.4 利用AD694进行V/I转换的电路 【案例3.2】图3.6所示是LM331在香烟包装机温度检测中的应用。烟盒纸的粘合需要热熔胶，安装外层透明纸和丝带时需要加热器达到一定温度才能完成，这些都需要对温度进行控制，以避免材料被烫坏或粘贴不牢。香烟包装机的工作环境比较恶劣，且温度信号需要进行较长距离的传输。因此可以将热电偶输出的电压信号放大后再利用LM331转换为频率信号，频率信号经长距离传输通过光电隔离送入微处理器，微处理器对该频率信号进行处理，输出控制信号经功率放大后驱动可控硅，利用过零触发方式控制加热器电源的通断。（引自参考文献17）
光电转换及信号处理电路设计 与CCD等探测器不同，PIN光电二极管对于探测目标输出信号是一个电流信号，而且在距离探测目标较远时照射到探测面的光信号很微弱，在预定电压偏置下输出电流会比较小，因而可以概括PIN的输出信号为一个微弱电流信号，对于PIN的输出信号处理，是一个微弱信号处理的过程。 光电转换及信号处理模块 图1 光电转换及信号处理模块整体设计示意图 通常情况下，电流信号的采集和处理都是比较困难的，故首先需要对PIN 的信号进行电流到电压的转化。微弱电流信号转化而来的电压信号一般也是微弱信号，而且传输线耦合进去的交流噪声有可能会淹没目标信号，故为了提高信噪比，需要在采集之前对信号进行前置放大。 由于被测信号也是可见光信号，在进行光电探测时很容易受到杂散光和PIN 自身暗电流的影响，导致噪声信号和目标信号一同被放大，在后续电路中不易消除，为了减少杂散光和PIN暗电流带来的噪声、背景噪声和元器件噪声，本光电信号处理电路设计了一个参考PIN光电转换电路，用来接收杂散光和背景噪声，参考PIN光电转换电路与探测信号PIN光电转换电路及的参数一致，前置放大电路的参数也一样，但是在实验过程中由于与目标光信号之间的光路被人为完全遮挡，故只能接收到杂散光信号和背景噪声信号。在后续的差分放大电路中通过信号同向相减，把系统噪声和背景噪声去除，保证了最终采集信号具有较高的信噪比。 在最后的滤波电路设计过程中，考虑到被测目标光信号的调制频率不会超过200KHz，而空气和电路中存在着大量的高频噪声，为了保证即将进入数据采集
模块的信号有较高的信噪比，需要滤除掉高频噪声，于是需要根据被测信号频率的不同设计一款低通滤波器或者带通滤波器。 综上所述，本光电转换和信号处理模块由光电转换电路、前置放大电路、差分放大电路和滤波电路四个部分组成，模块整体示意图如图4-1所示。 1 光电转换电路设计 光电二极管的光探测方式有两种结构：一是光电导模式，在这种模式下，需给光电二极管加反向偏置电压，存在暗电流I d，由此会产生较大的噪声电流，有非线性，通常应用在高速场合；二是光电压模式，在这种模式下，光电二极管处于零偏状态，不存在暗电流I d，有较低的噪声，线性好，噪声低（主要是热噪声），适合于比较精确的测量[31]。在微弱信号检测中比较常用的是光电压模式，具体光电检测电路图如图2所示。 图2 光电压模式PIN光电转换电路 光电二极管工作于短路状态，极大地降低了暗电流的影响，从而使光电二极管得到最大SNR，进而使后续放大电路仅放大与光强成正比的电流。 考虑到对目标光信号的探测频率不同，本文采用了两款响应率不同PIN光电二极管，用于探测低频光信号的PIN选择的是西门子（SIEMENS）公司的BPX65硅光敏二极管，用于探测高频光信号的高速PIN选择的是日本滨松的S5973硅光敏二极管。 BPX65具有频率响应范围广，暗电流小，高灵敏度等特点，最高工作温度可达125°，其主要特性参数如下所示： （1）光谱响应范围为350nm~1100nm，峰值波长850nm，适合白光测量； （2）暗电流I R≤5nA； （3）光谱灵敏度（Sλ）：0.55 A/W； （4）光敏面接收半角（Half angle）：±45°； （5）受光面积为1mm2，远小于传感器与探测目标的距离；
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能 [导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 信号调理电路原理 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。 信号调理电路技术
1.放大 放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。 2.衰减 衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。衰减对于测量高电压是十分必要的。 3.隔离 隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。 4.多路复用 通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。 5.过滤