第14章 固態(tài)圖象傳感器 CCD（電荷耦合器件工作原理）n CCD是以陣列形式排列在襯底材料上的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器件組成，具有光生電荷、積蓄和轉(zhuǎn)移電荷功能。光線金屬P型硅勢阱一個勢阱所收集的光生電荷稱為一個“電荷包”。一個MOS光敏元稱為一個像素。在CCD器件是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千的規(guī)則排列的MOS光敏元，稱為光敏元陣列。 n CCD圖像傳感器n按像素的空間排列分為線陣CCD和面陣CCD。線陣CCD主要用于一維尺寸的自動檢測，精度高。面陣CCD主要用于實時攝像 CCD的基本特征參數(shù)n 1.響應(yīng)度（光電轉(zhuǎn)換因子）：指輸出的電信號與輸入的光信號能量之比：n 2.光譜特性：指器件的響應(yīng)度n與入射光頻率或波長的關(guān)系。n 3.暗電流：CCD器件在沒有光n信號輸入時，由MOS電容中的少數(shù)熱載流子形成的轉(zhuǎn)移電流。暗電流是判斷CCD器件的重要標準。n 4.分辨率：表示分辨圖像的能力，取決于光敏單元的間距，常用光敏單元數(shù)表示。 n檢測中CCD對被測圖像的分辨率取決于光敏單元的中心距、光學系統(tǒng)放大倍數(shù)及CCD光敏單元數(shù)。IkI 輸出電壓或電流，輸入光信號能量 n例：如果線陣CCD傳感器的光敏單元數(shù)為2048，相鄰光敏單元中心距為14um，光學系統(tǒng)放大倍數(shù)8，則光敏單元總長度為：n 204814um=28.672mmn CCD實際分辨率14um/8=1.75um。n最大被測物體尺寸D由下式給出：L N pDDL Np 最大被測物尺寸最大成像尺寸光學系統(tǒng)放大倍數(shù)光敏單元數(shù)光敏單元中心距 n高速線陣CCD舉例n IL-P1-4096是加拿大DALSA公司生產(chǎn)的雙相高速線陣CCD 。n雙相輸出，每相輸出數(shù)據(jù)頻率為25MHz；n 線掃描速率為87kHz；n 像素尺寸10m10m；每行4096個像素點；n IL-P1-4096可根據(jù)傳感器光敏單元（像素）上的感光變化，將對象圖像的感光變化轉(zhuǎn)化為電荷包。電荷包中電子的個數(shù)是由感光強度和CCD器件的光積分時間決定的。電荷包被收集到獨立的存儲井中，然后用像素復(fù)位時鐘來控制CCD器件的積分和曝光時間。 n CR1、CR2-輸出像素相位操作時鐘。n RST-像素復(fù)位時鐘。n TCK是行轉(zhuǎn)移同步信號，可用來控制轉(zhuǎn)移柵。n PR曝光和積分時間控制信號在TCK的兩個高電平之間，可由PR來控制CCD的曝光和積分時間。n芯片工作過程：當TCK的高電平到來時，CCD的光敏單元將采集到的光信號轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的移位單元中。光敏單元在PR積分控制信號的作用下重新開始感光積分，而進入移位單元中的信號將在兩相操作時鐘CR1X、CR2X的作用下移出。 CCD圖像傳感器的應(yīng)用飛思卡爾杯智能車競賽作品CCD振動測量系統(tǒng) 第15章 超聲波傳感器n又稱超聲波換能器或超聲波探頭，是一種聲-電轉(zhuǎn)換裝置。廣泛用于超聲波清洗、加工、超聲波檢測、探傷和測距等方面。n超聲波：（20KHz聲波）n超聲波在介質(zhì)中傳輸可產(chǎn)生三種振蕩波：n橫波（質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向）n縱波（質(zhì)點振動方向同于傳播方向）n表面波（振動方向介于縱波和橫波之間） n橫波只能在固體中傳播，縱波能在固、液、氣中傳播。表面波隨深度增加衰減迅速。 超聲波探頭n壓電式超聲波探頭最常用。n發(fā)射頭：（逆向壓電效應(yīng)）n接收頭：（正向壓電效應(yīng)） 超聲波傳感器應(yīng)用n 1、超聲波無損探傷：利用超聲波在被檢材料中傳播時，在缺陷處產(chǎn)生的折射、反射或衰減等，建立缺陷與超聲波強度、相位、頻率、衰減特性等間的相關(guān)關(guān)系，超聲探傷是目前最為廣泛的無損檢測方法。數(shù)字超聲波探傷儀超聲波探傷 n 2.超聲波測距3.超聲波清洗