《传感器与自动检测技术》课件第5章.ppt

******************************************************光线从水进入空气中发生偏折，故眼睛看到鱼的像在鱼上方*******************采用光导纤维电缆取代光电感测器的镜头来探测小的目标及标志.通过利用光导纤维电缆的适应性,它能自由的应用于受限区域的装置.光纤传感器的特点是:抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全。灵敏度高,重量轻,体积小,可挠曲,测量对象广泛,对被测介质影响小，可用于航空航天的复合材料中********诺贝尔奖授予的一大前提是必须有足够的事实或证据表明提出的理论或研究成果为真实有效的。要知道，那时没有粒子加速器，没有粒子对撞机，没有人能对他提出的相对论进行实验上的证明，包括他自己。这就像霍金关于黑洞的理论无法获奖一样。2009年10月4日，诺贝尔基金会评选“1921年物理学奖得主爱因斯坦”为诺贝尔奖百余年历史上最受尊崇的3位获奖者之一。（其他两位是1964年和平奖得主马丁路德金、1979年和平奖得主德兰修女。）***************************图5-46所示为三相CCD中的两位。如果在每一位的三个电极上都加上图5-46（a）所示的脉冲电压，则可实现电荷的转移。具体工作过程如图5-46（b）所示。图中取表面势增加的方向向下。在t=t1时，φ1处于高电平，而φ2、φ3处于低电平。由于φ1电极上的栅压大于开启电压，故在φ1电极下形成势阱。假设此时有外来的电荷注入，则电荷将积聚到φ1电极下；当t=t2时，φ1、φ2同时处于高电平，φ3处于低电平。故在φ1、φ2电极下都形成势阱。由于这两个电极靠得很近，电荷就从φ1电极下耦合到φ2电极下；当t=t3时，φ1上的栅压小于φ2上的栅压。故φ1电极下的势阱变“浅”，电荷更多地流向φ2电极下；当t=t4时，φ1、φ3都处于低电平，只有φ2处于高电平。故电荷全部聚集到φ2的电极下，实现了电荷从电极φ1到φ2下的转换；经过同样的过程，当t=t5时，电荷包又耦合到φ3电极下；依次类推。因此，CCD在时钟脉冲的控制下，势阱的位置可以定向移动，信号电荷也就随之转移。（3）电荷的读出通常CCD信号电荷的读出采用选通电荷积分器结构。以三相CCD为例，其电荷读出原理如图5-47所示。信号电荷包在外加驱动脉冲的作用下，在CCD移位寄存器中按顺序传送到输出级。当电荷包进入最后一个势阱（φ3下面）中时，复位脉冲φR为正，场效应管T1导通，输出二极管D处于很强的反向偏置之下，其结电容CS被充电到一个固定的直流电平上，于是源（a）电路结构（b）输出信号波形图图5-47CCD输出电路结构与输出信号波型图极跟随器T2的输出电平被复位到一个固定的且略低于VCC的电平上，此电平称为复位电平。当φR正脉冲结束后，T1截止，由于T1存在一定的漏电流，这漏电流在T1上产生一个小的管压降，使输出电压有一个下跳，其下跳值称为馈通电压。当φR为正时，φ3也处于高电位，信号电荷被转移到φ3势阱中，由于输出栅压VOG是一个比φ3低的正电位，因此信号电荷仍被保存在φ3势阱中，但随着φR正脉冲结束，并变得低于VOG时，这时信号电荷进入CS后，立即使A点电位下降到一个于信号电荷量成正比的电位上，即信号电荷越多，A点电位下降越多。与此响应，T2输出电平Vo也跟随下降，其下降幅度才是真正的信号电压，CCD输出信号波形如图5-47（b）所示。2.电荷耦合摄像器件电荷耦合摄像器件就是用于摄像或像敏的CCD。它的功能是把光学图像信号转变成视频信号输出。电荷耦合摄像器件有两大类：线阵和面阵。对于线阵器件，其光敏单元及移位寄存器排成一维阵列。它的输出为一维视频信号。而对于面阵器件，其光敏单元及移位寄存器呈二维排列。因而它的输出为二维视频信号。机械量测量中常常用线阵CCD来测量物体的尺寸和位移。下面我们将介绍线阵CCD，并给出一个应用的例子。线阵CCD分为单沟道型和双沟道型两种。单沟道型线阵CCD中的转移区——移位寄存器只有一列。它图5-48TCD141C结构原理框图位于光敏单元的一侧。而双沟道型线阵CCD中的移位寄存器有两列。它们分别位于光敏单元的两侧。如图5-48所示。TCD141C为5000个像元的高灵敏度线阵CCD。是双路输出的二相CCD。其像元尺寸为7×7mm，相邻像元中心距亦为7mm，