专利名称：Led远场光强分布实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光源光强分布测量实验装置，特别是LED远场光强分布实验
装直。
背景技术：
LED是一种谱带较宽、角发散较大的非相干光源。由于LED结构简单、易调制、可靠性好，且对温度不甚敏感，从仪器设备的指示到空间照明，LED广泛应用在生产生活的各个领域。LED远场光强分布的特性尤其可以用在空间照明上。光电检测教学实验中对LED的光强分布测试只限于角分布测试，LED光源与光电接收器安装在固定距离上，旋转LED或是光电接收器，测量在光轴不同角度上的光强值，测量到的是以LED光源为中心，固定半径的半圆周上光强的分布情况。缺少在空间范围内光强分布的测量。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，结构简单，操作方便，方便了学生学习 生活实验，充分地了解光源光强分布特性。本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，包括连接有转轴的LED光源、接收器、两个支架、直线导轨、步进电机1、步进电机I1、光电转换与信号处理装置和控制装置，所述步进电机I和接收器分别设置在两个支架上并且两个支架分别活动设置在直线导轨两端，所述步进电机II固定在直线导轨上并且与固定有接收器的支架连接，所述LED光源的转轴连接到步进电机I的转轴，所述步进电机I和步进电机II连接到控制装置，所述接收器连接到光电转换与信号处理装置。本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，结构简单，生产成本低，使用方便，光源发散角大，谱带宽，数据样本容量大，便于学生在学习实验中充分地了解光源的光强分别弹性和了解光源的特点，提高了实验器材的质量与实验效果。本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置的一种改进，所述LED光源的转轴竖直设置并且LED光源的出射方向为水平的。本改进通过设置的设置LED光源的出射方向为水平方向，不仅结构简单，便于操作，同时还具有光源散布性好，实验测量方便的特点，在实验中便于架设实验器材对多个测量数据进行同时测量，有效地降低了实验难度和实验耗时，提闻了实验的精度和实验效果。本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，结构简单，便于操作，采样量大，为学生在学习生活中充分地了解掌握光源的特性和光源的光强分布特点，有效地降低了学生的学习和实验作业的难度，同时采用水平出射方向的光源，能实现多点多角度同时取样检测，在不增加设备架设难度和设备成本的同时，提高了实验的效率，增加了实验设备的性倉泛。
[0007]图1、本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置的结构示意图；图2、本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置的原理图；附图标记列表:1、LED光源；2、接收器；3、支架；4、直线导轨；5、光电转换与信号处理装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式
仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。如图1和图2所示，本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，包括连接有转轴的LED光源1、接收器2、两个支架3、直线导轨4、步进电机1、步进电机I1、光电转换与信号处理装置5和控制装置，所述步进电机I和接收器分别设置在两个支架3上并且两个支架3分别活动设置在直线导轨4两端，所述步进电机II固定在直线导轨4上并且与固定有接收器2的支架3连接,所述LED光源的转轴连接到步进电机I的转轴,所述步进电机I和步进电机II连接到控制装置，所述接收器2连接到光电转换与信号处理装置5。本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，结构简单，生产成本低，使用方便，光源发散角大，谱带宽，数据样本容量大，便于学生在学习实验中充分地了解光源的光强分别弹性和了解光源的特点，提高了实验器材的质量与实验效果。作为一种优选，所述LED光源I的转轴竖直设置并且LED光源I的出射方向为水平的。通过设置的设置LED光源的出射方向为水平方向，不仅结构简单，便于操作，同时还具有光源散布性好，实验测量方便的特点，在实验中便于架设实验器材对多个测量数据进行同时测量，有效地降低了实验难度和实验耗时，提高了实验的精度和实验效果。
具体实施例如图1，LED光源I和接收器2由支架3安装在直线导轨4上，LED光源I安装在步进电机I上方，受步进电机I控制在水平方向旋转；接收器2的支架3受步进电机II控制可在导轨4上平移，同时接收器2与后端的光电转换与信号处理装置5相连，LED光源I按脉冲形式发射。光电转换与信号处理装置5主要包括了对光强信号的转换，对步进电机的控制及电信号处理与分析。光电接收器通过光电转换电路将光信号转换为电信号，经信号处理成直流量后由模数转换电路采集进入单片机。单片机控制电源端步进电机在与导轨成±90度范围内旋转，每15度采一组光强值。单片机控制光电接收器端步进电机从距光源lcm，每完成一次角分布测量向外平移lcm。在单片机对电信号采集的过程中，对每个角度的信号做初步处理，将平均值送给PC机，从+90度到-90度共1 3个点数据为一次角分布测量，在导轨方向上每Icm有一组测量值。PC机按测量点作图，可得二维平面上LED光强的远场分布情况，根据光源类型可推导出空间光强分布。[0018]LED光源的远场光强呈角分布，输出光强和角度关系近似余弦分布。在光源发射光强的直线传播路径上遵守朗伯定律，其中b为光线传播方向上的衰减系数，L为传播距离。根据LED光源的角分布和直线传播特性，设计了远场光强分布测量实验平台，主要完成沿光轴平面的二维光强分布测量，包括角平面的测量和直线方向测量，为了便于操作，将LED光源I和接收器2安装在同一直形导轨4上，并在LED光源I和接收器2上各安装一个步进电机，使LED光源实现在±90°内旋转，实现LED光轴与接收器2成Θ ;接收器2在与水平导轨4平行的方向上实现水平移动，便于测量在光线传播方向上的光强值。实验装置的基本结构如图1，测量光路和机械部分结合在一起，合并为光路部分；图中的光电转换与信号处理装置用于控制步进电机的运动与后续电信号处理及计算机对测量值的进一步处理，合并为电路部分。实验平台包括光路设计与电路设计两大部分。光路设计在图1中已表明，通过LED旋转和光电接收器的水平移动实现二维平面内的光路。图1中右侧的方框即电路设计部分，包括LED光源I发射端的电路设计原理和接收器2的电路设计原理，结构如图2。LED光源发射部分包括LED光源，光源的脉冲调制电路和控制光源转动的步进电机驱动电路。接收端包括含光电接收器光电转换电路，信号处理模块和模数转换接口电路，与PC机相连的串行通信接口电路。实验平台初始时LED光源的光轴与导轨垂直，与接收器距离5cm，测量过程中单片机控制步进电机按角度朝光电接收器方向转动LED光源，以15度为间隔，每15度测量一组光强值，直至与光电接收器对准后继续转向另一方向，直至与导轨再次垂直。此时完成一组角分布测量，光电接收器向外平移2cm，继续按上述过程以15度为间隔进行测量。测量过程中，LED光源受光源调制电路和步进电机驱动电路控制。为保证光源的使用寿命，同时也降低光源功率的起伏，采用频率调制方式，通过脉冲波形控制LED光源以2Khz的频率发射。步进值和步进方向由单片机提供。信号处理模块包括电流-电压变换、真有效值变换和放大功能。光信号经光电接收器后形成光电流，光电流与光强成正比，此时光信号变为电信号。获得输出电压量，此时光信号的强弱反映为电压量的大小。由于光信号为脉冲形式，接收到的信号仍为脉冲信号，经真有效值变换成为直流量，再经一级放大，将直流量扩展到便于模数转换器便于采集的范围。模数转换器在单片机的控制下以中断方式工作。LED光源处的步进电机控制光源每旋转15度，模数转换器启动一次中断，采集10次光强值，并求其平均值。光源完成一次±90°的旋转后，恢复初始位置，接收端平移1cm，再次启动采集周期。单片机具有初步的数据处理能力，但对较多数据量的处理及显示配合PC机使用更为有效，为此需增加串行接口，将单片机系统的TTL电平转换为RS232电平与PC机匹配。每采集完一个角度的数据计算完平均值后触发串行中断将数据发送给PC机。PC端通过应用软件编程，设置串口波特率、校验位与单片机端一致。在每个平移步进内，接收到13个光强数据成为一组，多组数据在同平面内作图，可得平面内LED光源的远场光强分布情况。将实验光源视为面发射型LED光源，是具有分布的朗伯辐射体，则其他立体角内的光强值可测量平面上的对应点替代，进而描述出空间分布。本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，结构简单，便于操作，采样量大，为学生在学习生活中充分地了解掌握光源的特性和光源的光强分布特点，有效地降低了学生的学习和实验作业的难度，同时采用水平出射方向的光源，能实现多点多角度同时取样检测，在不增加设备架设难度和设备成本的同时，提高了实验的效率，增加了实验设备的性倉泛。本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本实用新型的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.LED远场光强分布实验装置，其特征在于:包括连接有转轴的LED光源、接收器、两个支架、直线导轨、步进电机1、步进电机I1、光电转换与信号处理装置和控制装置，所述步进电机I和接收器分别设置在两个支架上并且两个支架分别活动设置在直线导轨两端，所述步进电机II固定在直线导轨上并且与固定有接收器的支架连接，所述LED光源的转轴连接到步进电机I的转轴，所述步进电机I和步进电机II连接到控制装置，所述接收器连接到光电转换与信号处理装置。
2.根据 权利要求1所述的LED远场光强分布实验装置，其特征在于:所述LED光源的转轴竖直设置并且LED光源的出射方向为水平的。
专利摘要本实用新型公开的LED远场光强分布实验装置，包括连接有转轴的LED光源、接收器、两个支架、直线导轨、步进电机Ⅰ、步进电机Ⅱ、光电转换与信号处理装置和控制装置，步进电机Ⅰ和接收器分别设置在两个支架上并且两个支架分别活动设置在直线导轨两端，步进电机Ⅱ固定在直线导轨上并且与固定有接收器的支架连接，LED光源的转轴连接到步进电机Ⅰ的转轴，步进电机连接到控制装置，接收器连接到光电转换与信号处理装置。本实用新型结构简单，光强测量范围大，使用操作方便，操作难度低，实验重复性好，使用灵活性强，有利于学生重复了解和掌握光源的光强分布特性。
文档编号G09B23/22GK202917079SQ20122062210
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者赵静, 张仙玲, 孙冬娇 申请人:南京信息工程大学