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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 扭曲向列相液晶盒光電自適應(yīng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 在充分研究扭曲向列相（TN：Twisted Nematic）液晶盒的電光性質(zhì)與光電板的光電效應(yīng)的基礎(chǔ)上，將二者相結(jié)合運(yùn)用模擬電路和數(shù)字電路，設(shè)計(jì)了利用光電板對(duì)光強(qiáng)變化的反應(yīng)來(lái)自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)TN盒（常黑結(jié)構(gòu)）上的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)有目的的調(diào)節(jié)透射光強(qiáng)的系統(tǒng)，可達(dá)到對(duì)外界環(huán)境自適的效果。
- 詳細(xì)介紹：
- 在生產(chǎn)、生活以及實(shí)驗(yàn)中恒定的光強(qiáng)都有著一定的應(yīng)用價(jià)值，但不管是自然界的光照還是人造的光源都是不穩(wěn)定的。這樣一來(lái)，如果要建立并維持恒定的光強(qiáng)就需要一個(gè)自適應(yīng)的系統(tǒng)，能根據(jù)外界光強(qiáng)的變化自動(dòng)做出相應(yīng)的調(diào)整使獲得的光強(qiáng)達(dá)到恒定。 液晶是一種特殊的凝聚態(tài)物質(zhì)，狀態(tài)介于晶體與液體之間，既有雙軸晶體的光學(xué)各項(xiàng)異性，又有液體的流動(dòng)性，其特殊的性質(zhì)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)以及生活中都有著廣泛的應(yīng)用。在液晶的應(yīng)用中常將向列相液晶充入上下做平行處理并且錨泊方向相差π/2的液晶盒制成TN盒。TN盒在一定的驅(qū)動(dòng)電壓的作用下透光率會(huì)發(fā)生變化。 當(dāng)光的波長(zhǎng)超過(guò)光電板的紅限并維持一定時(shí)，光電板產(chǎn)生的光電流的強(qiáng)度就會(huì)與光強(qiáng)呈正比關(guān)系。將其置于TN盒后，可檢測(cè)透過(guò)TN盒的光強(qiáng)。 入射光照射到光電板產(chǎn)生光電流，光電流經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳入8位A/D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字型號(hào)與輸入信號(hào)通過(guò)數(shù)字比較器比較來(lái)判斷光電板上光電流的強(qiáng)弱變化，并發(fā)出控制信號(hào)來(lái)控制TN盒上的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制TN盒的透光率是透過(guò)光強(qiáng)在一定范圍內(nèi)維持恒定。 將TN盒、光電板、數(shù)字電路相結(jié)合即組成具有一定的自適應(yīng)能力的光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它能“感知”外界光強(qiáng)的變化，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)透光率，在TN盒后建立并維持一個(gè)光強(qiáng)恒定的環(huán)境，在生產(chǎn)、生活及實(shí)驗(yàn)中都有著積極的意義。
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 在充分研究扭曲向列相（TN：Twisted Nematic）液晶盒的電光性質(zhì)與光電板的光電效應(yīng)的基礎(chǔ)上，將二者相結(jié)合運(yùn)用模擬電路和數(shù)字電路，利用光電板對(duì)光強(qiáng)變化的反應(yīng)來(lái)自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)液晶盒（常黑結(jié)構(gòu)）上的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)有目的的調(diào)節(jié)透射光強(qiáng)，達(dá)到對(duì)外界環(huán)境自適的效果。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 利用模擬電路及數(shù)字電路將光電板對(duì)光強(qiáng)的反應(yīng)與扭曲向列相液晶盒對(duì)光強(qiáng)的調(diào)節(jié)功能相結(jié)合，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)的功能，體現(xiàn)了當(dāng)今新材料應(yīng)用領(lǐng)域人性化與智能化的相關(guān)設(shè)計(jì)思想
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 在生產(chǎn)以及生活中，產(chǎn)生并維持一個(gè)恒定的光強(qiáng)的環(huán)境具有一定的作用，例如在膠片的定影過(guò)程中，光強(qiáng)的變化對(duì)定影的最終效果有著決定性的影響，因此在照片的定影過(guò)程中利用TN盒光電自適應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生并維持一定范圍內(nèi)的恒定的光強(qiáng)具有積極地現(xiàn)實(shí)意義。而且在相關(guān)的需要恒定光強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用該系統(tǒng)也具有積極的效果。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 自適應(yīng)是指處理和分析過(guò)程中,根據(jù)處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征自動(dòng)調(diào)整處理方法、處理順序、處理參數(shù)、邊界條件或約束條件,使其與所處理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征、結(jié)構(gòu)特征相適應(yīng),以取得最佳的處理效果。在液晶的應(yīng)用中常將向列相液晶沖入上下做平行處理并且錨泊方向相差π/2的液晶盒稱為T(mén)N盒。平衡時(shí)，液晶盒中的液晶分子的指向矢沿盒縱深方向均勻扭曲，等效螺距為盒厚的四倍且遠(yuǎn)大于光波長(zhǎng)。由于向列相液晶對(duì)左右圓偏振光的折射率不同，液晶盒具有旋光性，且旋光性基本順從扭曲結(jié)構(gòu)即旋轉(zhuǎn)了π/2?？衫么诵再|(zhì)將90?TN盒放在一對(duì)平行或正交的偏振片之間可構(gòu)成常黑（NB）和常白（NB）結(jié)構(gòu)。在電場(chǎng)作用下，液晶分子的指向矢會(huì)隨著電場(chǎng)的強(qiáng)弱而發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)引起光透過(guò)率的變化。對(duì)于光電板，當(dāng)光的波長(zhǎng)低于光電板的紅限波長(zhǎng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光電子并形成光電流，當(dāng)光波長(zhǎng)一定時(shí)，光電流的大小就會(huì)和光強(qiáng)成正比。這樣一來(lái)，將TN盒與光電板的特性相結(jié)合，利用光電板對(duì)外界光強(qiáng)變化的反應(yīng)來(lái)反饋調(diào)節(jié)TN盒的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)有機(jī)地調(diào)節(jié)透射光強(qiáng)，并使透射光維持在某一恒定的強(qiáng)度不變，從而達(dá)到一個(gè)自適應(yīng)的效果。
獲獎(jiǎng)情況
- 于2011年5月在河北工業(yè)大學(xué)第四屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽上獲一等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 屬實(shí)
參考文獻(xiàn)
- [1] 范志新. 液晶器件工藝基礎(chǔ) [M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003,3 [2] 新谷隆一，范愛(ài)英，康昌鶴.偏振光[M].北京：原子能出版社, 1994, 8 [3]王新久. 液晶光學(xué)和液晶顯示[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006. [4]康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M]. 北京：高等教育出版社，2005. [5]陳國(guó)杰，曹輝. 高性能微電流集成放大器的設(shè)計(jì)[J]. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2005，25（3）：243-245.
同類課題研究水平概述
- 液晶自19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直以其特殊的光學(xué)性質(zhì)引起人們研究的極大興趣。自上個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)第一臺(tái)液晶電視問(wèn)世以來(lái)，液晶逐漸成為顯示領(lǐng)域的主流材料，其在光學(xué)的其他領(lǐng)域也得到了發(fā)展，可以說(shuō)液晶的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了應(yīng)用光學(xué)的發(fā)展。 在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域，上世紀(jì)末期，俄羅斯、意大利、英國(guó)和美國(guó)的一些研究小組都已把液晶器件用作相調(diào)制器。然而, 器件的光學(xué)質(zhì)量和對(duì)器件進(jìn)行逐點(diǎn)尋址的方法一直是令人困擾的問(wèn)題。美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室通過(guò)與其它單位的合作研究表明, 制備出可精確控制的高質(zhì)量向列液晶器件用以對(duì)入射波前進(jìn)行整形的校正，可用于分辨率要求較高的天文望遠(yuǎn)鏡上以消除大氣波動(dòng)造成的相差。最近他們還開(kāi)展了一項(xiàng)新的研究工作, 即采用高傾角的鐵電 材料制作高質(zhì)量的器件, 在自適應(yīng)系統(tǒng)中用作校正單元。國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域中，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密器械與物理研究所做過(guò)類似的研究。 對(duì)扭曲向列相液晶電光效應(yīng)的研究方面，長(zhǎng)春理工大學(xué)曾與單片機(jī)技術(shù)結(jié)合制成過(guò)光強(qiáng)調(diào)制儀器，但沒(méi)有自適應(yīng)功能。
