第一篇：光電二極管特性參數(shù)的測量及原理應(yīng)用(精)

工作總結(jié)實驗報告 / / 光電池/光敏電阻/光電二極管特性參數(shù)的測量 指 導(dǎo) 人：朱小姐 實驗類型：工作檢驗及年終總結(jié) 實驗地點：搏盛科技光電子半導(dǎo)體實驗室 實驗?zāi)康模轰N售技能的考察，產(chǎn)品及相關(guān)知識的了解情況，年終總結(jié) 實驗日期：2011 年 12 月 26 日 姓 名：陳帥 職位：銷售工程師 手機號：159******** Email: chenshuaisz1688@163.com 概述 光電效應(yīng)是指入射光子與探測器材料中的束縛電子發(fā)生相互作用，使束縛電子變成為自由 電子的效應(yīng)。光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)與外光電效應(yīng)兩類。入射光子引起探測器材料表面發(fā)射 電子的效應(yīng)稱為外光電效應(yīng)。入射光子激發(fā)的載流子（電子或空穴）仍保留在材料內(nèi)部的效應(yīng) 稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)器件有光電導(dǎo)探測器（例如光敏電阻）、光生伏特器件（光電池、光電二極管、光電三極管）。實驗內(nèi)容 測量三種內(nèi)光電效應(yīng)器件（光敏電阻、光電池、光電二極管）的特性參數(shù)。注意事項 a 做實驗請關(guān)燈，以達到良好的測量效果。b 拆卸數(shù)據(jù)線時不要用力硬拽，拆不下來請轉(zhuǎn)個角度拆。c 請在自己的實驗桌上做實驗，不要到別的實驗桌旁干擾同事做實驗，更不要動他人的 儀器。d 請勿觸摸光學(xué)鏡片的表面。e 測量時不要碰導(dǎo)線，否則數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。更不能用力拉扯導(dǎo)線，導(dǎo)致接頭脫落。f 實驗完畢關(guān)閉所有電源開關(guān)。實驗報告 報告開頭請?zhí)钊胄彰⒙毼弧⑹謾C號、實驗日期。實驗完成后，請將報告打印出來，在有實驗數(shù)據(jù)、圖表的頁腳簽名，然后交到朱 小姐辦公 桌上。Word 文件請以“實驗報告+姓名”命名，發(fā)到朱小姐郵箱。請在元旦節(jié)前完成。簽名: 第 1頁

光敏電阻的特性曲線測量 一.目的要求 測量 CdS（硫化鎘）光敏電阻的伏安特性和光照特性。實驗要求達到：

1、使用 Excel 或繪圖軟件 Origin 繪制出伏安特性特性曲線

2、繪制出光照特性曲線

3、理解光敏電阻的光電特性 二.實驗原理 某些物質(zhì)吸收了光子的能量產(chǎn)生本征吸收或雜質(zhì)吸收，從而改變了物質(zhì)電導(dǎo)率的現(xiàn)象稱為 物質(zhì)的光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)只發(fā)生在某些半導(dǎo)體材料中，金屬沒有光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻 是基于光電導(dǎo)效應(yīng)工作的元件。光敏電阻具有體積小，堅固耐用，價格低廉，光譜響應(yīng)范圍寬 等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于微弱輻射信號的探測領(lǐng)域。由于光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，只要把它當(dāng)作電阻值隨光照度而變化的可變電阻器對待即可，使用時既可加直流電壓，也可以 加交流電壓。因此光敏電阻在電子電路、儀器儀表、光電控制、計量分析以及光電制導(dǎo)、激光 外差

探測等領(lǐng)域中獲得了十分廣泛的應(yīng)用。如圖，光功率為 P 的光照射到光敏電，則光敏層單位時間所吸收： 阻上，假設(shè)光全部 被吸收 的光量子數(shù)密度 N 應(yīng)為 N = P hνbdl（1）光敏層每秒產(chǎn)生的電子數(shù)密度 Ge 為： G e = ηN（2）η為有效量子效率，表示入射光子轉(zhuǎn)換為光電子的效率。它定義為： η = 單位時間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的有效電子空穴對數(shù) 單位時間內(nèi)入射光量子數(shù)（3）理想情況下，入射一個光量子產(chǎn)生一對電子空穴，η=1。實際上，η <1。光敏層內(nèi)電子總產(chǎn)生率應(yīng)為熱電子產(chǎn)生率 Gt 與光電子產(chǎn)生率 Ge 之和： G e + Gt = ηN + rt（4）在熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體的熱電子產(chǎn)生率 Gt 與熱電子復(fù)合率 rt 相平衡。導(dǎo)帶中的電子與 價帶中的空穴的總復(fù)合率 R 應(yīng)為： R = K f(?n + ni(?p + p i（5）式中，Kf 為載流子的復(fù)合幾率，Δn 為導(dǎo)帶中的光生電子濃度，Δp 為導(dǎo)帶中的光生空穴 濃度，ni 與 pi 分別為熱激發(fā)電子與空穴的濃度。同樣，熱電子復(fù)合率與導(dǎo)帶內(nèi)熱電子濃度 ni 及價帶內(nèi)空穴濃度 pi 的乘積成正比。即 簽名: 第 2頁

rt = K f ni p i（6）在熱平衡狀態(tài)載流子的產(chǎn)生率應(yīng)與復(fù)合率相等。即 ηN + K f ni pi = K f(?n + ni(?p + pi（7）在非平衡狀態(tài)下，載流子的時間變化率應(yīng)等于載流子的總產(chǎn)生率與總復(fù)合率的差： d?n = ηN + K f ni pi ? K f(?n + ni(?p + pi = ηN ? K f(?n?p + ?pni + ?npi（8）dt 下面分為弱光與強光照射兩種情況討論式（8）： ①在弱光照射下 光生載流子濃度Δn 遠小于熱激發(fā)電子濃度 ni，光生空穴濃度Δp 遠小于熱激發(fā)空穴的濃 度 pi，并考慮到本征吸收的特點，Δn=Δp，式（8）可簡化為 d?n = ηN ? K f ?n(ni + pi dt（9）?t 利用初始條件 t = 0 時，Δn = 0，解微分方程得： ?n = ητN(1 ? e 式中τ=1/Kf(ni+pi，稱為載流子的平均壽命。τ（10）由式（10）可見，光激發(fā)載流子濃度隨時間按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng) t >>τ時，載流子濃度Δ n 達到穩(wěn)態(tài)值Δn0，即達到動態(tài)平衡狀態(tài)： ?n 0 = ητN（11）（12）光激發(fā)載流子引起半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化為： ?σ = ?n0qμ = ητqμN 式中，μ為電子遷移率μn 與空穴遷移率μp 之和。光敏電阻受光照后阻值會變小也可以這么定性理解：當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時，固體材料吸收 的能量使部分價帶電子遷移到導(dǎo)帶，同時在價帶中留下空穴。這樣材料中的載流子數(shù)目增加，材料的電導(dǎo)率也就增加。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓 U 后，光電流為： I ph = A 為與電流垂直的截面積，d 為電極間的距離。A ?σ U d（13）由式（12）與式（13）可知：在一定

照度下，光敏電阻兩端所加電壓與光電流為線性關(guān)系，伏安特性曲線符合歐姆定律。光敏電阻具有與普通電阻相似的伏安特性，但它的電阻值是隨入 射光照度變化的。可以測出在不同光照下加在光敏電阻兩端的電壓與流過它的電流的關(guān)系曲 簽名: 第 3頁

線，即光敏電阻的伏安特性曲線，伏安特性曲線過零點，其斜率為某光照度下的電阻值。圖 1 不同光照下光敏電阻的伏安特性曲線 弱光照射下半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo) g 為： g = ?σ bd ητqμbd ητqμ = N = P l l hνl 2（14）可以看出，弱光照下的半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)與光功率 P 成線性關(guān)系。光照度越大，電導(dǎo)越大，電阻的阻值越小。將式（14）兩邊微分得： dg = ηqτμ dP hνl 2（15）由此可得半導(dǎo)體材料在弱光照射下的光電導(dǎo)靈敏度： S g = d g ηqτμλ = dP hcl 2（16）可見，在弱光照射下的半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)靈敏度與光電導(dǎo)材料兩電極間的長度 l 的平方 成反比，為與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。電導(dǎo)隨光照量變化越大的光敏電阻就越靈敏。在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流與光通量之間的關(guān)系稱為光照特性。光敏電阻阻值 隨光照的增加而減小。當(dāng)照度很低時，光敏電阻的光照特性近似為線性關(guān)系，斜率大致相同。隨光照度的增高，光照特性從線性漸變到非線性。當(dāng)照度變得很高時，曲線近似為拋物線性。圖 2 光敏電阻的光照特性曲線 簽名: 第 4頁

②在強光照射下 Δn>>ni，Δp>>pi，式（8）可以簡化為： d?n = ηN e,λ ? K f ?n 2 dt ? 2 t ? tanh ? τ ? 1（17）? ηN 利用初始條件 t = 0 時，Δn = 0，解微分方程得： ?n = ? e,λ ? K ? f 白色 LED 光源 準直透鏡 起偏器P1（18）式中 τ = 1 起偏器P2 聚焦透鏡 光敏元件轉(zhuǎn)盤 ηK f N e,λ 為強光照作用下載流子的平均壽命。在強光照情況下，半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)與光功率為拋物線關(guān)系： ? ηbd ? ? g = qμ ? ? hνK l 3 ? P f ? ? 兩邊微分得： dg = 1 2 1 2 數(shù)字檢流計（19）1 ? ηbd ? ? P dP qμ ? 2 ? hνK f l 3 ? ? ? 1 2 LM07電器箱 1 ? 2（20）1 2 半導(dǎo)體材料在強光照射下的光電導(dǎo)靈敏： S g 1 dg 1 ? ηbd ? ? 2 ? P = = qμ ? dP 2 ? hνK f l 3 ? ? ?（21）在強光照射下半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)靈敏度不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)而且與光照度有關(guān)，是非 線性的。從圖 2 可以看出，光照度越高，光電導(dǎo)靈敏度越低。三.實驗裝置 儀器設(shè)備主要有：導(dǎo)軌、光具座、LED 光源、CdS 光敏電阻、電源箱、數(shù)字檢流計、硬紙 片。光源為發(fā)光二極管，它具有效率高、體積小、耗電少、壽命長等優(yōu)點，且改變電源電壓可 以改變 LED 燈亮度。為了充分利用光源，在光源后放置了透鏡 L1，這樣點光源經(jīng)透鏡 L1 為出 射平行光，再經(jīng)棱鏡 L2 聚焦到光敏電阻上。為了減少環(huán)境光的影響，將光敏電阻置于遮光筒 內(nèi)，遮光筒開有一小孔，供發(fā)光二極管的光照入。光照度的變化通過轉(zhuǎn)動偏振片 P1 和 P2 的夾角達到減光效果，由馬呂斯定律： I = I 0 cos 2 α（22）I0 為當(dāng)兩偏振片平行時的出射光強。當(dāng)兩偏振片之間有夾角α?xí)r，光強就按式（22）減小，也就是起到減光效果。I 為通過偏振片后的光強。簽名: 第 5頁

實驗所用光敏電阻為最常見的CdS(硫化鎘光敏電阻。它的光譜響應(yīng)特性最接近人眼光譜光視效率,峰值響應(yīng)波長為0.52μm,在可見光波段范圍內(nèi)的靈敏度最高,因此,被廣泛地應(yīng)用于燈光的自動控制,照相機中電子快門的自動測光等。

三種光敏電阻的光譜響應(yīng)特性

四.實驗步驟、測量內(nèi)容

(1將發(fā)光二極管的底座鎖定螺絲順時針擰緊,固定在滑軌上。打開發(fā)光二極管的電源盒背面的開關(guān),將電源盒面板上的旋鈕順時針旋到底(即光照度開到最大。將透鏡L1滑動到距離發(fā)光二極管9厘米處(L1透鏡的焦距,將底座的鎖定螺絲順時針擰緊在滑軌上。

(2光路同軸等高調(diào)節(jié):將所有的器件調(diào)到同一高度,光束穿過各器件的中心。(3在光敏電阻前立一張硬紙片。一邊滑動透鏡L2,一邊觀察紙上的光斑,使光斑聚成盡可能小的光點。如果聚光效果仍不夠好,可以在滑動透鏡L2的同時,稍微滑動透鏡L1,以達到良好的聚光效果。

(4撤掉硬紙片,將光敏電阻的黑色扇形擋板轉(zhuǎn)開,露出光敏電阻黃色轉(zhuǎn)盤上的小孔,觀察光是否照進小孔。將導(dǎo)線的一端插入轉(zhuǎn)盤上“光敏電阻”背面的插口。背面有三個插口,要插入到“光敏電阻”正背后的那個插口。插入即可,不必旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)線另一端連接到“LM07光電池光敏電阻綜合實驗儀”電控箱面板上的“光電阻”接口,將“MT數(shù)字檢流計”電控箱背面的導(dǎo)線接到“LM07光電池光敏電阻綜合實驗儀”電控箱面板上的“光電流”接口,將電控箱上面板上的光電阻開關(guān)撥到“開”的位置。

(5打開“LM07光電池光敏電阻綜合實驗儀”的電源開關(guān)。面板右上角的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕可調(diào)節(jié)“供給電壓”(對光敏電阻施加的外部電壓。

(6將兩只偏振片P1、P2轉(zhuǎn)盤上的0°刻度線與標線對齊。打開“MT數(shù)字檢流計”的電源開關(guān)。面板上顯示的是光電流數(shù)值。如果光電流顯示為1,表示數(shù)值溢出了,請將增益旋鈕逆時針旋到最小。將“供給電壓”從10V→8V→6V→4V→2V→0V依次遞減,把相應(yīng)的光電流數(shù)值填入表1中。

(7旋轉(zhuǎn)兩偏振片中的一只,每次轉(zhuǎn)15°,直到兩偏振片的光軸夾角為90°。每次轉(zhuǎn)角度后,將“供給電壓”從10V→8V→6V→4V→2V→0V依次遞減,把相應(yīng)的光電流數(shù)值填入表1中。注意:由于經(jīng)常旋轉(zhuǎn)偏振器的轉(zhuǎn)盤,螺絲可能脫扣。即使兩只轉(zhuǎn)盤上 的0°刻度線與標線對齊,并不代表真實情況是這樣。可以轉(zhuǎn)動其中一只偏振器的刻度盤,當(dāng)光電流最大時,視作兩偏振片的光軸夾角為0°,然后再依次轉(zhuǎn)15°。

五.數(shù)據(jù)記錄與繪圖

表1不同光照下加在光敏電阻兩端的電壓與流過它的電流的關(guān)系αcos2αI(μA U=0V U=2V U=4V U=6V U=8V U=10V 90°0 75°0.07 60°0.25 45°0.5 30°0.75 15°0.93 0°1 根據(jù)表1中的數(shù)據(jù),使用Excel或繪圖軟件Origin繪制出如圖1所示的光敏電阻伏安特性曲線。1μA=1×10-6A 對表1中的數(shù)據(jù)進行線性擬合,電腦算出直線的斜率,將斜率填入表2中。斜率的倒數(shù)即光敏電阻在不同光照度下的電阻值,將計算出的電阻值也填入表2中。1KΩ=1×103Ω

表2光敏電阻阻值與光照度的關(guān)系

αcos2α伏安特性曲線的斜率k電阻R=1/k(KΩ 90°0 75°0.07

60°0.25 45°0.5 30°0.75 15°0.9 0°1 根據(jù)表2的數(shù)據(jù),使用Excel或繪圖軟件Origin繪制出光敏電阻的光照特性曲線: 五.觀察與思考

1、隨著溫度的升高,光敏電阻的暗電阻和靈敏度會怎樣?

2、光敏電阻效應(yīng)有什么可能的應(yīng)用? 光電池的特性曲線測量 目的要求

測量光電池的光照特性和伏安特性。實驗要求達到:

1、測量光電池在光照狀態(tài)下的短路電流I sc、開路電壓U oc、最大輸出功率P max、填充因子

FF

2、了解光電池的光伏特性和黑暗狀態(tài)下的伏安特性(二極管特性 實驗原理

1839年,法國科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel就發(fā)現(xiàn),光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”,簡稱“光伏效應(yīng)”。具有光生伏特效應(yīng)的半導(dǎo)體材料有很多,例如硅(Si、鍺(Ge、硒(Se、砷化鎵(GaAs等半導(dǎo)

體材料。利用這些材料能夠制造出具有各種特點的光生伏特器件,其中硅光生伏特器件具有制造工藝簡單、成本低等特點使它成為目前應(yīng)用最廣泛的光生伏特器件。常見的光生伏特器件有光電池、光電二極管、光電三極管、CCD等。

光生伏特器件工作基于PN結(jié)的光伏效應(yīng)。PN結(jié)的基本特征是它的電學(xué)不對稱性。在結(jié)區(qū)有一個從N側(cè)指向P側(cè)的內(nèi)建電場存在。

熱平衡下,多數(shù)載流子(N側(cè)的電子和P側(cè)的空穴的擴散作用與少數(shù)載流子(N側(cè)的空穴和P側(cè)的電子由于內(nèi)電場的漂移作用相抵消,沒有凈電流通過PN結(jié)。此時,用電壓表量不出PN結(jié)兩端有電壓,稱為零偏狀態(tài)。當(dāng)照射光激發(fā)出電子一空穴對時,電勢壘的內(nèi)建電場將把電子一空穴對分開,從而在勢壘兩側(cè)形成電荷堆積,形成光生伏特效應(yīng)。如果說光導(dǎo)現(xiàn)象是半導(dǎo)體材料的體效應(yīng),那么光伏現(xiàn)象則是半導(dǎo)體材料的“結(jié)”效應(yīng)。也就是說,實現(xiàn)光伏效應(yīng)需要有內(nèi)部電勢壘,當(dāng)照射光激發(fā)出電子一空穴對時,電勢壘的內(nèi)建電場將把電子一空穴對分開,從而在勢壘兩側(cè)形成電荷堆積,形成光生伏特效應(yīng)。這個內(nèi)部電勢壘可以是PN結(jié)、PIN結(jié)、肖特基勢壘結(jié)以及異質(zhì)結(jié)等。這里我們主要討論PN結(jié)的光伏效應(yīng),它不僅最簡單,而且是基礎(chǔ)。

如果PN結(jié)正向電壓偏置(P區(qū)接正,N區(qū)接負,則有較大正向電流流過PN結(jié)。如果把PN結(jié)反向電壓偏置(P區(qū)接負,N區(qū)接正,則有一很小的反向電流通過PN結(jié),這個電流在反向擊穿前幾乎不變,稱為反向飽和電流。

PN 結(jié)的伏安特性為:(10?=T k eu s d B e I I 式中I d 是暗(指無光照電流,I so 是反向飽和電流,U 是偏置電壓(正向偏置為正,反向偏置為負,e 是電子電荷量,k B 是波爾茲曼常數(shù), T 是絕對溫度。

PN 結(jié)光伏探測器的典型結(jié)構(gòu)及作用原理如圖所示:

(a光伏探測器的典型結(jié)構(gòu)(b工作原理

假定光生電子一空穴對在PN 結(jié)的結(jié)區(qū),即耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生。由一內(nèi)電場的作用,電子向N 區(qū)、空穴向P 區(qū)漂移運動,被內(nèi)電場分離的電子和空穴就在外回路中形成電流。為了說明光功率轉(zhuǎn)換成光電流的關(guān)系,我們設(shè)想光伏探測器兩端被短路,并用一理想電流表記錄光照下流過回路的電流,這個電流常常稱為短路光電流。

和光電導(dǎo)探測器不同,光伏探測器的工作特性要復(fù)雜一些,通常有光電池和光電二極管之分。也就是說,光伏探測器有著不同的工作模式。光電池又叫光伏電池,它可以把外界的光轉(zhuǎn)為電信號或電能。實際上這種光電池是由大面積的PN 結(jié)形成的,即在N 型硅片上擴散硼形成P 型層,并用電極引線把P 型和N 型層引出,形成正負電極。為防止表面反射光,提高轉(zhuǎn)換效率,通常在器件受光面上進行氧化,形成二氧化硅保護膜。

在光照狀態(tài)下,一個PN 結(jié)光伏探測器可等效為一個理想恒流源(光電流源、理想二極管、并聯(lián)電阻R sh、電阻R S 所組成,那么光電池的工作如圖: IPh 為光電池在光照時該等效電源輸出電流。Id 為光照時，通過光電池內(nèi)部二極管的電流。I 為光電池的輸出電流，U 為輸出電壓。由基爾霍夫定律： IRS + U ?(I ph ? I d ? I Rsh = 0 可得： I(1 + Rs U = I ph ? ? Id Rsh Rsh ? keuT ? ? I SO ?e B ? 1? ? ? ? ? 假設(shè) Rsh = ∞ 和 Rs = 0，可簡化為： I = I ph ? Id = I ph 短路時： U = 0，I ph = I SC 而開路時： I = 0，I SC ? eu ∞ ? k T ? I SO ?e B ? 1? = 0 ? ? ? ?（1）可以得到： U OC = 1 I In(SC + 1 β I SO 式（1）即為在 Rsh = ∞ 和 Rs = 0 的情況下，光電池的開路電壓 UOC 和短路電流 ISC 的關(guān)系式。其中 UOC 為開路電壓，ISC 為短路電流。短路電流和開路電壓是光電池的兩個非常重要的工作 狀態(tài)，它們分別對應(yīng)于 RL = 0 和 RL = ∞ 的情況。當(dāng)光電池外接負載電阻 R L 時，負載所獲得的功率為：PL=IL2RL 負載電阻 RL 所獲得的功率 PL 與負載電阻的阻值有關(guān)。讓我們來看以下三種情況：（1）當(dāng) RL=0（電路為短路）時，U=0，輸出功率 PL=0；（2）當(dāng)∞＜RL＜0 時，輸出功率 PL＞0。（3）當(dāng) RL=∞（電路為開路）時，IL=0，輸出功率 PL=0； 顯然，存在著最佳匹配負載電阻 RL=Ropt。在最佳負載電阻情況下，負載可以獲得最大的 輸出功率 Pmax。Ropt 取決于光電池的內(nèi)阻。簽名: 第 11頁

由于 UOC 和 ISC 均隨光照度的增強而增大，所不同的是 UOC 與光照度的對數(shù)成正比，ISC 與光 照度成正比(在弱光下，所以 Ropt 亦隨光照度變化而變化。UOC、ISC 和 Ropt 都是光電池的重要參 白色 LED光源 數(shù)。填充因子 FF 是表征光電池性能優(yōu)劣的指標，可用下式表示： 光敏元件轉(zhuǎn)盤 準直透鏡 起偏器P1 起偏器P2 聚焦透鏡 FF = Pmax U OC I SC 電 壓 調(diào) 節(jié) 電 阻 調(diào) 節(jié) 填充因子一般在 0.5~0.8 之間 數(shù)字檢流計 實驗裝置 明 光 電 池 開 開 光 開 儀器設(shè)備主要有：導(dǎo)軌、光具座、LED 光源、光電池、電源箱、數(shù)字檢流計、硬紙片。電 關(guān) 關(guān) LM07電器箱 關(guān) 阻 光電流 南京浪博科教儀器研究所 光電池接口 ：光電池黑暗狀態(tài)下的電壓 數(shù)字檢流計接口 光電阻接口 ：光電池光照狀態(tài)下的電壓 光源為發(fā)光二極管，它具有效率高、體積小、耗電少、壽命長等優(yōu)點，且改變電源電壓可 以改變 LED 燈亮度。為了充分利用光源，在光源后放置了透鏡 L1，這樣點光源經(jīng)透鏡 L1 為出 射平行光，再經(jīng)棱鏡 L2 聚焦到光敏電阻上。為了減少環(huán)境光的影響，將光敏電阻置于遮光筒 內(nèi)，遮光筒開有一小孔，供發(fā)光二極管的光照入。實驗步驟：（1）將發(fā)光二極管的底座鎖定螺絲順時針擰緊，固定在滑軌上。打開發(fā)光二極管的電源盒背 面的開關(guān)，將電源盒面板上的旋鈕順時針旋到底（即光照度開到最大）。將透鏡 L1 滑動到距離 發(fā)光二極管 9 厘米處（L1 透鏡的焦距），將底座的鎖定螺絲順時針擰緊在滑軌上。（2）光路同軸等高調(diào)節(jié)：將所有的器件調(diào)到同一高度，光束穿過各器件的中心。（3）在光電池前立一張硬紙片。一邊滑動透鏡 L2，一邊觀察紙上的光斑，使光斑聚成盡可能 小的光點。如果聚光效果仍不夠好，可以在滑動透鏡 L2 的同時，稍微滑動透鏡 L1，以達到良 好的聚光效果。（4）撤掉硬紙片，將光電池的黑色扇形擋板轉(zhuǎn)開，露出光電池的小孔，觀察光是否照進小孔。簽名: 第 12頁

將導(dǎo)線的一端插入轉(zhuǎn)盤背面的插口。背面有三個插口，要插入到 “光電池” 正背后的那個插口。插入即可，不必旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)線另一端連接到“LM07 光電池光敏電阻綜合實驗儀”電控箱面板上 的“光電池”接口。（5）將“LM07 光電池光敏電阻綜合實驗儀”面板右上角的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針旋到最 小。在做光電池光照特性實驗時，不要調(diào)節(jié)“供給電壓”的旋鈕，否則穩(wěn)壓電源將給光電池供 電，而不是光電池本身放電。（6）打開“LM07 光電池光敏電阻綜合實驗儀”的電源開關(guān)。將電控

箱面板上的光電阻開關(guān) 撥到“關(guān)”的位置。將光電池的明開關(guān)撥到“開”位置，暗開關(guān)撥到“關(guān)”位置，將面板上“電 阻調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針旋到底（阻值最小）。將 U1/U2 開關(guān)撥到“U1”，此時“電壓測量”顯示的 讀數(shù)為 0，表明此時流經(jīng)光電池的電流為短路電流。如果光電流顯示為 1，表示數(shù)值溢出了，逆時針旋下光電檢流計的鈕旋，但不要旋到底。（7）順時針旋轉(zhuǎn)“電阻調(diào)節(jié)”旋鈕，將電阻由最小逐步調(diào)到最大。每調(diào)一次電阻值，記錄下 光電流和輸出電壓 U1，把數(shù)據(jù)填入下表中。如果光電流顯示為 0，請順時針旋光電檢流計的鈕 旋。注意：明狀態(tài)時，光電檢流計所測電流為負，這與由檢流計的方向有關(guān)，只用記錄絕對值，不必記錄正負號。由于經(jīng)常旋轉(zhuǎn)偏振器的轉(zhuǎn)盤，螺絲可能脫扣。即使兩只轉(zhuǎn)盤上的 0°刻度線 與標線對齊，并不代表真實情況是這樣。表1 輸出電壓 U1(V 不同負載下，光電池的光電流、輸出電壓、輸出功率的變化情況 光電流 I(μA 負載電阻=U1/I（K ?）輸出功率 P=U1I（μW）光電池的輸出電壓與光電流的關(guān)系 簽名: 第 13頁

光電池的輸出功率和負載電阻的關(guān)系 找出上圖中的功率最大值，利用公式 FF = Pmax 計算出光電池的填充因子。式中的短路 I scU oc 電流 Isc 為表 1 中的最大電流，開路電壓 Uoc 為表 1 中的最大電壓。（8）旋轉(zhuǎn)兩偏振片中的一只，每次轉(zhuǎn) 15°之后：逆時針旋“電阻調(diào)節(jié)”的旋鈕到底（電阻接近零）記下此時的短路光電流 Isc；，再順時針旋 “電阻調(diào)節(jié)” 的旋鈕到底（電阻達到最大值 33kΩ），記下此時的開路電壓 UOC 表2 開路電壓 UOC、短路光電流 Isc 與光照度的關(guān)系 α cos2α Isc(μA U(V OC 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° 線性關(guān)系。1 0.93 0.75 0.5 0.25 0.07 0 理論上，光電流與光照度之間有線性關(guān)系： dJ / J = 6.26di / i 請用你的實驗數(shù)據(jù)作圖看是否為 簽名: 第 14頁

光電池 光照度與短路光電流的關(guān)系 UOC 與光照度 J/J0 的關(guān)系是近似函數(shù) U OC = β ln(電池的輸出電流與開路電壓都在減小。J +C J0 可以看出，當(dāng)光照度減弱時，光 光照度與開路電壓的關(guān)系（9）關(guān)掉 LED 光源。將光電池的明開關(guān)撥到“關(guān)”位置，將暗開關(guān)撥到“開”位置。旋轉(zhuǎn)黑 色扇形擋板遮住光電池的入射孔，使光電池處于黑暗狀態(tài)。黑暗狀態(tài)下的光電池工作如圖 2。黑暗狀態(tài)下的光電池等效

電路 在黑暗狀態(tài)下光電池在電路中就如同二極管。此時加在光電池兩端的正向偏壓 U 與通過 它的電流 I 之間的關(guān)系式為： I d = I s 0 eeU / k BT ? 1 簽名:(第 15頁

式中I d 是暗(指無光 照電流,I so 是反向飽和電流,U是偏置電壓(正向偏置為 正,反向偏置為負,e是電子電荷量,k B 是波爾茲曼常數(shù), T是絕對溫度。

(10把“電阻調(diào)節(jié)”的旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)到最大(阻值33kΩ。將U1/U2開關(guān)撥到“U2”,此時測量負載電阻兩端的電壓U2,電流I=U2/33kΩ。此時光電池如同二極管在工作。順時針旋轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕,“供給電壓”將顯示出對光電池施加的正向偏壓U的大小,計算出通過它的電流,填入表中。

表3 U U2I=U2/33kΩ(μA

根據(jù)數(shù)據(jù)使用Excel或繪圖軟件Origin繪制出光電池電流與正向偏壓U的曲線。由圖可看出,黑暗狀態(tài)下光電池的工作狀態(tài)與二極管加正向偏壓下類似。

觀察與思考

1、光伏器件與光電導(dǎo)探測器件有何不同?

2、最佳匹配負載電阻隨光照度的增大如何變化? 光電二極管特性曲線的測量

目的要求

測量光電二極管在不同光照度下的特性曲線。實驗原理

光電二極管又稱光敏二極管。制造一般光電二極管的材料幾乎全部選用硅或鍺的單晶材料。由于硅器件較鍺器件暗電流、溫度系數(shù)都小得多,加之制作硅器件采用的平面工藝使其管芯結(jié)構(gòu)很容易精確控制,因此,硅光電二極管得到了廣泛應(yīng)用。

硅光電二極管的封裝有多種形式。常見的是金屬外殼加入射窗口封裝。入射光通過窗口玻璃照射在管芯上。窗口玻璃又有凸透鏡和平面之分。凸透鏡有聚光作用,有利于提高靈敏度。而且由于聚焦位置與入射光方向有關(guān),因此還能減小雜散背景光的干擾。缺點是靈敏度隨方向而變,因此給對準和可靠性帶來問題。采用平面玻璃窗口的硅光電二極管雖然沒有尖銳的對準問題,但易受雜散光干擾的影響。硅光電二極管的外型及靈敏度的方向性如圖所示。

(a硅光電二極管的外形;(b靈敏度隨角度的變化

發(fā)光二極管管芯是一個具有光敏特性的PN 結(jié),它被封裝在管殼內(nèi)。發(fā)光二極管管芯的光

敏面是通過擴散工藝在N 型單晶硅上形成的一層薄膜,稱為p +n 結(jié)構(gòu)。光敏二極管的管芯以及

管芯上的PN 結(jié)面積做得較大,而管芯上的電極面積做得較小,PN 結(jié)的結(jié)深比普通半導(dǎo)體二極管做得淺,這些結(jié)構(gòu)上的特點都是為了提高光電轉(zhuǎn)換的能力。另外,與普通半導(dǎo)體二極管一樣,在硅片上生長了一層SiO 2保護層,它把PN 結(jié)的邊緣保護起來,從而提高了管子的穩(wěn)定性,減少了暗電流。

硅電二極管的典型結(jié)構(gòu)

在無輻射(暗室中的情況下,PN 結(jié)硅光電二極管的正、反向特性與普通PN 結(jié)二極管的特性一樣,其電流方程為:([] 1exp ?=kT qU I I d

I d 為U 為負值(反向偏置時且|U|>>kT/q 時(室溫下kT/q ≈0.26mV ,很容易滿足這個條件的電流,稱為反向電流或暗電流。無光照時,電路中也有很小的反向飽和漏電流,一般為1×10-8~1×10-9A(稱為暗電流,此時相當(dāng)于光敏二極管截止。

硅光電二極管的伏安特性曲線當(dāng)光輻射作用到光電二極管上時,光電二極管的全電流方程為:[]/exp(1(exp(1,e kT qU I d hc

Φq I d ?+???=αληλ式中η為光電材料的光電轉(zhuǎn)換效率,α為材料對光的吸收系數(shù)。

光電二極管為基本的光生伏特器件之一。下圖為光伏探測器在不同偏置電壓下的輸出特性曲線。在第一象限里,是正偏壓狀態(tài),本來暗(指無光照電流i D 就很大,所以光電流不起重要作用。作為光電探測器,工作在這一區(qū)域沒有意義。

光伏探測器在不同偏置電壓下的輸出特性曲線

在第三象限里,光伏探測器是反偏壓狀態(tài)。這時,I d =I so(二極管的反向飽和電流,稱為暗電流(對應(yīng)于光功率P=0,數(shù)值很小。此時的光電流是流過探測器的主要電流,對應(yīng)于光導(dǎo)工作模式。通常把光導(dǎo)工作模式的光伏探測器稱為光電二極管,它的外回路特性與光電導(dǎo)探測器十分相似。

在第四象限中,光伏探測器的外偏壓為零。流過探測器的電流仍為反向光電流,隨著光功率的不同,出現(xiàn)明顯的非線性。這時探測器的輸出是通過負載電阻R L 上的電壓或流過R L 上的電流來體現(xiàn)。因此,把這種工作模式稱為光伏工作模式。通常把光伏工作模式的光伏探測器稱為光電池。

光敏二極管與普通二極管一樣,它的PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?因此,光敏二極管工作時應(yīng)加上反向電壓。當(dāng)有光照射時,PN 結(jié)附近受光子的轟擊,半導(dǎo)體內(nèi)被束縛的價電子吸收光子能量而被擊發(fā)產(chǎn)生電子一空穴對。這些載流子的數(shù)目,對于多數(shù)載流子影響不大,但對P 區(qū)和N 區(qū)的少數(shù)載流子來說,則會使少數(shù)載流子的濃度大大提高,在反向電壓(P 區(qū)接負,N 區(qū)接正作用下,反向飽和漏電流大大增加,形成光電流,該光電流隨入射光照度的變化而相應(yīng)變化。光電流通過負載R L 時,在電阻兩端將得到隨人射光變化的電壓信號。光敏二極管就是這樣完成光電轉(zhuǎn)換的。

反向電壓偏置電路

光電二極管的工作區(qū)域應(yīng)在圖所示的第3象限與第4象限,看著不方便。采用重新定義電流與電壓正方向的方法(以PN結(jié)內(nèi)建電場的方向為正向,把特性曲線翻轉(zhuǎn)成如圖所示。

光電二極管的輸出特性曲線

Si光電二極管具有一定的光譜響應(yīng)范圍。常溫下,Si材料的禁帶寬度為1.12(eV,峰值波長約為0.9μm,長波限約為1.1μm,由于入射波長愈短,管芯表面的反射損失就愈大,從而使實際管芯吸收的能量愈少,這就產(chǎn)生了短波限問題。Si光電二極管的短波限約為0.4μm。

Si光電二極管的光譜響應(yīng)范圍 實驗步驟

(1將發(fā)光二極管的底座鎖定螺絲順時針擰緊,固定在滑軌上。打開發(fā)光二極管的電源盒背面的開關(guān),將電源盒面板上的旋鈕順時針旋到底(即光照度開到最大。將透鏡L1滑動到距離發(fā)光二極管9厘米處(L1透鏡的焦距,將底座的鎖定螺絲順時針擰緊在滑軌上。

(2光路同軸等高調(diào)節(jié):將所有的器件調(diào)到同一高度,光束穿過各器件的中心。(3旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤,使光照進光電二極管的小孔。在光電二極管前立一張硬紙片。一邊滑動透鏡L2,一邊觀察紙上的光斑,使光斑聚成盡可能小的光點。如果聚光效果仍不夠好,可以在滑動透鏡L2的同時,稍微滑動透鏡L1,以達到良好的聚光效果。撤掉硬紙片。

(4將導(dǎo)線的一端插入轉(zhuǎn)盤背面的插口。背面有三個插口,要插入到“光敏電阻”正背后的

那個插口。插入即可,不必旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)線的另一端連接到“LM07光電池光敏電阻綜合實驗儀”電控箱面板上的“光電池”卡口。

(5將光電檢流計的“增益”旋鈕逆時針旋到最小。將電控箱面板上的光電阻開關(guān)撥到關(guān)的位置,將光電池的明開關(guān)撥到關(guān)位置,暗狀態(tài)撥到開位置,順時針旋“電阻調(diào)節(jié)”到底,使電阻最大。將U1/U2開關(guān)撥到“U2”。此時,光電二極管內(nèi)部線路接成了反向電路。

(6逆時針旋轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕到底。將兩偏振片夾角旋為0°,此時光照度最大。光電二極管受光照會產(chǎn)生負電壓,“供給電壓”將顯示出這個初始負電壓,請記錄下數(shù)值。順時針旋轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕,增大反向偏壓,發(fā)現(xiàn)U2(負載電阻兩端電壓隨之升高,到飽和值之后將保持不變。注意:因為始終有光電二極管的反向電壓存在,故加載在光電二極管兩端的反向偏壓等于“供給電壓”的顯示值減去初始負電壓(即加上初始負電壓的絕對值。將兩偏振片的夾角改為30°,重復(fù)上述步驟,記錄數(shù)值。

注意:由于經(jīng)常旋轉(zhuǎn)偏振器的轉(zhuǎn)盤,螺絲可能脫扣。即使兩只轉(zhuǎn)盤上的0°刻度線與標線對齊,并不代表真實情況是這樣。

數(shù)據(jù)記錄與繪圖: 表1不同光照度下,負載電壓U2與加載在光電二極管兩端的反向偏壓U的變化關(guān)系α=0°與α=30°時

加載的反向偏壓 α=0°時的 負載電壓U2 α=30°時的

負載電壓U2 將上表中的數(shù)據(jù)輸入到Excel或繪圖軟件Origin,繪制出不同光照度下,負載電壓U2與加載在光電二極管兩端的反向偏壓U的關(guān)系:

第二篇：GPS測量原理及應(yīng)用

GPS測量原理及應(yīng)用

實習(xí)報告

專 業(yè)：12級測繪工程專業(yè)

班 級：1220502 姓 名：方 明

學(xué) 號：201220050208 指導(dǎo)教師：吳良才

目錄

一、前言.............................................................................................................3

1.1 實習(xí)目的.................................................................................................3

1.2 實習(xí)內(nèi)容.................................................................................................3

1.3 實習(xí)分組情況.........................................................................................3

二、GPS接收機認識學(xué)習(xí).................................................................................4

2.1 實驗?zāi)康囊?.......................................................................................4

2.2 儀器設(shè)備及精度指標...........................................................................4

2.3 實驗步驟及操作.....................................................................................4

三、GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)采集.....................................................................5

3.1 技術(shù)設(shè)計.................................................................................................5

3.2 測區(qū)情況及測前準備.............................................................................5

3.3 選點情況.................................................................................................5

3.4 觀測的作業(yè)要求.....................................................................................6

3.5 具體操作步驟.........................................................................................6

四、GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)處理.......................................................................7

4.1 數(shù)據(jù)傳輸.....................................................................................................7

4.2 數(shù)據(jù)處理.....................................................................................................7

4.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入.............................................................................................7

4.2.2 基線解算.............................................................................................7

4.2.3 自由網(wǎng)無約束平差...............................................................................8

4.3 成果輸出報表..............................................................................................8

五、基站架設(shè)以及RTK測圖............................................................................9

5.1 實驗?zāi)康囊?........................................................................................9

5.2 儀器設(shè)備.................................................................................................9

5.3 RTK測圖步驟.........................................................................................9

5.3.1 基準站設(shè)置....................................................................................9

5.3.2 移動站設(shè)置....................................................................................9

5.3.3 點測量............................................................................................9

5.3.4 數(shù)據(jù)傳輸.......................................................................................10

5.4 南方CASS繪圖....................................................................................10

六、實習(xí)體會.....................................................................................................11

一、前言.1 實習(xí)目的

通過實習(xí)，結(jié)合課堂教學(xué)我們可以掌握GPS接收機的操作方法，掌握利用GPS技術(shù)進 行控制測量、地形測量和放樣等測繪工作方法。加深對課堂所學(xué)理論知識的理解，產(chǎn)生對GPS測量技術(shù)的感性認識，并培養(yǎng)和提高利用所學(xué)理論知識動手解決實際問題的能力。

1.2 實習(xí)內(nèi)容

這次實習(xí)的主要實習(xí)內(nèi)容主要有四項：

1．GPS接收機認識實習(xí)；熟悉南方靈銳S86 GPS接收機的基本操作，對GPS接

收機工作原理有個認識。

2．GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)采集；在校區(qū)進行GPS網(wǎng)的布設(shè)，并進行靜態(tài)相對定

位數(shù)據(jù)采集。

3.GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)處理；利用南方GPS接收機數(shù)據(jù)處理軟件，對所采集的樣本

數(shù)據(jù)進行基線解算和網(wǎng)平差。

4.基站架設(shè)以及RTK測圖，利用GPS RTK測量技術(shù)進行碎部點測量，并用數(shù)據(jù)處理軟

件對采集的數(shù)據(jù)進行處理。以組為單位，進行地形圖的繪制。

1.3 實習(xí)分組情況

?

本次實習(xí)班級分6組進行 ?

本組成員情況介紹：

組長：方 明

組員：郭建雄、陳亞棟、付超遠、帥蘇芳、鄒輝霞、王安迪 ?

靜態(tài)采集的數(shù)據(jù)以組為單位，每個組數(shù)據(jù)一樣； ?

動態(tài)測量RTK測圖以組為單位，每個組一份圖。

二、GPS接收機認識學(xué)習(xí)

2.1 實驗?zāi)康囊?/p>

(1)了解GPS接收機組成的各個部分（接收機天線、主機及其操作面板、電源

等）及其連接；

(2)掌握GPS接收機數(shù)據(jù)采集的操作，包括整平對中、開機、輸入點號、天

線高、查看接收機工作狀態(tài)、關(guān)機等；

(3)通過認識實習(xí)，為以后的GPS靜態(tài)相對定位和RTK測圖實習(xí)做好知識和技

術(shù)上的準備。

2.2 儀器設(shè)備及精度指標

本次實習(xí)采用南方靈銳S86 GPS接收機

接收機的精度指標：

靜態(tài)平面精度：3mm+1ppm

靜態(tài)高程精度：5mm+1ppm

RTK平面精度：1cm+1ppm RTK高程精度：2cm+1ppm

2.3 實驗步驟及操作

（1）安置儀器：在任意點上放置三角架，安放基座和天線，整平對中；（2）天線與主機的連接；

（3）熟悉開機、關(guān)機、量取天線高；主機面板菜單的各項功能；輸入點 號、天線高，查看接收機工作狀態(tài)等。

三、GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)采集

3.1 技術(shù)設(shè)計依據(jù)

依據(jù)GPS測量規(guī)范及實習(xí)任務(wù)書，具體內(nèi)容為：

（1）等級：國家E級；

（2）點數(shù)：4個點組成兩個三角行，有同步環(huán)有異步環(huán)；（3）GPS控制點：依據(jù)ECIT CAMP GPS 2014網(wǎng)點選擇；

（4）成果：以:組為單位，完成設(shè)計、選點、觀測，每人分別進行數(shù)據(jù)處理

和質(zhì)量控制，并提交各自的結(jié)果。

3.2 測區(qū)概況及測前準備

測區(qū)概況：本次實習(xí)測區(qū)范圍為東華理工大學(xué)廣蘭校區(qū)，測區(qū)內(nèi)總體地勢較為平坦，部分地區(qū)有較大起伏，利于基準站和移動站的架設(shè)，但由于校區(qū)內(nèi)樹木、房屋等高大地物的影響，導(dǎo)致接收機接收衛(wèi)星信息叫空曠地區(qū)差些。

測前準備：通過一天時間將控制點位選好，以備靜態(tài)測量時使用。其次，需要分配每個小組的任務(wù)，并將測量時的一些注意事項協(xié)調(diào)好。然后，通過GPS接受儀器對所選的控制點進行測量，每個點位保證觀測兩個時段。當(dāng)外業(yè)測量結(jié)束后，運用南方GPS處理軟件進行內(nèi)業(yè)計算，得出每個控制點的坐標和高程

3.3 選點情況

小組選點情況如圖： JX51——0001（北門）

JX52——0002（國防科技樓旁）JX54——0004（西大門）JX64——0005（東大門）

3.4 觀測的作業(yè)要求

（1）觀測的時段長度≥45min,幾何圖形強度因子PDOP<6；

（2）天線的對中誤差≤3mm，天線應(yīng)整平：基座上的圓氣泡居中，天線定向

標志應(yīng)指向正北，定向誤差不宜超過±5°；

（3）觀測組應(yīng)按調(diào)度規(guī)定時間進行作業(yè)，保證同步觀測同一組衛(wèi)星； ④每時段開機后應(yīng)量取天線高，并及時輸入點名（點號）及天線高，關(guān)機后

再量取一次天線高作校核，兩次互差<3mm,取平均值作為最后結(jié)果，并

記錄在外業(yè)觀測記錄紙上；

（4）儀器工作正常后，應(yīng)及時填寫外業(yè)觀測記錄紙中的有關(guān)內(nèi)容；

（5）作業(yè)期間，觀測人員不能擅自離開測站，并應(yīng)防止儀器受震動或被移動，防止人和其他物體靠近天線，遮擋衛(wèi)星信號。雷雨過境時應(yīng)關(guān)機停測，并卸下天線以防雷擊；

（6）觀測中應(yīng)保證接收機工作正常，數(shù)據(jù)記錄正確，觀測結(jié)束后，應(yīng)及時將

數(shù)據(jù)下載到計算機上。

3.5 具體操作步驟

（1）在選好的觀測站點上安放三腳架。注意觀測站周圍的環(huán)境必須符合以下的條件，即凈空條件好，遠離反射源，避開電磁場干擾等。因此，安放時用

戶應(yīng)盡量避免將接收機放在樹蔭、建筑物下，也不要在靠近接收機的地方

使用對講機，手提電話等無線電設(shè)備。

（2）小心打開儀器箱，取出基座及對中器，將其安放在腳架上，在測點上對中、整平基座。

（3）從儀器箱中取出接收機，將其安放在對中器上，并將其鎖緊，再分別取出

采集器及其托盤，將它們安裝在腳架上。

（4）按開機鍵。三秒之內(nèi)按F1進入設(shè)置工作模式。

（5）進入設(shè)置工作模式后選擇靜態(tài)模式，然后修改截止角（15°），采樣頻率

10s，采樣模式為自動（6）按F1確定就可以采集了

（7）注意儀器在采集的時候data鍵會閃爍，要是沒有閃爍那就可能儀器的存儲已滿，要進行刪除里面以前的數(shù)據(jù)。

（8）開始進行觀測，要記住開始時間，量取儀器高。

四、GPS靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)處理

4.1 數(shù)據(jù)傳輸

? 用數(shù)據(jù)線讓接收機與計算機連接

? 利用“靈銳助手”或者與接收機機型對應(yīng)的軟件傳輸數(shù)據(jù) ? 修改點名以及天線高

4.2 數(shù)據(jù)處理

4.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

應(yīng)用南方測繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件

新建一個工程，用于存儲文件，增加觀測數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)都導(dǎo)入。

4.2.2 基線解算

常用設(shè)置中將截止角設(shè)為15度，歷元間隔為10。然后處理全部基線。處理完畢后查看每條基線的整數(shù)解，若其小于3，則需要查看此基線的基線殘差圖，去除部分多余的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，進行單獨處理這條基線，直到整數(shù)解滿足大于3的條件為止。7

4.2.3 自由網(wǎng)無約束平差

首先進行網(wǎng)平差設(shè)置，選中三維平差、二維平差、水準高程擬合，重置中央子午線為117度，高程擬合方案為曲面擬合。之后進行網(wǎng)平差，生成成果報告。

4.3 成果輸出報表（見附錄）

五、基站架設(shè)以及RTK測圖

5.1 實驗?zāi)康囊?/p>

（1）掌握基準站的架設(shè)；

（2）掌握RTK系統(tǒng)的構(gòu)成，基準站和流動站組成的各部件及其連接；（3）掌握RTK基準站和流動站的位置；（4）掌握RTK測圖的基本原理；

（5）掌握南方CASS成圖的 軟件的使用。

5.2 儀器設(shè)備

南方靈銳S86 GPS接收機；S730手簿；腳架、基座；對中桿。

5.3 RTK測量的基本步驟

5.3.1基準站設(shè)置

在已知點上架設(shè)腳架，固定基座，嚴格對中整平后，測量儀器高。開機，將接

收機調(diào)整為基準站模式，設(shè)置差分格式為CMR、電臺頻道為3。觀察DX和

TX指示燈，TX燈閃表示基準站向外發(fā)送數(shù)據(jù)，DX燈閃表示基準站接收衛(wèi)星

信號。

5.3.2移動站設(shè)置

（1）將移動站主機連接在碳纖維對中桿上，將接收天線接在主機上，調(diào)節(jié)GPS

接收機至移動站模式。

（2）打開主機，主機開始自動初始化和搜索衛(wèi)星，當(dāng)達到一定條件后，主機上

的RX指示燈開始1秒閃1次，表明已經(jīng)收到基準站差分信號。

（3）打開手簿，啟動工程之星軟件。

（4）設(shè)置文件保存路徑，新建文件和文件。

（5）連接儀器，搜索到移動站對應(yīng)的接收機信號，通過藍牙將移動站和手簿連

接在一起。

（6）電臺設(shè)置。

（7）設(shè)置移動參數(shù)：設(shè)置差分格式，CMR，設(shè)置天線高。

5.3.3 點測量

將對中桿放在目標點上，使水準器的氣泡置中。當(dāng)達到固定解時按下手

簿上的A鍵進行點的采集；按兩下手簿上的B鍵可以查看采集的點的坐標等。

5.3.4 數(shù)據(jù)傳輸

在野外采集的數(shù)據(jù)都會自動保存在手簿的“我的電腦→Flashdisk→Jobs”中。

我們需要的測量成果文件是以*.dat為后綴的文件，此文件自動存儲在我們新

建工程文件下的DATA文件中。

5.4 南方CASS繪圖

打開南方CASS→繪圖處理→展野外測點點號→將測量成果文件.dat導(dǎo)入CASS中。

根據(jù)草圖將圖完成。

展野外點點號分布圖（成果圖見附錄）

六、實習(xí)體會

這次實習(xí)中最主要的就是GPS靜態(tài)測量。GPS靜態(tài)測量，是利用測量型GPS接收機進行定位測量的一種。主要用于建立各種的控制網(wǎng)。進行GPS靜態(tài)測量時，認為GPS接收機的天線在整個觀測過程中的位置是靜止，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量，通過接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的變化來求得待定點的坐標。在測量中，GPS靜態(tài)測量的具體觀測模式是多臺接收機在不同的測站上進行靜止同步觀測，時間由40分鐘到十幾小時不等。通過實習(xí)，熟悉并熟練掌握GPS儀器的使用及進行控制測量的基本方法, 鞏固課堂所學(xué)知識，加深對測量學(xué)的基本理論的理解。了解GPS原理以及在測繪中的應(yīng)用,能夠用有關(guān)理論指導(dǎo)作業(yè)實踐，做到理論與實踐相統(tǒng)一，提高分析問題、解決問題的能力，從而對控制測量學(xué)的基本內(nèi)容得到一次實際應(yīng)用，使所學(xué)知識進一步鞏固、深化。學(xué)會GPS進行控制測量的基本方法并對GPS數(shù)據(jù)的處理，培養(yǎng)實際動手能力。

經(jīng)過了這次實習(xí)我們認識到GPS靜態(tài)相對定位對網(wǎng)形選擇的要求是很高的。首先在選擇基線時要注意在任意三角形內(nèi)所選基線至少有兩點要相互通視。再就是流動點和基準點的距離不能超過20KM。在進行對中和正平，保證接線連接正確之后，準備開機。要保證進行測量的幾組，同時開機，確保測量的準確性。測量的時候，要記錄儀器高、點位置和時間段。我們采取的時間段是60分鐘，所以一次測量60分鐘之后，進行換站，下一步測量。

附錄1

GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理成果輸出報表

GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng)型

東華理工大學(xué)GNSS網(wǎng)平差結(jié)果 施工單位：12級測繪工程 負 責(zé) 人：方明

負 責(zé) 人：2014年12月14日

2014年12月14日

文件名

觀測日期

開始

結(jié)束

點名

天線高

天線高

機號

00013482.STH 2014年12月14日 13時57分 14時57分 0001

1.5774

1.5000

W1386782639

00023481.STH 2014年12月14日 12時40分 13時40分 0002

1.4971

1.4200

W1386782643

00023482.STH 2014年12月14日 13時56分 14時56分 0002

1.4971

1.4200

W1386782643

00043481.STH 2014年12月14日 12時40分 13時42分 0004

1.4981

1.4210

W1386782658

00053481.STH 2014年12月14日 12時40分 13時42分 0005

1.4238

1.3470

W1386789841

00053482.STH 2014年12月14日 13時56分 14時57分 0005

1.4238

1.3470

W1386789841

基線簡表

中誤差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

長度

相

對誤差

00013482-00023482 觀測量L1 L2 P2同步時長 59分鐘 歷元間隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.012 0.008 0.009

-0.031

0.063

0.039

0.080

1/7 雙差浮點解

0.012 0.008 0.009

229.450

101.620

13.463

251.307

1/21148 雙差固定解 33.44 0.009 0.003 0.009

229.470

101.623

13.465

251.327

1/27627

中誤差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

長度

相

對誤差

00043481-00023481 觀測量L1 L2 P2同步時長 59分鐘 歷元間隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.011 0.008 0.008

-0.000

0.001

0.000

0.001

1/0 雙差浮點解

0.011 0.008 0.008

-4.642

-146.737

236.273

278.170

1/24904 雙差固定解 16.43 0.012 0.004 0.011

-4.639

-146.720

236.276

278.163

1/23309

中誤差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

長度

相

對誤差

00053481-00023481 觀測量L1 L2 P2同步時長 60分鐘 歷元間隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.006 0.005 0.004

368.991

-29.742

348.149

508.180

1/87354 雙差浮點解

0.009 0.007 0.006

368.781

-29.570

348.240

508.080

1/58062 雙差固定解 10.51 0.011 0.003 0.010

368.792

-29.578

348.226

508.078

1/46900

中誤差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

長度

相

對誤差

00053482-00023482 觀測量L1 L2 P2同步時長 59分鐘 歷元間隔:20 高度截止角:15.0 三差解

0.010 0.007 0.007

0.028

-0.058

-0.035

0.073

1/8 雙差浮點解

0.010 0.007 0.007

368.795

-29.631

348.201

508.067

1/52151 雙差固定解

4.51 0.017 0.010 0.014

368.804

-29.586

348.230

508.091

1/30255

中誤差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

長度

相

對誤差

00053481-00043481 觀測量L1 L2 P2同步時長 61分鐘 歷元間隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.009 0.007 0.006

0.028

-0.059

-0.036

0.074

1/8 雙差浮點解

0.009 0.007 0.006

373.414

117.144

111.955

407.056

1/43572 雙差固定解 10.53 0.011 0.005 0.010

373.431

117.135

111.947

407.066

1/35563

中誤差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增

量

長度

相

對誤差

00013482-00053482 觀測量L1 L2 P2同步時長 60分鐘 歷元間隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.012 0.011 0.003

-136.186

132.812

-335.497

385.673

1/33339 雙差浮點解

0.047 0.046 0.010

-138.597

131.763

-334.890

385.644

1/8138 雙差固定解 17.95 0.026 0.016 0.021

-139.362

131.213

-334.766

385.626

1/14570 重復(fù)基線報告

基 線 名

質(zhì)量

中誤差

X

Y

Z

基線長 相對

誤差 長度較差 長度限差

重復(fù)基線

0.0127

0.0064

0.0039

0.0022

508.0843

25.0ppm

12.72

8.61

00053481-00023481

10.51 0.0108

368.7917

-29.5778

348.2256

508.0780

1/46900

00053482-00023482

4.51 0.0168

368.8045

-29.5856

348.2299

508.0907

1/30255

剔除基線后重復(fù)基線

剔除基線后重復(fù)基線

0.0127

0.0064

0.0039

0.0022

508.0843

25.0ppm

12.72

8.61

00053481-00023481

10.51 0.0108

368.7917

-29.5778

348.2256

508.0780

1/46900

00053482-00023482

4.51 0.0168

368.8045

-29.5856

348.2299

508.0907

1/30255

基線解詳細情況

1.00013482--00023482 Gnss基線解算結(jié)果 Ver 1.00 基線 雙差固定解 測

站:(0001)輸入文件: E:FM