实际阈值=（信号的最大值－信号的最小值）×浮动阈值＋信号的最小阈值 可见，阈值的实际值是随测量值而变的，这在一定程度上消除了由于背景光不稳定造成的测量误差。另外，软件二值化可以方便地采用多次平均叠加算法提高精度。
本实验软件使用“固定阈值”法。
五、实验内容及步骤
1、CCD输出信号的测量 （1） CCD输出信号与光强的关系
● 将驱动频率设置为0档，积分时间设置为0档。
●用示波器CH1探头测试转移脉冲SH，并调节扫描速度和同步使之同步，使SH脉冲至少出现2周期。
●用示波器CH2探头测试CCD输出信号U0，改变光源强度，观察U0的波形变化，并解释波形变化的原因，最后调至接近饱和状态。
（2）CCD输出与积分时间的关系
●在上述基础上，改变积分时间，仔细观察U0信号的变化。 ●记录U0的变化的规律，并解释其原因。 （3）CCD输出与驱动频率的关系
● 将驱动频率设置为0档，积分时间设置为0档。
● 改变驱动频率，观察U0信号的变化的规律，并解释其原因。。 2、CCD输出信号的硬件二值化
（1）驱动频率设置为0档，积分时间设置为0档，将一定宽度的待测物体插入光路。
（2）用示波器CH1探头观察并测试U0，用CH2探头观察二值化输出信号U1，调节W1改变阈值电平，并用万用表测量，观察U1信号的变化。比较不同情况下阈值电平相对U0的大小。 3、CCD输出信号的软件二值化及线径测量
（1）驱动频率设置为0档，积分时间设置为0档，将实验箱通过USB接口与计算机连接。
（2）运行CCD应用软件， 如正常连接，计算机任务栏右下角会有图标显示，并有如下界面，点击“开始绘图”，则开始数据采集。主窗口下面为CCD输出信号波形，上面为经软件二值化处理的信号波形；右上角显示测得的线径宽度和此宽度所占据的像素点数。
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（3）选择“阈值设定”，在对话框中将当前无效像元数设定为0。
（4）调节光强度，使CCD输出接近饱和状态，这时CCD输出信号波形如下图（a）所示， CCD线径测量栏中的点数为某一值X，以后的测量中要保持光强不变。
（5）选择“阈值设定”，在对话框中将当前无效像元数设定为X，则CCD线径测量栏中的点数为零。
（6）将一已知宽度H的标准物体插入光路，这时CCD输出信号波形如图（b）所示，中间部分为物体遮光使输出电压下降。
（7）选择“阈值设定” 设定阈值，设定数值范围为0～256，对应阈值电压为：0～4V（界面右上角显示对应阈值电压）。使CCD线径测量栏中的线径值为H。
（8）将待测物体代替标准物体插入光路，CCD线径测量栏中的线径值则为待测物体的宽度。 （8）改变阈值电压，观察对二值化结果的影响，分析其原因。
本软件还可以用鼠标双击波形指定位置，将放大显示双击位置的象素幅值大小，每个页面显示50
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个象素，可以通过点击右上角分别指示左右的小三角符号显示相邻页面的象素。通过点击还原显示回到波形显示界面，点击保存可以保存波形图像到指定位置。
六、实验报告要求
综合测量结果，写出总结性报告，说明积分时间的含意，解释驱动频率和积分时间对CCD输出信号的影响。说明固定阈值电平法二值化的优缺点。
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实验五 PSD位移传感器特性实验
一、实验目的 了解一维PSD光电位移传感器的原理及应用
二、实验仪器
1、ZY130Fsens12SB主工作台 2、 PSD传感器及位移装置 3、 PSD传感器实验模板
三、实验原理
PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片，其断面结构如下图所示。
在长条形P-N结之间加一本征层（I层），类似于PIN光电二极管结构，P层为感光面，与PIN光电二极管不同的是在P层的两端引出两个电极，可理解为两个PIN光电二极管并联，公共电极用来加反偏压。当有光照射时产生光电流I0，此电流分成I1和I2，总电流I0= I1＋I2。当入射光射在几何中心时，一定有I1?I2，当入射光如图所示偏离几何中心时，I2，增大，I1减小，但只要入射光强度不变，则总电流I0不变。电流差I2?I1一定与入射光偏离几何中心的距离成比例。
为说明PSD感知位置的原理，将PSD简化为下图所示的电位器模型，其中R1、R2为感光面P上入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，入射光点越靠近电极，电阻越小，则电流越大。假设PSD表面分流层的阻抗是均匀的，则R1、R2正比于入射光点位置到两个输出电极间的距离。RL为等效负载。设X为入射光点距PSD几何中心的距离。
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因为
I1R2L?X ??I2R1L?XI0?I1?I2
所以可得
I1?(L?X)I0 2LI0 2LI2?(L?X)I2?I1?I0LX 或 X?(I2?I1) LI0 可见，只要入射光恒定，I0恒定，L是常数，则电流差I2－I1与入射光点距PSD几何中心的距离X成线性关系，与入射光强度无关。通过适当的处理电路，得到I2－I1的值，经过定标，就可以用来表示光点位置。
处理电路如下图所示：
由于I1、I2很小，需进行放大。U1A、U2A作为电流I1、I2的放大器，由PSDI1和PSDI2输入，
V01和V02输出。U1D为减法器，输出值为I2－I1，U1C为加法器，输出值为I2＋I1，U1A、U1B、U1C、U1D用四运放LM124。U2A为电流——电压变换器，将U1C或U1D输出的电流转换成电压，RP2调节输出幅度，U2B为电压放大器，RP1调节放大器零点，U2A、U2B用LF412。V07为输出端，接入主机箱上的电压表测量输出电压。
经过这样的处理电路，将电流差转换成电压U，用此电压表示位移X，只要转换电路是线性的，此电压与X也是线性关系，设为：
U?aX?b
测出一组实验数据U和X后，仿照实验十二，根据实验数据，计算a和b，则唯一确定了输出电压U与X的线性关系式。
四、仪器简介
1、 PSD传感器实验模板 板面布置如下图：
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