专利名称：光电综合实验测试方法
技术领域：
本发明属于实验教学技术领域，更具体的应属于光、机、电、算结合型的光电综合实验测试方法。
背景技术：
纵观我国理工科院校现有的大学实验教学，都属于单一模式的仪器，即光学工程类、模电、数电类、传感器类等单一功能的实验教学方法和仪器，这些实验教学仪器虽然能够进行本学科的单科教学实验，但是，不能进行多学科综合性的实验教学，更无法培养学生的综合实验技能。
发明内容
本发明的目的是通过光电综合实验平台，提供光电综合实验测试方法，实现多路同步示波功能和晶体管、光电耦合器件与各种光电器件的伏安特性测试功能。
本发明提供光电综合实验测试方法，利用光电综合实验平台的计算机系统1、光学实验平台2，测量仪表平台3，电路实验台4，信号源输出端口5，光电倍增管实验装置6，信号产生电路板7，功能电路板8，示波输入端口9等部件实现多路同步示波功能和晶体管、光电耦合器件与各种光电器件的伏安特性测试功能。
本发明的测试方法如下功能电路板8的结构是由同步逻辑控制器81、示波逻辑82、参数设置83、A/D组84、存储器组85、伏安特性控制逻辑86、数字阶梯波发生器87、数字锯齿波发生器组88、接口控制电路89连线组成。
其中，同步逻辑控制器81、示波逻辑82、参数设置83、A/D组84、存储器组85、接口控制电路89用于实现多路同步示波功能；同步逻辑控制器81、参数设置83、A/D组84、存储器组85、伏安特性控制逻辑86、数字阶梯波发生器87、数字锯齿波发生器组88、接口控制电路89用于实现光电耦合器件与各种光电器件的伏安特性测试功能。
所述的多路同步示波功能是这样实现的采用同步逻辑控制器产生示波逻辑，控制A/D组同步对多路被测信号进行转换，并将转换结果存放在存储器组中。再经接口控制电路输出接口总线上，传递给计算机系统，将波形显示在计算机屏幕上。
以上所述的多路同步示波功能的示波逻辑信号的各种具体参数可由计算机软件通过接口总线、接口控制电路进行参数设置，从而实现同步信号可调。
功能电路板测试光电器件的伏安特性的方法采用同步逻辑控制器、伏安特性控制器控制数字阶梯波发生器产生阶梯波送给板外光源；伏安特性控制器还控制数字锯齿波发生器组产生多组锯齿波控制多个板外被测电路或器件；板外被测电路或器件的输出信号通过光电综合实验平台的示波输入端口9与A/D组的输入信号相连；伏安特性控制器A/D组同步对多路被测信号进行转换，并将转换结果存放在存储器组中，再经接口控制电路输出接口总线上，传递给计算机系统，将波形显示在计算机屏幕上。
所述的光电器件是晶体管、光电耦合器件与各种光电器件。
以上所述的晶体管、光电耦合器件与各种光电器件的伏安特性测试功能的伏安特性控制信号的各种具体参数可由计算机软件通过接口总线、接口控制电路进行参数设置，从而实现伏安特性控制信号可调。
本发明提供的光电综合实验测试方法，具有突出的技术进步和显著效果，主要有以下几个方面1、本测试方法使光电综合实验平台具有光、机、电、算结合型的特点，并利用计算机软、硬件技术代替电子示波器、晶体管特性测试仪、信号发生器和图像显示器等仪器设备，实现典型的“虚拟仪器”功能。具体地讲在实验平台中利用基本逻辑电路、A/D数据采集电路配合控制与计算软件，实现测量与图形显示的功能。
2、在“模拟电子技术”实验中，实验平台电路实验台所提供的电子元器件可以连接成多种模拟电路，利用实验平台的“示波”输入端口进行信号波形的观测，不但能学到各种电子器件的特性与应用，还能了解与掌握多种模拟电路的特性与参数。
3、在“数字电子技术”实验中，实验平台提供的CPLD现场可编程逻辑电路与编程软件编写出多种逻辑电路，提供平台的示波端口与仿真软件观测多种逻辑电路的输出，达到数字电子技术实验和逻辑电路开发所期望的目的。
4、在电路测量方面，可以通过实验平台的“示波”输入端口进行4路信号波形的同步测量与显示；5、在对各种光电传感器进行实验时，实验平台提供的“虚拟仪器”功能将提供各种所需波形的信号，实现对光电器件伏安特性、时间响应、光谱响应等特性参数的测试。
6、在光电检测技术实验中，利用实验平台提供的备件可以搭建各种光电检测系统，并将其光电传感器件接入自行设计的电路，再用平台提供的测量手段和计算机软硬件实现最终的实验目标。
7、对于“现代光学工程”实验，利用实验平台的光学实验台及各种光学系统支持架便能构成各种光学成像系统，在其像面位置安装恰当的图像传感器，图像传感器的输出通过计算机数据采集系统将图像数据送入计算机便可通过计算软件得到实验目的测试目标与显示等功能。
当然，实验平台潜在的功能还很多，它在物理学实验中的光学、电学、光电、光磁等学科定会发挥更大的作用，是理工科大学实验教学的重要平台，也是高新技术企业的开发实验平台。在仪器总体设计中注重实验者动手能力和创新思维的培养，通过试验平台提供的电子元器件、光电传感器、光学元器件、光学调整与安装夹持机构使其能够在实验指导书与实验指导教师的指导下完成各种规范的实验与创造性的设计实验。
图1光电综合实验平台基本结构；图2功能电路板组成模块；图3多路同步示波功能系统；图4计算机控制流程图；图5多路伏安特性测试系统；图6多路同步示波同步逻辑；图7伏安特性测试控制信号逻辑。
其中1-计算机系统，2-光学实验平台，3-测量仪表平台，4-电子实验操作平台，5-信号源输出端口，6-光电倍增管实验装置，7-信号产生电路板，8-功能电路板，9-示波输入端口，81-同步逻辑控制器、82-示波逻辑、83-参数设置、84-A/D组、85-存储器组、86-伏安特性控制逻辑、87-数字阶梯波发生器、88-数字锯齿波发生器组、89-接口控制电路、90-接口总线。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明如图1所示的光电综合实验平台，包括由计算机系统1，光学实验平台2，测量仪表平台3，电路实验台4，信号源输出端口5，光电倍增管实验装置6，信号产生电路板7，功能电路板8，示波输入端口9等部件。其中如图2所示的功能电路板8主要包括同步逻辑控制器81、示波逻辑82、参数设置83、A/D组84、存储器组85、伏安特性控制逻辑86、数字阶梯波发生器87、数字锯齿波发生器组88、接口控制电路89等模块。功能电路板8通过接口总线90与光电综合实验平台上的计算机系统1相连。
光电实验平台的主要部件有1、半导体光电器件与光电倍增管等光电器件由电子市场上购买各种品牌的半导体光电器件与光电倍增管均可以用作备测器件。
2、线阵CCD图像传感器可用于测量光栅的线阵CCD有很多，如TCD1500C(5340像元)、TCD1702C(7500像元)、TCD2901D(10550×3像元)等，这些线阵CCD均为日本东芝公司生产，当然其它公司生产的类似线阵CCD均可以采用。
3、面阵CCD图像传感器可由电子市场上购买多种品牌的面阵CCD图像传感器。
4、各种光源可从电子市场上购买各种光源。
5、计算机系统可由电子市场上购买多种品牌的计算机系统。
6、数字电压表、数字电流表及数字照度计可由电子市场上购买多种品牌的数字电压表、数字电流表及数字照度计。通过本发明的光电实验平台可以完成如下的实验1.多路同步示波功能多路同步示波功能系统如图3所示。具体方法为同步逻辑控制器81产生SH、SP和FC三路同步脉冲，其逻辑关系如图6所示，再通过示波逻辑82产生示波控制信号同步控制A/D转换电路组84，A/D1～A/Dn。CH1～CHn为连接被测电路的n条信号通道即示波输入端口9，分别连接n组A/D转换电路84。在示波控制信号的控制下同时对n条信号通道进行A/D转换并将数字信息存放到各自相应的存储器85内。示波逻辑发生器在采样数量达到要求后，向接口控制电路89发出信号，请求接口控制电路89传输数据。接口控制电路89通过计算机接口总线90实现与计算机系统1间的数据传输。计算机软件系统读取各信号通道的数据，并分别显示在计算机系统1的显示器上。SH、SP、FC等信号的各种具体设置由计算机软件系统通过接口总线90、接口控制电路89发送到同步逻辑控制器81，从而达到同步信号可调的目的，使其适应各种不同的需要。
多路同步示波功能的计算机软件系统控制流程如图4所示。由计算机系统对同步逻辑信号的各项参数进行设置，并启动设备开始工作，然后进入等待状态，等待硬件功能电路板申请中断。硬件在设置参数并启动后进行多通道同步的A/D转换，并将转换结果存入存储器内，然后计数，如果计数器的值达到设置的数值则申请中断，否则继续A/D转换。当硬件产生中断请求后，计算机系统响应请求，并开始传输数据、显示波形。数据传输结束后，判断是否要停止设备，如果要停止设备，则停止硬件设备，退出多路同步示波功能。否则等待下一次硬件中断请求。
2.晶体管、光电耦合器件与各种光电器件的伏安特性测试功能晶体管、光电耦合器件与各种光电器件的伏安特性测试功能的方法如图5所示。图中同步逻辑控制器81产生SH、SP和FC三路同步脉冲，通过伏安特性控制逻辑86分别送给两组数字信号发生器—数字阶梯波发生器87和数字锯齿波发生器组88。SH、SP和FC以及阶梯波与锯齿波的逻辑关系如图7所示。阶梯波信号驱动外部光源等设备，锯齿波信号驱动n个被测电路或元器件，阶梯波信号驱动的外部光源等设备将光信号传递给受锯齿波信号驱动的n个被测电路或元器件。n个被测电路或元器件的输出信号分别连接n组A/D转换电路A/D1～A/Dn。在伏安测试信号的控制下同时对n个输出信号进行A/D转换并将数字信息存放到各自相应的存储器内。伏安测试信号逻辑发生器在采样数量达到要求后，向接口控制电路发出信号，请求接口控制电路传输数据。接口控制电路通过计算机接口总线实现与计算机间的数据传输。计算机软件系统读取各信号通道的数据，并分别显示在显示器上。SH、SP、FC等信号的各种具体设置由计算机系统通过接口总线、接口控制电路发送到同步逻辑控制器，从而达到数字信号可调的目的，使其适应各种不同的需要。
伏安特性测试功能的的计算机系统控制流程与多路同步示波功能的计算机系统控制流程相同。
通过本发明的光电综合实验方法可完成如下实验1.光电器件时间响应的测量在光电综合实验平台上利用本发明的测试方法可对光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电耦合器、硅光电池等器件的时间响应进行测量。
现以测量光敏电阻时间响应的测量为例进行说明。在光电综合实验平台电路实验台上，先用连接导线将光敏电阻、三极管、电流表、电压表、电位器与电阻等按光敏电阻时间响应测量电路进行连接。在计算机系统1上运行时间响应测试程序，将时间响应测量中所需的方波频率等参数通过软件、接口总线90、接口控制电路89等对示波逻辑进行参数设置。当软件启动硬件设备后，同步逻辑控制器81输出如图6所示的同步信号，经示波逻辑82后，按所设置的方波频率同步驱动A/D组84，A/D组84的输入端分别为时间响应测试中使用的光源驱动信号和被测光敏电阻(可多个)的输出信号。A/D转换后的数据存放在存储器组85中，经接口控制电路89、接口总线90传送给计算机系统1，在屏幕上显示出测量到的时间响应数据曲线。
2.光电三极管伏安特性的测量在光电综合实验平台上利用本发明的测试方法可对光电二极管、光电三极管、光电耦合器等器件的伏安特性进行测量。
现以测量光电三极管伏安特性的测量为例进行说明。在光电综合实验平台电路实验台上，先用连接导线将光电三极管、三极管、电流表、电压表、电位器与电阻等光电三极管伏安特性测量电路进行连接。在计算机系统1上运行伏安特性测试程序，将伏安特性测量中所需的阶梯波频率等参数通过软件、接口总线90、接口控制电路89等对示波逻辑进行参数设置。当软件启动硬件设备后，同步逻辑控制器81输出同步信号，经伏安特性控制逻辑86、数字阶梯波发生器87、数字锯齿波发生器组88后输出如图7所示的控制逻辑信号。用阶梯波信号驱动光电三极管伏安特性测量中的被测光源，其频率为所设置的频率。用锯齿波信号控制A/D组84，A/D组84的输入端为被测光电三极管(可多个)的输出信号。A/D转换后的数据存放在存储器组85中，经接口控制电路89、接口总线90传送给计算机系统1，在屏幕上即可显示出测量到的伏安特性数据曲线。
本发明公开和提出光电综合实验测试方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当结构设计等环节实现。本发明的方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明。
权利要求
1.一种光电综合实验测试方法，其特征是功能电路板对同步逻辑信号的各项参数进行设置，并启动设备开始工作，然后进入等待状态，等待硬件申请中断，硬件在设置参数并启动后进行多通道同步的A/D转换，并将转换结果存入存储器内，然后计数，如果计数器的值达到设置的数值则申请中断，否则继续A/D转换，当硬件产生中断请求后，软件响应请求，并开始传输数据、显示波形；数据传输结束后，判断是否要停止设备，如果要停止设备，则停止硬件设备，退出多路同步示波功能，否则等待下一次硬件中断请求。
2.如权利要求1所述的一种光电综合实验测试方法，其特征是所述的功能电路板测试多路同步示波功的方法由同步逻辑控制器产生示波逻辑，控制A/D组同步对多路被测信号进行转换，并将转换结果存放在存储器组中，再经接口控制电路输出到接口总线上，接口总线传递给计算机系统，将波形显示在计算机屏幕上。
3.如权利要求2所述的功能电路板测试多路同步示波功的方法其特征是所述的多路同步示波功能的示波逻辑信号的各种具体参数由计算机软件通过接口总线、接口控制电路进行参数设置，实现同步信号可调。
4.如权利要求3所述的功能电路板测试多路同步示波功的方法其特征是同步逻辑控制器(81)产生SH、SP和FC三路同步脉冲，通过示波逻辑(82)产生示波控制信号同步控制A/D转换电路组(84)，A/D1～A/Dn；CH1～CHn为连接被测电路的n条信号通道即示波输入端口(9)，分别连接n组A/D转换电路(84)；在示波控制信号的控制下同时对n条信号通道进行A/D转换并将数字信息存放到各自相应的存储器(85)内；示波逻辑发生器在采样数量达到要求后，向接口控制电路(89)发出信号，请求接口控制电路(89)传输数据，接口控制电路(89)通过计算机接口总线(90)实现与计算机系统1间的数据传输；计算机软件读取各信号通道的数据，并分别显示在计算机系统(1)的显示器上；SH、SP、FC信号的各种具体设置由计算机软件通过接口总线(90)、接口控制电路(89)发送到同步逻辑控制器(81)。
5.如权利要求1所述的一种光电综合实验测试方法，其特征是所述的功能电路板测试光电器件的伏安特性的方法采用同步逻辑控制器、伏安特性控制器控制数字阶梯波发生器产生阶梯波送给板外光源；伏安特性控制器还控制数字锯齿波发生器组产生多组锯齿波控制多个板外被测电路或器件；板外被测电路或器件的输出信号通过光电综合实验平台的示波输入端口(9)与A/D组的输入信号相连；伏安特性控制器控制A/D组同步对多路被测信号进行转换，并将转换结果存放在存储器组中，再经接口控制电路输出接口总线上，传递给计算机系统，将波形显示在计算机屏幕上。
6.如权利要求5所述的一种光电综合实验测试方法，其特征是所述的光电器件是晶体管、光电耦合器件与各种光电器件。
7.如权利要求5所述的一种光电综合实验测试方法，其特征是所述的伏安特性控制信号的各种具体参数可由计算机软件通过接口总线、接口控制电路进行参数设置，从而实现伏安特性控制信号可调。
8.如权利要求5所述的一种光电综合实验测试方法，其特征是同步逻辑控制器(81)产生SH、SP和FC三路同步脉冲，通过伏安特性控制逻辑(86)分别送给两组数字信号发生器-数字阶梯波发生器87和数字锯齿波发生器组(88)，阶梯波信号驱动外部光源设备；锯齿波信号驱动n个被测电路或元器件，阶梯波信号驱动的外部光源设备将光信号传递给受锯齿波信号驱动的n个被测电路或元器件；n个被测电路或元器件的输出信号分别连接n组A/D转换电路A/D1～A/Dn；在伏安测试信号的控制下同时对n个输出信号进行A/D转换并将数字信息存放到各自相应的存储器内，伏安测试信号逻辑发生器在采样数量达到要求后，向接口控制电路发出信号，请求接口控制电路传输数据；接口控制电路通过计算机接口总线实现与计算机间的数据传输，计算机软件读取各信号通道的数据，并分别显示在显示器上；SH、SP、FC信号的各种具体设置由计算机软件通过接口总线、接口控制电路发送到同步逻辑控制器。
全文摘要
本发明属于光、机、电、算结合型的光电综合实验测试方法。由功能电路板构成的光电综合实验，对同步逻辑信号的各项参数进行设置，并启动设备开始工作，然后进入等待状态，等待硬件申请中断，硬件在设置参数并启动后进行多通道同步的A/D转换，并将转换结果存入存储器内，然后计数，如果计数器的值达到设置的数值则申请中断，否则继续A/D转换，当硬件产生中断请求后，计算机系统响应请求，并开始传输数据、显示波形。本发明是理工科大学实验教学的重要平台，也是高新技术企业的开发实验平台。通过试验平台提供的各种光电器件在实验指导书与实验指导教师的指导下完成各种规范的实验与创造性的设计实验。
文档编号G09B25/00GK1804949SQ200510136070
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者王庆有 申请人:王庆有