傳感器原理-CCD攝像與光纖傳感器課件.ppt

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1、情境二CCD攝像傳感器及其應用一CCD的基本結構及原理CCD(ChargeCoupledDevice)是電荷耦合器件的簡稱，是20世紀60年代末出現(xiàn)的新型半導體器件。CCD它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數(shù)轉換器芯片轉換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的MOS電容器組成的陣列，其構造如圖所示。在P型或N型襯底上生長一層很薄的二氧化硅

2、，再在二氧化硅薄層上依序沉積金屬或摻雜多晶硅電極（柵極），形成規(guī)則的MOS電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構成了CCD芯片。圖8-21CCD芯片的構造二CCD圖像傳感器的應用ＣＣＤ在攝像機里是一個極其重要的部件，它起到將光線轉換成電信號的作用，類似于人的眼睛，因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。CCD的工作原理是被攝物體反射光線到CCD器件上，CCD根據光的強弱積聚相應的電荷，從而產生與光電荷量呈正比的弱電壓信號，經過濾波、放大處理，通過驅動電路輸出一個能表示敏感物體光強弱的電信號或標準的視頻信號。CCD

3、圖像傳感器具有高分辨率、高靈敏度較寬的動態(tài)范圍，所以CCD器件在攝像機、數(shù)碼相機、掃描儀、圖像傳感、尺寸測量及定位測控等領域得到非常廣泛的應用(如下圖)。CCD攝像傳感器件CCD陣列CCD攝像頭CCD掃描儀CCD數(shù)碼照相機CCD攝像機三圖像傳感器的應用1．CCD在汽車前照燈配光測試中的應用圖8-23CCD汽車前照燈配光測試系統(tǒng)結構框圖2．CCD傳感器在光電精密測徑系統(tǒng)中的應用圖8-24光電精密測徑系統(tǒng)工作原理框圖情境三光纖傳感器及應用光纖的完整名稱叫做“光導纖維”（OpticalFiber），由能傳導光波的石英玻璃纖維外

4、加保護層構成。石英玻璃纖維是用純石英經特別的工藝拉成的細絲，其直徑比頭發(fā)絲還要細（50～100μm）。相對于金屬導線來說具有重量輕、線徑細的特點。用光纖傳輸電信號時，在發(fā)送端先要將其轉換成光信號，而在接收端又要由光檢測器還原成電信號。在目前來說，已經實現(xiàn)一根光纖的傳輸速率在100Gb/s以上。而且這個速率還遠遠不是光纖的傳輸速率的極限。光纖傳感器(簡稱FOS)是20世紀70年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。它具有靈敏度高、抗電磁干擾、傳輸頻帶寬、耐腐蝕、耐高溫、體積小、質量輕等優(yōu)點，可廣泛用于位移、速度、加速度、壓力、溫

5、度、液位、流量、水位、電流、磁場、放射性等物理量的測量。一光纖的結構及傳光原理一根光纖的結構包括纖芯、包層和涂敷層。纖芯和包層一般由某種類型的玻璃或塑料制成，纖芯的折射率n1略大于包層的折射率n2。纖芯的直徑一般約為5～100μm，光主要在纖芯中傳輸。包層外面涂有硅銅或丙烯酸鹽等涂料，構成涂敷層，其作用是保護光纖不受外來損害，增加光纖的機械強度。光纖最外層包上一層不同顏色的塑料套管，一方面起保護作用，另一方面以不同顏色區(qū)分各根光纖。圖8-25光纖的基本結構通常將許多單條光纖組成光纜，光纜中的光纖少則幾根，多則幾千根。光纜

6、主要用于通信。光線的傳輸是基于光的全反射。光纖到光的原理如下圖，由于纖芯的折射率n1>包層的折射率n2，當光線從空氣中以小于一定值的入射角射入纖芯后，光纖將在纖芯和包層的分界面處產生全反射，光線將在光線內曲折的向前傳播，而不會從光纖內折射出來。圖8-26光纖導光原理圖光纖傳感器應用?簡單光纖開關、定位裝置，如圖所示。圖(a)：光纖計數(shù)；測位移（工件間隔均勻、已知）。圖(b)：測角為移；測轉速。圖(c)：工件加工定位裝置。圖(d)：光纖液位檢測、控制裝置。1．反射式位移傳感器的工作原理圖8-27反射式位移傳感器原理圖8-2

7、8反射式光纖位移傳感器的輸出特性?其它光纖位移傳感器，如圖8-47所示。圖8-47光纖位移傳感器（a）檔光型；（b）楔合型2．功能型光纖壓力傳感器圖是一種功能型光纖壓力傳感器原理原理圖?；驹恚豪霉饫w微彎損耗效應，可測壓力或位移。壓力（位移）光纖微彎傳輸光全反射條件受到一定破壞光傳輸損耗。圖功能型光纖壓力傳感器原理圖1-He-Ne激光光源；2-固定齒板；3-光電元件；4-活動齒板；5-單模光纖2．光纖壓力傳感器圖8-31光纖壓力傳感器原理圖3光纖振動傳感器輸出光纖輸入光支架懸臂光纖質量塊阻尼油?全內反射光纖液面探測器

8、，如圖所示，空氣耦合。圖光纖液面探測器（a）圓錐體測頭；（b）U型測頭；（c）棱鏡測頭光纖溫度傳感器光型光纖溫度傳感器圖為半導體吸光型光纖溫度傳感器示意圖。測溫原理：半導體感溫元件的吸光性與溫度有關，從而達到檢測溫度的目的。半導體材料的光透過率與溫度的特性曲線如下圖右所示。半導體吸光型光纖溫度傳感器半導體的光透過率特