一、背景介紹
隨著時代的發(fā)展，大學(xué)理工科專業(yè)的教學(xué)越來越重視對學(xué)生創(chuàng)新思維能力和動手操作能力的培養(yǎng)，以期培養(yǎng)出符合市場需求的新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品的研發(fā)及工程技術(shù)人員，從而滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需要。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為理工科學(xué)生入校后的第一門實(shí)驗(yàn)課程，它不是簡單地對物理理論課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)延伸，而是針對培養(yǎng)理工科學(xué)生的動手能力和良好素質(zhì)而獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，具有非常重要的作用。
由于實(shí)際條件的限制，多數(shù)學(xué)校長期以來一直采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式：即教師講授實(shí)驗(yàn)原理和測量方法，學(xué)生按部就班地操作并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個過程學(xué)生不需要多少思考，更不用說進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。同時，學(xué)生本身對這種實(shí)驗(yàn)課程也往往不夠重視，多是抱著應(yīng)付課程拿學(xué)分的態(tài)度，沒有多少興趣，積極性也不高，從而導(dǎo)致了傳統(tǒng)理工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)不足的問題。針對這種狀況，我司積極響應(yīng)學(xué)校關(guān)于加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的號召，開發(fā)了“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”，配合學(xué)校開展理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新改革。
二、“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”簡介
“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”由X-LAB數(shù)據(jù)采集與分析軟件、測控中心（以智能測控主機(jī)為主，數(shù)控電源主機(jī)、信號源主機(jī)、虛擬示波器主機(jī)、溫控主機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動主機(jī)、光功率照度測試儀等等為輔助選配）、傳感器組件、應(yīng)用模塊四大部分組成。實(shí)驗(yàn)中各物理量的實(shí)時數(shù)據(jù)可通過各種傳感器組件利用傳感技術(shù)將物理量轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)接口與測控中心相連將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳入計(jì)算機(jī)中，由此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)采集，最后通X-LAB數(shù)據(jù)采集與分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和呈現(xiàn)。
“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”可以作為大學(xué)物理、光電子技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。各工具模塊通過總線連接，實(shí)現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)通信，所有工具模塊的數(shù)據(jù)都可以經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)可以控制任意工具模塊實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。系統(tǒng)可選用的傳感器有力、熱、光、電（電荷/電壓/電流）、磁等數(shù)十種。
“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”自身也配套開發(fā)了一系列配套的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從普通物理的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到近代物理的拓展課題實(shí)驗(yàn)再到光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，涵蓋了相關(guān)專業(yè)典型課程的大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。相應(yīng)的儀器配件具有很強(qiáng)的組合性，可靈活搭建出多個不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。
三、“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”系統(tǒng)在教學(xué)上的優(yōu)勢
1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集方式轉(zhuǎn)變，測量簡便多樣。
“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”改變了數(shù)據(jù)的采集方式，使物理量的測量變得簡便。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們用儀器直接測出一些基本的物理量，其它很多物理量需要通過與若干個能直接測出來的物理量之間的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出來，在這個過程中，需要掌握多種測量工具的使用，相應(yīng)的測量方案很復(fù)雜，數(shù)據(jù)計(jì)算過程也比較繁瑣。“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”改變了這樣的測量方式，借助各類傳感器去直接采集實(shí)驗(yàn)中各物理量的數(shù)據(jù)。
尤其是在隨時間變化的物理量的測量中，能夠做到實(shí)時測量，不再需要諸多的儀器來配合測量，減少了對實(shí)驗(yàn)裝置的要求，變間接測量為直接測量，簡化了操作步驟，降低了實(shí)驗(yàn)操作的難度。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器很難或無法測量的物理量在“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”中能夠很方便就測出來，拓寬了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究范圍。
2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方式轉(zhuǎn)變，側(cè)重觀察分析。
“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”利用計(jì)算機(jī)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，簡化了數(shù)據(jù)處理的過程，并可以以圖表、表格等格式將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生課后需要花大量時間來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這個過程不僅繁瑣耗時，而且使學(xué)生形成了只要計(jì)算出最終結(jié)果就算完成了實(shí)驗(yàn)的錯誤認(rèn)識，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和思考。“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”利用X-LAB數(shù)據(jù)采集與分析軟件這個強(qiáng)大的分析工具來處理計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)，最終的結(jié)果以圖表的形式同步顯示在計(jì)算機(jī)窗口中，可以使學(xué)生從繁重的數(shù)據(jù)處理工作中解放出來，引導(dǎo)學(xué)生將注意力轉(zhuǎn)向?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析上，培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析的能力。同時由軟件處理得到的結(jié)果保證了計(jì)算過程的準(zhǔn)確性，更有助于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出正確的判斷。
3、實(shí)驗(yàn)工具組件種類豐富，靈活開設(shè)實(shí)驗(yàn)。
“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”配套實(shí)驗(yàn)工具組件種類多，可靈活組合，有助于設(shè)計(jì)型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。同時實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋的范圍廣泛，配套的傳感器及工具模塊種類非常豐富，這些傳感器及工具模塊均可參與到多個不同實(shí)驗(yàn)中，非常適合學(xué)生自己動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有助于提升理工科學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新思維能力。
四、“X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺”系統(tǒng)組成
1、X-LAB數(shù)據(jù)采集與分析軟件
為適應(yīng)不同教學(xué)和學(xué)習(xí)風(fēng)格，X-LAB數(shù)據(jù)采集與分析軟件平臺不僅提供固定的實(shí)驗(yàn)軟件模塊，還能提供自定義實(shí)驗(yàn)功能模塊，使用非常靈活，不論你是想按部就班的完成課程實(shí)驗(yàn)，還是想自己研究創(chuàng)建新的實(shí)驗(yàn)界面及報(bào)告，又或者希望定制一個具備特殊意義的實(shí)驗(yàn)界面及報(bào)告，X-LAB數(shù)據(jù)采集與分析軟件都有能力滿足你的需求。
功能特點(diǎn)：
1）固定的實(shí)驗(yàn)軟件模塊，更方便的操作使用體驗(yàn)，可以隨著產(chǎn)品更新而不斷升級實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
2）自定義實(shí)驗(yàn)功能模塊：可以方便的創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)頁面，并對每個頁面獨(dú)立進(jìn)項(xiàng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)置和工具面板設(shè)置。
3）撤銷/ 恢復(fù)：每個操作都可以進(jìn)行撤銷/ 恢復(fù)，無需擔(dān)心操作出錯。
4）簡單易用的表格：對應(yīng)的工具按鈕可以對表格進(jìn)行規(guī)劃。
5）數(shù)據(jù)記錄方便：表格里面?zhèn)鞲衅鲗?yīng)的數(shù)據(jù)對應(yīng)實(shí)時顯示，并可以隨時方便記錄。
6）實(shí)驗(yàn)向?qū)В嚎梢砸龑?dǎo)學(xué)生一步一步完成實(shí)驗(yàn)。
7）設(shè)置向?qū)В褐庇^的圖片設(shè)置向?qū)Э梢砸龑?dǎo)學(xué)生容易的完成實(shí)驗(yàn)接線及參數(shù)的設(shè)置。
2、X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺測控中心
X-LAB工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺測控中心以智能測控中心主機(jī)為主，數(shù)控電源主機(jī)、信號源主機(jī)、虛擬示波器主機(jī)、溫控儀主機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器、光功率照度測試儀主機(jī)等等為輔助選配，主機(jī)都可以單獨(dú)使用，隨著產(chǎn)品線的豐富，輔助主機(jī)會逐漸增加。所有的輔助主機(jī)都可以通過總線與數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)交互，同時數(shù)據(jù)采集模塊可以采集各輔助模塊及傳感器組件的健康狀況及相關(guān)使用情況等等。模塊之間總線連接不需要借助數(shù)據(jù)線，模塊機(jī)箱頂部和底部設(shè)置有信號觸點(diǎn)，直接疊放即可。
2.1 X-LAB智能測控中心
◆ 模擬輸入：兩通道四通道同時測量電壓。
◆ 光電門輸入：數(shù)字傳感器，如光電門和飛行時間（TOF）。傳感器自動識別連接,雙向通信。
◆ 數(shù)字協(xié)議傳感器輸入：連接帶通訊協(xié)議的GCPORT傳感器。采樣率取決于傳感器。
2.2 X-LAB數(shù)控穩(wěn)壓電源
掉電預(yù)設(shè)值存儲，快捷調(diào)出預(yù)設(shè)值。
TFT全彩觸摸液晶屏，可方便查看預(yù)設(shè)電壓、預(yù)設(shè)電流、輸出電壓、輸出電流、輸出功率等。輸出狀態(tài)提示區(qū)域可以方便的看出當(dāng)前輸出開閉狀態(tài)、恒壓恒流輸出狀態(tài)、輸出是否正常、按鍵是否鎖定。在設(shè)定界面中還可以對過壓值、過流值、過功率值、數(shù)據(jù)組、液晶亮度等進(jìn)行調(diào)整。所有設(shè)置過程通過觸摸屏控制，直觀方便。
單獨(dú)使用時除了通過觸摸控制還可以通過配套上位機(jī)軟件在電腦端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制讀取。X-LAB直流電源配套X-LAB智能測試與控制平臺使用時直接通過機(jī)箱觸點(diǎn)進(jìn)行通信，可通過總線受控于X-LAB智能測試與控制平臺。
2.3 X-LAB溫控儀
TFT全彩觸摸液晶屏可實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)置、風(fēng)扇控制、溫度檢測等功能。
溫控范圍：半導(dǎo)體制冷0℃~80℃，溫度控制精度：0.1℃。
加熱：室溫~150℃，溫度控制精度：1℃。
2.4 X-LAB光功率照度測試儀
全彩觸摸液晶屏可實(shí)現(xiàn)波長校準(zhǔn)設(shè)置、清零、探頭選擇等功能
波長范圍：數(shù)字可見光探頭200~1100nm ，數(shù)字光纖功率計(jì)探頭800~1600nm
測量范圍：數(shù)字可見光探頭-50~+20dB，數(shù)字光纖功率計(jì)探頭-70~+10dBm
接口：mini DIN-8
顯示分辨率：線性顯示：1%； 對數(shù)顯示：0.01dBm
2.5 X-LAB步進(jìn)電機(jī)控制器
2軸步進(jìn)電機(jī)控制；
集穩(wěn)壓電源、驅(qū)動器、控制器于一體，采用32位微處理器；
TFT全彩觸摸液晶屏可實(shí)現(xiàn)各種菜單式操作，可作運(yùn)行速度、加速度、歸零速度、回差、細(xì)分、步進(jìn)當(dāng)量等多種設(shè)置。每個軸可獨(dú)立設(shè)置參數(shù)；
提供光電開關(guān)信號，先進(jìn)的細(xì)分驅(qū)動設(shè)計(jì)，可達(dá)64細(xì)分，電流可調(diào)，確保電移臺處于最佳運(yùn)行狀態(tài)；
標(biāo)準(zhǔn)USB接口，可與計(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)電動位移臺的操作，操作界面直觀，軟件功能豐富，開放源程序，提供二次開發(fā)平臺。
2.6 X-LAB函數(shù)信號發(fā)生器
頻率特性：正弦波頻率范圍0~60MHz
方波 三角波頻率范圍0~15MHz
方波上升時間≤15ns
脈寬范圍30ns-4000s
頻率最小分辨率0.01uHz
頻率準(zhǔn)確度 ±20ppm
頻率穩(wěn)定度±1ppm/3小時
脈沖波 TTL數(shù)字波 任意波頻率范圍0~6MHz
波形特性：波形種類正弦波、方波、三角波、脈沖波、偏正弦波、CMOS波、直流電平、半波、全波、正階梯波、反階梯波、噪聲波、指數(shù)升、指數(shù)降、多音波、辛克脈沖、洛倫茲脈沖和60種用戶自定義波形
垂直分辨率14位
采樣率266M Sa/s
波形長度2048點(diǎn)
輸出特性：幅值范圍2mVpp~20Vpp（≤10MHz）2mVpp~10Vpp（10MHz~30MHz）2mVpp~5Vpp（≥30MHz）
分辨率1mV
輸出阻抗50Ω±10%
直流偏置：-9.99V~9.99V (輸出＞4V)、-2.5V~2.5V (0.4V＜輸出≤4V)、-0.25V~0.25V (0＜輸出≤0.4V)
相位調(diào)節(jié)范圍0~359.9°，分辨率0.1°
3、X-LAB傳感器組件
X-LAB科技與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提供豐富的傳感器組件及實(shí)驗(yàn)?zāi)K。
傳感器模塊包括：光源（覆蓋紫外-紅外波段）、光度傳感器（覆蓋紫外-紅外波段）、光電門、光開關(guān)、PSD傳感器、四象限傳感器、光生電壓型傳感器、光生電流型傳感器、光敏電阻型傳感器、微弱光信號傳感器、紅外傳感器、光纖傳感器、電容傳感器、應(yīng)變傳感器、溫濕度傳感器、電壓電流電荷傳感器、磁場傳感器、氣體傳感器、力學(xué)傳感器、速度加速度傳感器等數(shù)十種傳感器。
4、X-LAB應(yīng)用模塊
應(yīng)用模塊包括各種實(shí)驗(yàn)專屬電路模塊、電路搭建模塊、實(shí)驗(yàn)搭建結(jié)構(gòu)組件、溫度源、運(yùn)動系統(tǒng)等各種實(shí)驗(yàn)配套模塊，可提供定制服務(wù)。
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（可自選/可定制）
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第一部分 |
光輻射測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
輻射量測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
光度量測量實(shí)驗(yàn) |
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第二部分 |
光源測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
LED光源特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
光通信光源特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
半導(dǎo)體激光器特性測量實(shí)驗(yàn) |
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第三部分 |
光電探測器測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
光敏電阻基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
光電二極管基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
光電三極管基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)四 |
硅光電池基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)五 |
APD光電二極管基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)六 |
PIN光電二極管基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)七 |
色敏光電二極管基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)八 |
光電倍增管基本特性測量及單光子測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)九 |
光電耦合開關(guān)基本特性測量及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十 |
一維PSD原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十一 |
二維PSD原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十二 |
太陽能電池基本特性測量及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十三 |
像增強(qiáng)器基本特性測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十四 |
熱釋電傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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第四部分 |
光電檢測原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
光電探測器輸出信號的信噪比匹配 |
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實(shí)驗(yàn)二 |
單光子計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
四象限探測器原理及光電定向?qū)嶒?yàn) |
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實(shí)驗(yàn)四 |
微型光纖光譜儀原理及組裝實(shí)驗(yàn)（線陣CCD應(yīng)用） |
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實(shí)驗(yàn)五 |
電子散斑干涉測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)六 |
激光散斑微小位移測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)七 |
2D激光位移傳感測量實(shí)驗(yàn) |
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第五部分 |
光學(xué)調(diào)制器原理及信號解調(diào)方法實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
電光調(diào)制實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
磁光調(diào)制實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)四 |
光源及光調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn) |
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第六部分 |
成像器件與系統(tǒng)的性能測試及信號處理實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
黑白線陣CCD原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
彩色線陣CCD原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
彩色面陣CCD綜合實(shí)驗(yàn) |
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第七部分 |
光電照明顯示應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
LED顯示應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
LCD顯示應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
OLED顯示應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) |
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第八部分 |
光電技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)一 |
光電報(bào)警設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)二 |
紅外遙控設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)三 |
光電耦合開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)四 |
光伏發(fā)電應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)五 |
光電探測器照明燈控制設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)六 |
光電探測器光功率計(jì)照度計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)七 |
光電探測器轉(zhuǎn)速測量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)八 |
PSD應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)九 |
熱釋電報(bào)警器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十 |
光電探測器距離測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十一 |
光電探測器溫度測量實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十二 |
光電探測器顏色識別實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十三 |
太陽能電池設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十四 |
光源調(diào)制與解調(diào)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十五 |
大功率LED光源驅(qū)動實(shí)驗(yàn) |
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實(shí)驗(yàn)十六 |
四象限傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) |