第十章（下） 光电传感器 《自动检测技术知识及应用（第2版）》课件.pptVIP

光纤的类型 a）阶跃型 b）梯度型 c）单孔型型 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。 典型多模光纤：50/125um、62.5/125 μm（前者为纤芯直径，后者为纤芯+包层直径） 梯度型光纤 梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。 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。 典型单模光纤直径：9/125μm （前者为纤芯直径，后者为纤芯+包层直径） 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。 与光纤耦合的电光与光电转换器件 1－发射光纤 2－接收光纤 光纤耦合器(Coupler)又称分歧器、连接器、适配器、法兰盘，用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件。是光纤与光纤，或光纤与光源、接收器之间，进行可拆卸(活动)连接的器件，能将光路的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。 激光二极管的外形 激光二极管芯片 激光二极管与发光二极管的带宽及效率的重叠区 单模光纤必须采用能发射单一光谱的激光二极管，在传导过程中的发散损耗可以较小，稳定性较高。 CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片 三、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、耗电量省、售价便宜的优点。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。 现在的低端数码相机大部分采用CMOS图像传感器，还大量用于手机、汽车倒车监视器等视频装备。 CMOS图像传感器的结构 CMOS图像传感器由像素阵列、模拟信号调节电路、模拟多路选择电器、可编程增益放大器、模数转换电路和时序控制电路构成。 像素阵列 CMOS图像传感器像素的内部电路 CMOS中的光探测部件和输出放大器是每个像素的一部分，积分电荷在像素内就被转为电压信号，由自带的MOS管放大，通过x-y输出线输出，图像质量较高。 CMOS图像传感器特点 CMOS传感器经光电转换后直接产生电压信号，信号读取十分简单，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD快得多。采用了数字/模拟信号混合设计，图像传感器所需的所有功能，如垂直位移、水平位移暂存器、传感器阵列驱动与控制系统、模数转换器（ADC）接口电路等，可以集成在一起，实现单芯片成像，因此体积小。使用单一工作电压（CCD需要三相驱动电压），因此CMOS功耗低。 CMOS的暗电流和噪声比CCD大，随着CMOS工艺的改进，性能正迅速提高。 CMOS视频摄像头 带红外LED照明的CMOS视频摄像头 CMOS视频摄像头的外部结构 CMOS视频摄像头的外形及内部结构 用于图像记录的CMOS图像传感器 CMOS数码照相机 数码相机简称DC，它采用CMOS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。 数码相机有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、电子快门、内置电子闪光灯、液晶显示器（LCD）。 三基色分离原理 CMOS数码照相机的结构 数码相机的结构解剖图 CMOS及镜头 第六节 热成像技术及应用红外热像传感器的红外摄像功能 不同的颜色和亮度代表不同的温度 任何物体只要温度高于绝对零度，内部原子就会作无规则运动，并不断地辐射出热红外能量。红外探测器可将物体辐射的红外功率信号转换成电信号，在计算机成像系统的显示屏上，将得到与物体表面热分布相对应的热像图。 回目录 红外热成像原理 光学成像物镜对准被测目标，被测物的红外辐射能量成像在红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，一般工作在8~14μm波段上。 人眼的视场与客观世界光辐射的比较 紫外光 可见光 红外线 紫外线 可见光 红外线 客观世界的光辐射 人眼能感知的光辐射 60℃ 38 ℃ 红外热像 手指的血流图 狗 手枪钻的发热部位 CPU的红外热像 . 热成像仪在电力领域的使用 变电设备热像 变电站的热像 从热像中可以判断过热位置 白天的图像与晚上的热像对比 热像