传感器原理-CCD摄像与光纤传感器课件.ppt

《传感器原理-CCD摄像与光纤传感器课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、情境二CCD摄像传感器及其应用一CCD的基本结构及原理CCD(ChargeCoupledDevice)是电荷耦合器件的简称，是20世纪60年代末出现的新型半导体器件。CCD它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS电容器组成的阵列，其构造如图所示。在P型或N型衬底上生长一层很薄的二氧化硅

2、，再在二氧化硅薄层上依序沉积金属或掺杂多晶硅电极（栅极），形成规则的MOS电容器阵列，再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。图8-21CCD芯片的构造二CCD图像传感器的应用ＣＣＤ在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，从而产生与光电荷量呈正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。CCD

3、图像传感器具有高分辨率、高灵敏度较宽的动态范围，所以CCD器件在摄像机、数码相机、扫描仪、图像传感、尺寸测量及定位测控等领域得到非常广泛的应用(如下图)。CCD摄像传感器件CCD阵列CCD摄像头CCD扫描仪CCD数码照相机CCD摄像机三图像传感器的应用1．CCD在汽车前照灯配光测试中的应用图8-23CCD汽车前照灯配光测试系统结构框图2．CCD传感器在光电精密测径系统中的应用图8-24光电精密测径系统工作原理框图情境三光纤传感器及应用光纤的完整名称叫做“光导纤维”（OpticalFiber），由能传导光波的石英玻璃纤维外

4、加保护层构成。石英玻璃纤维是用纯石英经特别的工艺拉成的细丝，其直径比头发丝还要细（50～100μm）。相对于金属导线来说具有重量轻、线径细的特点。用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号。在目前来说，已经实现一根光纤的传输速率在100Gb/s以上。而且这个速率还远远不是光纤的传输速率的极限。光纤传感器(简称FOS)是20世纪70年代迅速发展起来的一种新型传感器。它具有灵敏度高、抗电磁干扰、传输频带宽、耐腐蚀、耐高温、体积小、质量轻等优点，可广泛用于位移、速度、加速度、压力、温

5、度、液位、流量、水位、电流、磁场、放射性等物理量的测量。一光纤的结构及传光原理一根光纤的结构包括纤芯、包层和涂敷层。纤芯和包层一般由某种类型的玻璃或塑料制成，纤芯的折射率n1略大于包层的折射率n2。纤芯的直径一般约为5～100μm，光主要在纤芯中传输。包层外面涂有硅铜或丙烯酸盐等涂料，构成涂敷层，其作用是保护光纤不受外来损害，增加光纤的机械强度。光纤最外层包上一层不同颜色的塑料套管，一方面起保护作用，另一方面以不同颜色区分各根光纤。图8-25光纤的基本结构通常将许多单条光纤组成光缆，光缆中的光纤少则几根，多则几千根。光缆

6、主要用于通信。光线的传输是基于光的全反射。光纤到光的原理如下图，由于纤芯的折射率n1>包层的折射率n2，当光线从空气中以小于一定值的入射角射入纤芯后，光纤将在纤芯和包层的分界面处产生全反射，光线将在光线内曲折的向前传播，而不会从光纤内折射出来。图8-26光纤导光原理图光纤传感器应用简单光纤开关、定位装置，如图所示。图(a)：光纤计数；测位移（工件间隔均匀、已知）。图(b)：测角为移；测转速。图(c)：工件加工定位装置。图(d)：光纤液位检测、控制装置。1．反射式位移传感器的工作原理图8-27反射式位移传感器原理图8-2

7、8反射式光纤位移传感器的输出特性其它光纤位移传感器，如图8-47所示。图8-47光纤位移传感器（a）档光型；（b）楔合型2．功能型光纤压力传感器图是一种功能型光纤压力传感器原理原理图。基本原理：利用光纤微弯损耗效应，可测压力或位移。压力（位移）光纤微弯传输光全反射条件受到一定破坏光传输损耗。图功能型光纤压力传感器原理图1-He-Ne激光光源；2-固定齿板；3-光电元件；4-活动齿板；5-单模光纤2．光纤压力传感器图8-31光纤压力传感器原理图3光纤振动传感器输出光纤输入光支架悬臂光纤质量块阻尼油全内反射光纤液面探测器

8、，如图所示，空气耦合。图光纤液面探测器（a）圆锥体测头；（b）U型测头；（c）棱镜测头光纤温度传感器光型光纤温度传感器图为半导体吸光型光纤温度传感器示意图。测温原理：半导体感温元件的吸光性与温度有关，从而达到检测温度的目的。半导体材料的光透过率与温度的特性曲线如下图右所示。半导体吸光型光纤温度传感器半导体的光透过率特