基本信息
- 项目名称：
- 扭曲向列相液晶盒光电自适应系统的研究与设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在充分研究扭曲向列相（TN：Twisted Nematic）液晶盒的电光性质与光电板的光电效应的基础上，将二者相结合运用模拟电路和数字电路，设计了利用光电板对光强变化的反应来自动反馈调节TN盒（常黑结构）上的驱动电压来有目的的调节透射光强的系统，可达到对外界环境自适的效果。
- 详细介绍：
- 在生产、生活以及实验中恒定的光强都有着一定的应用价值，但不管是自然界的光照还是人造的光源都是不稳定的。这样一来，如果要建立并维持恒定的光强就需要一个自适应的系统，能根据外界光强的变化自动做出相应的调整使获得的光强达到恒定。 液晶是一种特殊的凝聚态物质，状态介于晶体与液体之间，既有双轴晶体的光学各项异性，又有液体的流动性，其特殊的性质生产、实验以及生活中都有着广泛的应用。在液晶的应用中常将向列相液晶充入上下做平行处理并且锚泊方向相差π/2的液晶盒制成TN盒。TN盒在一定的驱动电压的作用下透光率会发生变化。 当光的波长超过光电板的红限并维持一定时，光电板产生的光电流的强度就会与光强呈正比关系。将其置于TN盒后，可检测透过TN盒的光强。 入射光照射到光电板产生光电流，光电流经运算放大器放大后传入8位A/D转换器将转换成的数字型号与输入信号通过数字比较器比较来判断光电板上光电流的强弱变化，并发出控制信号来控制TN盒上的驱动电压来控制TN盒的透光率是透过光强在一定范围内维持恒定。 将TN盒、光电板、数字电路相结合即组成具有一定的自适应能力的光强调节系统，它能“感知”外界光强的变化，并能自动调节透光率，在TN盒后建立并维持一个光强恒定的环境，在生产、生活及实验中都有着积极的意义。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在充分研究扭曲向列相（TN：Twisted Nematic）液晶盒的电光性质与光电板的光电效应的基础上，将二者相结合运用模拟电路和数字电路，利用光电板对光强变化的反应来自动反馈调节液晶盒（常黑结构）上的驱动电压来有目的的调节透射光强，达到对外界环境自适的效果。
科学性、先进性及独特之处
- 利用模拟电路及数字电路将光电板对光强的反应与扭曲向列相液晶盒对光强的调节功能相结合，使系统能够实现自适应的功能，体现了当今新材料应用领域人性化与智能化的相关设计思想
应用价值和现实意义
- 在生产以及生活中，产生并维持一个恒定的光强的环境具有一定的作用，例如在胶片的定影过程中，光强的变化对定影的最终效果有着决定性的影响，因此在照片的定影过程中利用TN盒光电自适应系统产生并维持一定范围内的恒定的光强具有积极地现实意义。而且在相关的需要恒定光强的实验中，应用该系统也具有积极的效果。
学术论文摘要
- 自适应是指处理和分析过程中,根据处理数据的数据特征自动调整处理方法、处理顺序、处理参数、边界条件或约束条件,使其与所处理数据的统计分布特征、结构特征相适应,以取得最佳的处理效果。在液晶的应用中常将向列相液晶冲入上下做平行处理并且锚泊方向相差π/2的液晶盒称为TN盒。平衡时，液晶盒中的液晶分子的指向矢沿盒纵深方向均匀扭曲，等效螺距为盒厚的四倍且远大于光波长。由于向列相液晶对左右圆偏振光的折射率不同，液晶盒具有旋光性，且旋光性基本顺从扭曲结构即旋转了π/2。可利用此性质将90˚TN盒放在一对平行或正交的偏振片之间可构成常黑（NB）和常白（NB）结构。在电场作用下，液晶分子的指向矢会随着电场的强弱而发生不同程度的偏转引起光透过率的变化。对于光电板，当光的波长低于光电板的红限波长时就会产生光电子并形成光电流，当光波长一定时，光电流的大小就会和光强成正比。这样一来，将TN盒与光电板的特性相结合，利用光电板对外界光强变化的反应来反馈调节TN盒的驱动电压来有机地调节透射光强，并使透射光维持在某一恒定的强度不变，从而达到一个自适应的效果。
获奖情况
- 于2011年5月在河北工业大学第四届大学生课外学术科技作品竞赛上获一等奖
鉴定结果
- 属实
参考文献
- [1] 范志新. 液晶器件工艺基础 [M].北京：北京邮电大学出版社，2003,3 [2] 新谷隆一，范爱英，康昌鹤.偏振光[M].北京：原子能出版社, 1994, 8 [3]王新久. 液晶光学和液晶显示[M]. 北京：科学出版社，2006. [4]康华光. 电子技术基础（数字部分）[M]. 北京：高等教育出版社，2005. [5]陈国杰，曹辉. 高性能微电流集成放大器的设计[J]. 核电子学与探测技术，2005，25（3）：243-245.
同类课题研究水平概述
- 液晶自19世纪末发现以来，一直以其特殊的光学性质引起人们研究的极大兴趣。自上个世纪70年代，美国第一台液晶电视问世以来，液晶逐渐成为显示领域的主流材料，其在光学的其他领域也得到了发展，可以说液晶的出现极大地推动了应用光学的发展。 在自适应光学领域，上世纪末期，俄罗斯、意大利、英国和美国的一些研究小组都已把液晶器件用作相调制器。然而, 器件的光学质量和对器件进行逐点寻址的方法一直是令人困扰的问题。美国空军实验室通过与其它单位的合作研究表明, 制备出可精确控制的高质量向列液晶器件用以对入射波前进行整形的校正，可用于分辨率要求较高的天文望远镜上以消除大气波动造成的相差。最近他们还开展了一项新的研究工作, 即采用高倾角的铁电 材料制作高质量的器件, 在自适应系统中用作校正单元。国内相关领域中，中国科学院长春光学精密器械与物理研究所做过类似的研究。 对扭曲向列相液晶电光效应的研究方面，长春理工大学曾与单片机技术结合制成过光强调制仪器，但没有自适应功能。
