光电脉冲计数器的制作与性能优化.PDF
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光电脉冲计数器的制作
与性能优化
刘知平,沈金辉,乐永康
复旦大学物理教学实验中心
Phylab.fudan.edu.cn
破解“黑匣子”困局
• 机械设计和加工
• 传感器原理
• 电学信号处理
• 计算机接口
是电子工程,还是物理?
光电传感器
• 光强响应特性:
– 是否线性?强度响应的动态范围多大?
• 频率/波长响应特性:
– 频率/波长响应曲线,量子转换效率
• 时间响应特性?
时间响应
• 定义:
一个输入量的规定变化引起输出量随时间的
变化 (引自:百度百科)
• 例子:温度测量
– 水银温度计不适合测量气体温度的较快变化
• 时间响应特性的物理是什么?
• 能否开发相关的教学实验?
光电池的频率响应
光电池的频率响应
输入频率f :1kHz
电容放电曲线!
RC常数!
C:光电池的
寄生电容
R:采样电阻
——1MW
光电池的频率响应
光电池的频率响应
输入频率f :1kHz
R:采样电阻
——1kW
C:若不变!
RC常数是原来的
千分之一。
光电脉冲计数器的制作与性能优化
• 信号发生器生成方波驱动LED,光电池
接收该信号
• 搭建计数脉冲的装置
• 找出限制装置计数速率的因素
• 改进脉冲计数器以提高计数速率的上限
设计思路
• 信号幅度小:运放
• 模数转换器(ADC):3V
• 计数
• 显示
Arduino单片机
结果
决定频率上限的因素
• 约30kHz:Arduino单片机的ADC速率
• 如果采用更高速率的ADC,其他部件的设计
怎么优化?
• 脉冲计数方法怎么优化?
小结
• 光电池的时间响应:RC常数
• 小课题:设计、制作
– 光电传感器、信号采集、放大、模数转换等
要打开“黑匣子”
需要工程技能
更需要物理知识
谢谢!
欢迎讨论!
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进:phylab.fudan.edu.cn,学生通讯录
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