光谱透过率测试实验参考资料.docx

上课参考专用
L 光谱透过率测试实验
实验目的
（1） 了解单色仪结构、原理和使用方法；进一步了解锁定放大器的工作原理以及其 使用方法。
（2） 掌握单色仪的定标方法及用单色仪测定滤光片光谱透过滤的方法。深入理解微 弱信号检测的原理匕—s sm（3f +甲），匕为输入信号的振幅，中为相对于 参考信号的相位差。此信号经由参考信号通道输出的f,2f方波控制的四点平均器进行信 号平均。多点信号平均器相当于一个带通放大器，带通的中心频率由参考方波的频率决 定，当参考信号频率发生变化时，此带通放大器的中心频率也随着变化。因此，多点信 号平均器相当于一个跟踪滤波器，能抑制干扰和噪声。本仪器采用的多点信号平均器是 由一个电阻和四个由开关控制的电容器组成，在一个周期内四个开关轮流接通，即每一 个电阻电容组成的积分器在四分之一的周期内对信号进行积分。把与参考信号（触发开关 的同步信号）同频率的正弦波在四个电容器上积分，在电容上的稳态电压分别为：
A 兀
= K V [cos 中-cos（里 + —）]
A 兀
= K V [cos（中 + 方）-cos（里 +兀）]
V =-V
c a
V =-V
d b
" A
式中K1为放大倍数，匕为输入信号的幅值，中为输入信号相对于参考信号的相位差。
K V cos p
多点信号平均器的输出信号匕，通过放大后，与参考信号的调相方波匕3进行相敏检 波，相敏检波器是开关式的相敏检波器，对于控制开关的同频信号相对于匕的相位差分 别为0°、90°、180°、270°的输出波形对应的直流分量分别是
^A tA tA
K V sinp — K V cosp — K V sinp K 耳尚*住新
s 、 2 s 、 2 s 。 2是放大倍数。
相敏检波器的开关同步信号是参考信号输出的调相方波匕3。匕3与V1的相位差分别 为0°、90°、180°、270°四个频率为1024Hz的周期依次改变，每一种相位占四分之 一周期，因此，相敏检波器的同步开关用匕3控制，输出信号通过低通滤波和放大后，在 多点信号平均器II中进行同步积累，由于模拟多点信号平均器的同步开关信号与调相同 步开关是同一个1024Hz的信号控制的，能保证严格同步。如图4所示。多点信号平均器
… ▼…A
II的输出波形匕，多点信号平均器内四个电容上轮流输出的电压分别为 K3匕cosp、
AA A
K V sinp —K V cosp —K V sinp 苴中K为总放大倍数这波形中包含了被测信
s 、 3 s 、 3 s 。其中K为心放大倍数。这波形中包含J被测信
AA
号的同相分量匕cosp和正交分量匕sinp。
同相、正交分量测量电路
被测信号用直角坐标分量表示，就需测量出同相分量和正交分量信号平均器II的输 出信号，通过两个电位器进行分压后，分成两路，分别输给同相分量通道和正交分量通 道的相敏检波器(PSD)，两通道的电路完全一样，由相敏检波器(PSD)和低通滤波器组成，
A
所不同的正交PSD只响应多点信号平均器输出波形中的匕sinP电压，同相PSD只响应
AA
匕cosp电压。通过低通滤波器后，最后的输出的直流电压为：同相分量匕=KVs cosp，
—A ・
正交分量Vy= KVs Sin P，很显然，这两个量是相敏的，可以作为矢量电压表使用，或任 何一路都可以作为单通道锁定放大器使用。上述两通道的低通滤波器的时间常数，通过 单片机控制。本仪器的测量显示是由A/D变换及单片机处理后。在液晶屏上同时显示匕，
Vy两分量。
实验仪器
锁定放大器、光栅单色仪、漠灯、斩光器、高压汞灯、会聚透镜、滤光片等。
锁定放大器的使用
信号输入
被测信号可以有两个输入端匕，匕输入，它们为超低噪声前置放大器的两个输入端。
通过输入模式的选择，被测信号可以采用下列输入方式：
单端输入模式：匕输入（同相输入）、匕输入（反相输入）
差分输入模式:匕-匕输入（差分输入）具有共模抑制能力。
输入短路模式：匕和匕均接地，用于测量输入短路噪声，或保护输入级。
接上待测信号（传感器或其它微弱信号源），根据待测信号的情况选择输入模式，如 果是要单端输入的选用A输入、差分输入的选用A-B输入，通过功能设置键进行设置。 本实验采用单端A输入模式。
接地端子
在信号输入下方为仪器的接地端子。由于本仪器输入端采用半浮地技术，对信号源、 参考源和检测仪器之间的地线要进行合理的接地，被测信号、参考信号和仪器前置放大 器的接地端须要用粗大地线连接，输入电缆尽量要短（本实验不需要粗大地线）。
时间常数的选择
锁定放大器采用的是窄带抑制噪声技术。等效噪声带宽B。反比于仪器的时间常T
（气—2T），时间常数越长，