自动检测第12章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,第十二章 新型传感器,本章学习集成温度传感器、磁性传感器、光导纤维传感器、图像传感器的原理以及他们的应用，还涉及数码相机的相关知识。,9/3/2024,1,第一节 集成温度传感器,集成温度传感器温度IC将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。,9/3/2024,2,一、集成温度传感器的测温原理,PN,结的 温度特性,二极管的正向电压降,U,D,以 -2mV/ 变化,9/3/2024,3,集成温度传感器的类型,集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器。模拟型的输出信号形式有电压型和电流型两种。 电压型的灵敏度多为10mV/以摄氏温度0作为电压的零点，电流型的灵敏度多为1A/K以绝对温度0K作为电流的零点；数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。,9/3/2024,4,一模拟型集成温度传感器,1.模拟型集成温度传感器,电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，,AD590,是电流输出型温度传感器的典型产品。,9/3/2024,5,AD590,封装示意图,空脚接地,9/3/2024,6,电压输出型集成温度传感器,LM35/45,LM35/45,的外形及引脚图,9/3/2024,9,电压输出型集成温度传感器,LM35/45,LM35/45,构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器,9/3/2024,10,在电脑中，集成温度传感器用于CPU散热保护电路,散热风扇,集成温度,IC,CPU插座,CPU散热片,9/3/2024,11,MAX6502,用于控制散热风扇的转速,当,CPU,进行复杂运算时，风扇处于全速运行。,场效应管功率驱动,9/3/2024,12,第二节 磁性传感器,一、磁致伸缩效应及应用,稀土原料,某些磁性材料在外磁场作用下，物理尺寸会发生变化，去掉外磁场后，又恢复到原来的尺寸，这种现象称为磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩材料是目前性能最好的超磁致伸缩材料之一。,9/3/2024,13,稀土超磁致伸缩材料的应用,稀土超磁致伸缩材料可将电磁能转换成机械能或声能或机械位移信息或声信息，相反也可以将机械能或机械位移与信息转换成电磁能或电磁信息，它是重要的能量与信息转换功能材料，可用于制作大功率声纳传感器。,9/3/2024,14,声纳的应用,声纳发射、接收器,声纳反潜,9/3/2024,15,声纳反潜的原理,9/3/2024,16,磁致伸缩位移传感器参考德国图尔克公司资料,位移,9/3/2024,17,磁致伸缩液位传感器参考广东康宇测控仪表公司资料,磁致伸缩液位传感器可靠性强、耐腐蚀、安装方便。,9/3/2024,18,磁致伸缩液位传感器结构,信号处理单元壳体,不锈钢套管 内有磁致伸缩线,浮子内有磁铁,吃水线,9/3/2024,19,磁致伸缩液位传感器的应用,9/3/2024,20,各种液位计的外形和安装比较续,9/3/2024,21,二、磁敏传感器,磁敏电阻：半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。,9/3/2024,22,磁敏电阻的应用,磁敏电阻可用于测量地球磁场的方向及强度的变化。,指南针只能指示,地球磁场的方向。,9/3/2024,23,地球磁场“导演的极光加拿大育空地区,9/3/2024,24,磁阻式电子罗盘,9/3/2024,25,磁敏电阻,IC,及其应用,线性磁阻位置传感器,9/3/2024,26,磁敏电阻的应用,根据铁磁物体对地磁的扰动，可检测车辆的存在，可用于包括自动开门，路况监测，停车场检测，车辆位置监测，红绿灯控制等。,9/3/2024,27,利用磁敏电阻制作小型探矿仪磁力仪,磁敏电阻,聚四氟乙烯封装,磁力 探矿仪的使用,9/3/2024,28,磁敏电阻小型探矿仪,上海直川信息技术研制的磁阻探矿仪及数据统计曲线图,9/3/2024,29,磁阻,IC,用于转速测量,磁力线集中,磁力线分散,9/3/2024,30,磁阻,IC,用于笔式验钞器,验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描,9/3/2024,31,第十二章：第三节 光导纤维传感器,光的全反射实验,9/3/2024,32,各种装饰性光导纤维,9/3/2024,33,发光二极管产生多种颜色的光线，通过光导纤维传导到东方明珠球体的外表。在计算机控制下，可产生动态图案。,上海东方明珠,9/3/2024,34,光纤传感器,外形,9/3/2024,35,光的反射、折射,当一束光线以一定的入射角1从介质1射到介质2的分界面上时，一局部能量反射回原介质；另一局部能量那么透过分界面，在另一介质内继续传播。,9/3/2024,36,光的全反射,当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角,c,。当入射角小于,c,时，入射光线将发生全反射。,9/3/2024,37,光在,光纤中,的全反射,9/3/2024,38,光纤的结构,9/3/2024,39,光缆的外形,及光纤的拉制,9/3/2024,40,光纤的类型,阶跃型：,光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。,9/3/2024,41,梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线那么逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。,9/3/2024,42,单孔型光纤,单孔型光纤的纤芯直径较小数微米接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。,9/3/2024,43,与光纤耦合的电光与光电转换器件,实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。,9/3/2024,44,激光二极管的外形,激光二极管芯片,9/3/2024,45,激光二极管的与发光二极管的 带宽及效率的比较,单模光纤必须采用能发射单一光谱的激光二极管，它在传导过程中的发散损耗较小，稳定性较高。,9/3/2024,46,光纤的损耗,光纤在传输信号的过程中损耗应尽量小且稳定。在某些波长上，光纤的损耗非常小。可选择适当波长的电光转换元件与之匹配。,9/3/2024,47,专用的光纤连接头及光纤插座,光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。,9/3/2024,48,光纤传感器,光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件也称作测量臂，直接接收外界的被测量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的光被调制。假设将光看成简谐振动的电磁波，那么光可以被调制的参数有四个，即振幅强度、相位、波长和偏振方向。,9/3/2024,49,光纤液位传感器,9/3/2024,50,保护管内为高温,光纤,低温,光纤,光纤温度传感器,9/3/2024,51,光纤式光电开关,反射型,遮断型,反射镜反射型,9/3/2024,52,光纤式光电开关应用,标志孔,电路板标志检测,当光纤发出的光穿过标志孔时，假设无反射，说明电路板方向放置正确。,光纤 耦合器,传输光纤,出射光纤,9/3/2024,53,光纤式光电开关应用,遮断型光纤光电开关,出射光纤,接收光纤,9/3/2024,54,光纤式光电开关应用,采用遮断型光纤光电开关对,IC,芯片引脚进行检测,9/3/2024,55,光纤的其他应用,军用光纤陀螺：,将激光射入绕成线圈的光纤，当线圈的底座随运动物体旋转时，可以测得出射光的相位发生变化，它的灵敏度比机械陀螺高，无机械磨擦力。,光纤内窥镜,9/3/2024,56,第四节：三、,CCD,图像传感器,CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、 、通信以及工业检测和自动控制系统。,9/3/2024,57,一CCD的根本工作原理,一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位存放器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位存放器相应单元中。移位存放器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。,9/3/2024,58,MOS,电容器组成的光敏元及数据面的显微照片,CCD,光敏元显微照片,CCD读出移位存放器的数据面显微照片,9/3/2024,59,彩色CCD显微照片放大7000倍,9/3/2024,60,二CCD图像传感器的分类,1. 线阵,CCD,外形,9/3/2024,61,2.,面阵,CCD,面阵,CCD能在x、y两,个方向都能实现电子自扫描，可以获得二维图像。,9/3/2024,62,面阵CCD外形续,200万和1600万像素的面阵CCD,9/3/2024,63,面阵CCD外形续,9/3/2024,64,面阵CCD外形续,9/3/2024,65,三CCD的根本特性参数,CCD的根本特性参数有：,光谱响应、动态范围、信噪比、CCD芯片尺寸等。在CCD像素数目相同的条件下，像素点大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其他指标。,9/3/2024,66,四CCD图像传感器的应用,线阵,CCD,在 扫描仪中的应用,9/3/2024,67,线阵,CCD,在图像扫描中的应用,线阵,CCD,摄像机可用于 彩色印刷中的套色工艺监控,风云一号卫星可以对 地球上空的云层分布 进行逐行扫描,9/3/2024,68,线阵,CCD,用于字符识别,9/3/2024,69,CCD,数码照相机,数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。,数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器LCD，内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。,9/3/2024,70,CCD,用于图像记录,9/3/2024,71,数码相机的外形,9/3/2024,72,三基色别离原理,CCD数码照相机的结构,9/3/2024,73,数码相机的结构解剖索尼F828,CCD,9/3/2024,74,CCD数码显微镜拍摄的金属外表显微照片,9/3/2024,75,CCD数码摄像机,9/3/2024,76,CMOS,图像传感器,CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比CCD略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价廉价的优点。随着硅晶圆加工技术的进步，CMOS的各项技术指标有望超过CCD，它在图像传感器中的应用也将日趋广泛。,9/3/2024,77,CMOS,视频摄像头,带红外LED照明的,CMOS视频摄像头,9/3/2024,78,CMOS,视频摄像头的外部结构,9/3/2024,79,CMOS,视频摄像头的外形及内部结构,9/3/2024,80,