專利名稱：Led遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光源光強(qiáng)分布測量實驗裝置，特別是LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗
裝直。
背景技術(shù)：
LED是一種譜帶較寬、角發(fā)散較大的非相干光源。由于LED結(jié)構(gòu)簡單、易調(diào)制、可靠性好，且對溫度不甚敏感，從儀器設(shè)備的指示到空間照明，LED廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布的特性尤其可以用在空間照明上。光電檢測教學(xué)實驗中對LED的光強(qiáng)分布測試只限于角分布測試，LED光源與光電接收器安裝在固定距離上，旋轉(zhuǎn)LED或是光電接收器，測量在光軸不同角度上的光強(qiáng)值，測量到的是以LED光源為中心，固定半徑的半圓周上光強(qiáng)的分布情況。缺少在空間范圍內(nèi)光強(qiáng)分布的測量。

實用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，方便了學(xué)生學(xué)習(xí) 生活實驗，充分地了解光源光強(qiáng)分布特性。本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，包括連接有轉(zhuǎn)軸的LED光源、接收器、兩個支架、直線導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)I1、光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置和控制裝置，所述步進(jìn)電機(jī)I和接收器分別設(shè)置在兩個支架上并且兩個支架分別活動設(shè)置在直線導(dǎo)軌兩端，所述步進(jìn)電機(jī)II固定在直線導(dǎo)軌上并且與固定有接收器的支架連接，所述LED光源的轉(zhuǎn)軸連接到步進(jìn)電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸，所述步進(jìn)電機(jī)I和步進(jìn)電機(jī)II連接到控制裝置，所述接收器連接到光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置。本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，使用方便，光源發(fā)散角大，譜帶寬，數(shù)據(jù)樣本容量大，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)實驗中充分地了解光源的光強(qiáng)分別彈性和了解光源的特點，提高了實驗器材的質(zhì)量與實驗效果。本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置的一種改進(jìn)，所述LED光源的轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置并且LED光源的出射方向為水平的。本改進(jìn)通過設(shè)置的設(shè)置LED光源的出射方向為水平方向，不僅結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，同時還具有光源散布性好，實驗測量方便的特點，在實驗中便于架設(shè)實驗器材對多個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行同時測量，有效地降低了實驗難度和實驗耗時，提聞了實驗的精度和實驗效果。本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，采樣量大，為學(xué)生在學(xué)習(xí)生活中充分地了解掌握光源的特性和光源的光強(qiáng)分布特點，有效地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)和實驗作業(yè)的難度，同時采用水平出射方向的光源，能實現(xiàn)多點多角度同時取樣檢測，在不增加設(shè)備架設(shè)難度和設(shè)備成本的同時，提高了實驗的效率，增加了實驗設(shè)備的性倉泛。

[0007]圖1、本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置的原理圖；附圖標(biāo)記列表:1、LED光源；2、接收器；3、支架；4、直線導(dǎo)軌；5、光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，進(jìn)一步闡明本實用新型，應(yīng)理解下述具體實施方式
僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。如圖1和圖2所示，本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，包括連接有轉(zhuǎn)軸的LED光源1、接收器2、兩個支架3、直線導(dǎo)軌4、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)I1、光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置5和控制裝置，所述步進(jìn)電機(jī)I和接收器分別設(shè)置在兩個支架3上并且兩個支架3分別活動設(shè)置在直線導(dǎo)軌4兩端，所述步進(jìn)電機(jī)II固定在直線導(dǎo)軌4上并且與固定有接收器2的支架3連接,所述LED光源的轉(zhuǎn)軸連接到步進(jìn)電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸,所述步進(jìn)電機(jī)I和步進(jìn)電機(jī)II連接到控制裝置，所述接收器2連接到光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置5。本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，使用方便，光源發(fā)散角大，譜帶寬，數(shù)據(jù)樣本容量大，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)實驗中充分地了解光源的光強(qiáng)分別彈性和了解光源的特點，提高了實驗器材的質(zhì)量與實驗效果。作為一種優(yōu)選，所述LED光源I的轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置并且LED光源I的出射方向為水平的。通過設(shè)置的設(shè)置LED光源的出射方向為水平方向，不僅結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，同時還具有光源散布性好，實驗測量方便的特點，在實驗中便于架設(shè)實驗器材對多個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行同時測量，有效地降低了實驗難度和實驗耗時，提高了實驗的精度和實驗效果。
具體實施例如圖1，LED光源I和接收器2由支架3安裝在直線導(dǎo)軌4上，LED光源I安裝在步進(jìn)電機(jī)I上方，受步進(jìn)電機(jī)I控制在水平方向旋轉(zhuǎn)；接收器2的支架3受步進(jìn)電機(jī)II控制可在導(dǎo)軌4上平移，同時接收器2與后端的光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置5相連，LED光源I按脈沖形式發(fā)射。光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置5主要包括了對光強(qiáng)信號的轉(zhuǎn)換，對步進(jìn)電機(jī)的控制及電信號處理與分析。光電接收器通過光電轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)信號處理成直流量后由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集進(jìn)入單片機(jī)。單片機(jī)控制電源端步進(jìn)電機(jī)在與導(dǎo)軌成±90度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，每15度采一組光強(qiáng)值。單片機(jī)控制光電接收器端步進(jìn)電機(jī)從距光源lcm，每完成一次角分布測量向外平移lcm。在單片機(jī)對電信號采集的過程中，對每個角度的信號做初步處理，將平均值送給PC機(jī)，從+90度到-90度共1 3個點數(shù)據(jù)為一次角分布測量，在導(dǎo)軌方向上每Icm有一組測量值。PC機(jī)按測量點作圖，可得二維平面上LED光強(qiáng)的遠(yuǎn)場分布情況，根據(jù)光源類型可推導(dǎo)出空間光強(qiáng)分布。[0018]LED光源的遠(yuǎn)場光強(qiáng)呈角分布，輸出光強(qiáng)和角度關(guān)系近似余弦分布。在光源發(fā)射光強(qiáng)的直線傳播路徑上遵守朗伯定律，其中b為光線傳播方向上的衰減系數(shù)，L為傳播距離。根據(jù)LED光源的角分布和直線傳播特性，設(shè)計了遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布測量實驗平臺，主要完成沿光軸平面的二維光強(qiáng)分布測量，包括角平面的測量和直線方向測量，為了便于操作，將LED光源I和接收器2安裝在同一直形導(dǎo)軌4上，并在LED光源I和接收器2上各安裝一個步進(jìn)電機(jī)，使LED光源實現(xiàn)在±90°內(nèi)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)LED光軸與接收器2成Θ ;接收器2在與水平導(dǎo)軌4平行的方向上實現(xiàn)水平移動，便于測量在光線傳播方向上的光強(qiáng)值。實驗裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖1，測量光路和機(jī)械部分結(jié)合在一起，合并為光路部分；圖中的光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置用于控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動與后續(xù)電信號處理及計算機(jī)對測量值的進(jìn)一步處理，合并為電路部分。實驗平臺包括光路設(shè)計與電路設(shè)計兩大部分。光路設(shè)計在圖1中已表明，通過LED旋轉(zhuǎn)和光電接收器的水平移動實現(xiàn)二維平面內(nèi)的光路。圖1中右側(cè)的方框即電路設(shè)計部分，包括LED光源I發(fā)射端的電路設(shè)計原理和接收器2的電路設(shè)計原理，結(jié)構(gòu)如圖2。LED光源發(fā)射部分包括LED光源，光源的脈沖調(diào)制電路和控制光源轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。接收端包括含光電接收器光電轉(zhuǎn)換電路，信號處理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路，與PC機(jī)相連的串行通信接口電路。實驗平臺初始時LED光源的光軸與導(dǎo)軌垂直，與接收器距離5cm，測量過程中單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)按角度朝光電接收器方向轉(zhuǎn)動LED光源，以15度為間隔，每15度測量一組光強(qiáng)值，直至與光電接收器對準(zhǔn)后繼續(xù)轉(zhuǎn)向另一方向，直至與導(dǎo)軌再次垂直。此時完成一組角分布測量，光電接收器向外平移2cm，繼續(xù)按上述過程以15度為間隔進(jìn)行測量。測量過程中，LED光源受光源調(diào)制電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路控制。為保證光源的使用壽命，同時也降低光源功率的起伏，采用頻率調(diào)制方式，通過脈沖波形控制LED光源以2Khz的頻率發(fā)射。步進(jìn)值和步進(jìn)方向由單片機(jī)提供。信號處理模塊包括電流-電壓變換、真有效值變換和放大功能。光信號經(jīng)光電接收器后形成光電流，光電流與光強(qiáng)成正比，此時光信號變?yōu)殡娦盘枴＋@得輸出電壓量，此時光信號的強(qiáng)弱反映為電壓量的大小。由于光信號為脈沖形式，接收到的信號仍為脈沖信號，經(jīng)真有效值變換成為直流量，再經(jīng)一級放大，將直流量擴(kuò)展到便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器便于采集的范圍。模數(shù)轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)的控制下以中斷方式工作。LED光源處的步進(jìn)電機(jī)控制光源每旋轉(zhuǎn)15度，模數(shù)轉(zhuǎn)換器啟動一次中斷，采集10次光強(qiáng)值，并求其平均值。光源完成一次±90°的旋轉(zhuǎn)后，恢復(fù)初始位置，接收端平移1cm，再次啟動采集周期。單片機(jī)具有初步的數(shù)據(jù)處理能力，但對較多數(shù)據(jù)量的處理及顯示配合PC機(jī)使用更為有效，為此需增加串行接口，將單片機(jī)系統(tǒng)的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平與PC機(jī)匹配。每采集完一個角度的數(shù)據(jù)計算完平均值后觸發(fā)串行中斷將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。PC端通過應(yīng)用軟件編程，設(shè)置串口波特率、校驗位與單片機(jī)端一致。在每個平移步進(jìn)內(nèi)，接收到13個光強(qiáng)數(shù)據(jù)成為一組，多組數(shù)據(jù)在同平面內(nèi)作圖，可得平面內(nèi)LED光源的遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布情況。將實驗光源視為面發(fā)射型LED光源，是具有分布的朗伯輻射體，則其他立體角內(nèi)的光強(qiáng)值可測量平面上的對應(yīng)點替代，進(jìn)而描述出空間分布。本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，采樣量大，為學(xué)生在學(xué)習(xí)生活中充分地了解掌握光源的特性和光源的光強(qiáng)分布特點，有效地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)和實驗作業(yè)的難度，同時采用水平出射方向的光源，能實現(xiàn)多點多角度同時取樣檢測，在不增加設(shè)備架設(shè)難度和設(shè)備成本的同時，提高了實驗的效率，增加了實驗設(shè)備的性倉泛。本實用新型方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。以上所述是本實用新型的具體實施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，其特征在于:包括連接有轉(zhuǎn)軸的LED光源、接收器、兩個支架、直線導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)I1、光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置和控制裝置，所述步進(jìn)電機(jī)I和接收器分別設(shè)置在兩個支架上并且兩個支架分別活動設(shè)置在直線導(dǎo)軌兩端，所述步進(jìn)電機(jī)II固定在直線導(dǎo)軌上并且與固定有接收器的支架連接，所述LED光源的轉(zhuǎn)軸連接到步進(jìn)電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸，所述步進(jìn)電機(jī)I和步進(jìn)電機(jī)II連接到控制裝置，所述接收器連接到光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置。
2.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，其特征在于:所述LED光源的轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置并且LED光源的出射方向為水平的。
專利摘要本實用新型公開的LED遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布實驗裝置，包括連接有轉(zhuǎn)軸的LED光源、接收器、兩個支架、直線導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)Ⅰ、步進(jìn)電機(jī)Ⅱ、光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置和控制裝置，步進(jìn)電機(jī)Ⅰ和接收器分別設(shè)置在兩個支架上并且兩個支架分別活動設(shè)置在直線導(dǎo)軌兩端，步進(jìn)電機(jī)Ⅱ固定在直線導(dǎo)軌上并且與固定有接收器的支架連接，LED光源的轉(zhuǎn)軸連接到步進(jìn)電機(jī)Ⅰ的轉(zhuǎn)軸，步進(jìn)電機(jī)連接到控制裝置，接收器連接到光電轉(zhuǎn)換與信號處理裝置。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，光強(qiáng)測量范圍大，使用操作方便，操作難度低，實驗重復(fù)性好，使用靈活性強(qiáng)，有利于學(xué)生重復(fù)了解和掌握光源的光強(qiáng)分布特性。
文檔編號G09B23/22GK202917079SQ20122062210
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者趙靜, 張仙玲, 孫冬嬌 申請人:南京信息工程大學(xué)