光电效应传感器.ppt

9.3.3 CCD图像传感器的特性参数 光电转移效率 总转移效率 分辨率 分辨率是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力，是图像传感器最重要的特性，主要取决于感光单元之间的距离。 灵敏度及光谱响应 灵敏度是指单位发射照度下，单位时间、单位面积发射的电量。 图9.37 光谱灵敏度特性 动态范围 饱和曝光量和等效曝光量的比值称为CCD的动态范围。CCD器件的动态范围一般在103～104数量级。 暗电流 暗电流起因于热激发产生的电子-空穴对，是缺陷产生的主要原因。光信号电荷的积累时间越长，其影响就越大。 暗电流的产生不均匀，在图像传感器中出现固定图形，暗电流限制了器件的灵敏度和动态范围。 暗电流与温度密切有关，温度每降低10℃，暗电流约减小一半。 噪声 CCD是低噪声器件，但由于其他因素产生的噪声会叠加到信号电荷上，使信号电荷的转移受到干扰。 噪声的来源有转移噪声、散粒噪声、电注入噪声、信号输入噪声等。 9.3.4 CCD固体图像传感器的应用 CCD固体图像传感器的应用主要在以下几方面： ·计量检测仪器：工业生产产品的尺寸、位置、表面缺陷的非接触在线检测、距离测定等。 ·光学信息处理：光学文字识别、标记识别、图形识别、传真、摄像等。 ·生产过程自动化：自动工作机械、自动售货机、自动搬运机、监视装置等。 ·军事应用：导航、跟踪、侦查(带摄像机的无人驾驶飞机、卫星侦查)。 典型应用实例 微小尺寸自动检测 产生夫琅和费衍射图像 图像暗纹间距： 同时基于光敏阵列器件得到的脉冲数N和阵列单元间距l有： 所以被测细丝或小孔的直径： 大尺寸物体光学成像 p-像素的间距 倍率 9.4　光纤传感器 教学要求 掌握光纤的结构、光纤的入射临界角、全反射的条件、光纤的数值孔径； 掌握光纤的分类及各自的特点； 了解引起光纤传输损耗的主要原因； 掌握光纤传感器的基本工作原理； 掌握光纤传感器的组成； 了解光纤传感器的基本应用。 教学重点 光纤的传光原理、光纤传感器的工作原理与组成 教学难点　 光纤的主要特性 9.4　光纤传感器 光纤传感技术是20世纪70年代中期伴随着光通信技术的发展而逐步形成的一门新技术 工作基础：光纤中所传输的光信号（光波）的特征量（如光强、相位、频率、偏振态等）将随外界环境因素（温度、压力、电场、磁场等）的变化而变化 光纤传感器的优点： 频带宽、动态范围大、灵敏度高 固有的安全性好 抗电磁干扰 耐高、耐腐蚀、电绝缘性好 能与数字通信系统兼容，集传感与传输于一体，易实现远距离测量等 光纤传感器受到世界各国的广泛重视。光纤传感器已用于位移、振动、转动、压力、速度、加速度、电流、磁场、电压、温度等70多个物理量的测量 在生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警等方面有广泛的应用前景。 1、光纤的结构 光纤是一种多层介质结构的同心圆柱体，包括纤芯、包层和保护层（涂敷层及护套）。 核心部分是纤芯和包层，纤芯粗细、纤芯材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起决定性影响。 纤芯是光波的主要传输通道；纤芯材料的主体是SiO2，并掺入微量的GeO2、P2O5，以提高材料的光折射率。纤芯直径5～75um。 包层可以是一层、二层或多层结构，总直径约100～200 um，包层材料主要也是SiO2，掺入了微量的B2O3或SiF4以降低包层对光的折射率；包层的折射率略小于纤芯，这样的构造可以保证入射到光纤内的光波集中在纤芯内传输。 涂覆层保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤， 同时又增加光纤的柔韧性， 起着延长光纤寿命的作用。 2、光纤的传光原理 光纤的传光原理 光全反射条件： 3、光导纤维的主要参数 数值孔径NA（Numeral Aperture) 数值孔径只取决于折射率，与光纤的几何尺寸、光源的发射功率等因素无关 数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的NA越大，表明它可以在较大入射角 范围内输入全反射光，集光能力就越强，光纤与光源的耦合越容易，即实现全反射越容易。 但数字孔径越大，光信号的畸变也越大。故要适当选择NA的大小，石英光纤的NA=0.2-0.4（即11.5－23.5度） 光纤模式 光波在光纤中的传播途径和方式称为光纤模式。对于不同入射角的光线，在界面反射的次数是不同的，传递的光波间的干涉也是不同的，这就是传播模式不同。一般总希望光纤信号的模式数量要少，以减小信号畸变的可能。 单模光纤直径较小（2－12um)，只能传输一种模式。其优点是：信号畸变小、信息容量大、线性好、灵敏度高；缺点：纤芯较小，制造、连接、耦合较困难。 多模光纤直径较大(50-100um)，传输模式不只一种，其缺点是：性能较差。优点：纤芯面积较大，制造、连接、耦合容易。 传播损耗 光信号在光纤中的传播不可避免地存在着损耗。为什