光谱透过率测试实验参考资料.docx

上课参考专用
'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
=KV[cos申-cos（申+—）]
a1s2
A兀
=KV[cos（申+—）-cos（申+兀）]
b1s2
V=-V
ca
V=-V
db
式中K1为放大倍数，Vs为输入信号的幅值，申为输入信号相对于参考信号的相位差。
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VR3进行相敏检
人
KVcosp
2s
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V1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
AAA
K2VsSin、—K2VsC0SP、—K2VsSin。K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VR3。VR3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^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V3，多点信号平均器内四个电容上轮流输出的电压分别为K3VsC0SP、
AAA
K3VsSin申、—K3VsC0SP、—K3Vs"口申。其中K为总放大倍数。这波形中包含了被测信
AA
号的同相分量VsC0SP和正交分量VsSinP。
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VsSinP电压，同相PSD只响应
VsC0SP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Vx二KVsC0SP，
A
正交分量Vy二KVsSinP，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Vx，
Vy两分量。
实验仪器
锁定放大器、光栅单色仪、溴灯、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VA,VB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：VA输入（同相输入）、VB输入（反相输入）
差分输入模式:VA-VB输入（差分输入）具有共模抑制能力。
输入短路模式：匕和VB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
B=丄
（n2T），时间常数越长，等效噪声带宽越小，即对噪声的抑制能力越强。也就是
说，锁定放大器能获得信噪比的改善是牺牲时间为代价的。对于一个变化缓慢的信号，
可以采用较长的时间常数进行测量，但对于一些变化较快的信号，在测量时要注意使用的时间常数与被测量变化速度相适应。时间常数选得过短，则信噪比改善得不够，输出噪声较大。时间常数选择得过长，虽信噪比改善得较好，但有可能把有用的变化信号也给平滑掉，而不能分辫。另外，时间常数选择与被测信号的频率也有关系，特别