12新型传感器及其在汽车上的应用n.ppt

一、光纤传感器的基本知识 1. 光纤的结构 2. 光纤的分类 1）按折射率分布 阶跃型光纤传光示意图 光纤传感器的基本结构 四、产品 固态图像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信号“图像”，即将光强的空间分布转换为与光强成比例的大小不等的电荷包空间分布。然后利用移位寄存器的移位功能将这些电荷包在时钟脉冲控制下实现读取与输出，形成一系列幅值不等的时序脉冲序列 一 光电器件-电荷耦合器件 (4)电荷耦合器信号输出 三、CCD器件 基本原理：利用某种待测的非声量与某些描述媒质声学特性的超声量之间存在着的直接或间接的关系。 测量对象：密度、流量、液位、厚度、缺陷等 1、超声波及其基本特性 波（动）：振动在弹性介质内的传播称为波动。 频率：次声波、声波、超声波、微波 2、超声波的波型及其转换和波速 超声波的传播速度 取决于介质的弹性常数及介质的密度，与自身频率无关。 3、超声波的反射和折射 当波速一致时 4、声波的衰减 超声波在一种介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律为 5、超声波与介质的相互作用 机械效应 超声波可以引起质点的运动 空化效应 一般表现在液体中微气泡的振动 热效应 介质吸收超声波的能量 二、超声波传感器 1、定义： 能够完成产生超声波和接收超声波功能的装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器获超声波探头。 应用：超声波传播时间传感器、目标探测、流量测量、液位测量、超声清洗、超声医疗等。 特点：精度高，被测物体不受影响。 2、分类 结构：直探头、斜探头、双探头和液浸探头 工作原理：压电式、磁致伸缩式、电磁式 3、压电式探头 超声波传感器大多数利用压电材料制成，逆压电效应将电振动转换成机械振动产生超声波，作为发射探头；正压电效应将超声波转换成电信号，作为接收探头。 压电探头主要通过压电晶片将超声振动转换为电信号 三、超声波传感器的应用 1、超声波测厚 脉冲回波法： 2、液位测量 液位计 1、光纤传感器的基本原理； 2、CCD的基本原理； 3、超声波传感器的基本原理。 P0、I0— 声波在x=0处的声压和声强； P、I — 声波在x处的声压和声强； ? — 衰减系数。 应用：工件的厚度、球墨铸铁的球化程度、泥浆 的浓度等。 通过测量发射和接收信号之间的时间差测距离。 3、超声波探伤 穿透法探伤： 穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量。 反射法探伤： 反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷。它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种。 穿透法探伤 优点：指示简单，适用于自动探伤；可避免盲区，适宜探测薄板。 缺点：探测灵敏度较低，不能发现小缺陷；根据能量的变化可判断有无缺陷，但不能定位；对两探头的相对位置要求较高。 穿透法探伤原理 本章要点： 素材天下 （3）电荷耦合器件（CCD） Charge—Coupled Devices 电荷耦合器件，又称CCD图象传感器，是一种大规模集成电路光电器件电荷耦合器件。具有光电转换，信息存储、延时、传输、处理等功能。 特点：集成度高、尺寸小、电压低（DC7～12V）、功耗小。 该技术的发展促进了各种视频装置的普及和微型化，应用遍及航天、遥感、天文、通讯、工业、农业、军用等各个领域 CCD是由一系列排得很紧密MOS（金属-氧化物-半导体)电容器组成。它是以电荷作为信号，通过电荷的存储和转移，来实现信号的存储和转移，这是它的突出特点。因此，CCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测。以下分别说明。 作为CCD的基本单元MOS电容器的 结构如图1所示。在硅片上通过氧 化生成一层SiO2为绝缘层，再蒸镀 一层小面积金属作为电极，称栅极 ，半导体硅(在此以P型硅为例）作 为底电极，又称衬底。 半导体物理学知识告诉我们，热或光的激发可在半导体内产生电子-空穴对，故半导体载流子有带负电荷的电子，也有带正电荷的空穴。P型半导体里空穴浓度高，为多数载流子，电子浓度少，为少数载流子，N型半导体则相反。 当外界有光信号射入到MOS的P型半导体内时会产生电子-空穴对，光越强，电子-空穴对越多，这样光的强弱就与电子-空穴对的数量对应起来，信号电荷产生了，光信号就转换为电信号。 面阵电荷耦合器 面型CCD是把光敏元件排列成矩阵形式 传输读出结构有不同类型。 基本构成有： 帧转送方式（Frame Transfer CCD） 行间转送方式（Inter Li