《传感器技术与应用》项目七新型传感器应用.pptVIP

*项目七 新型传感器应用 任务一 CCD图形传感器 任务导入 各式各样的数码相机或者数码摄像机已经广泛应用于我们的日常生活中，你知道吗？这些数码设备的输入部件也是一种传感器，是目前应用较广泛的CCD图像传感器。如图所示为相机里面的CCD传感器应用。 任务一 CCD图形传感器 一、CCD的原理及分类 当物体通过物镜成像，这些光敏元就产生与照在它们上面的光强成正比的光生电荷（光生电子—空穴对），同一面积上光敏元件越多，分辨率越高，得到的图像越清楚。电荷耦合器件具有自扫描能力，能将光敏元件上产生的光生电荷依次有规律地串行输出，输出的幅值与对应的光敏元件上的电荷量正比。然后通过模—数转换芯片将输出电信号转换成数字信号，数字信号经过压缩处理后，通过USB接口传输到计算机上，形成所采集的图像。 任务一 CCD图形传感器 一、CCD的原理及分类 CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成一个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成一直线的器件，如图所示。 任务一 CCD图形传感器 二、CCD传感器的应用 1. 摄录一体化CCD摄像机 这是面阵CCD应用最广泛的领域。随着住宅商品化，各种现代化住宅楼像雨后春笋般拔地而起，民用住宅的安全防范已提到日程上来，摄录一体化CCD摄像机能使许多住宅可以在室内及时看到来访客人的实时图像和室外区域的情况，为防范入室盗窃起到了有效的监控作用。 任务一 CCD图形传感器 二、CCD传感器的应用 2. 工业检测 工业检测是传感器应用范围很广的一个领域，如在钢铁、木材、纺织、粮食、医药、机械等领域做零件尺寸的动态检测，以及产品质量、包装、形状识别，表面缺陷或粗糙度检测等，如图所示为利用CCD传感器拍下的金属表面显微照片。 任务一 CCD图形传感器 二、CCD传感器的应用 （1）管径测量 CCD诞生后，工业检测领域首先制成了测量长度的光电式传感器，用于测量拉丝过程中丝的线径、轧钢的直径、机械加工的轴类直径等。 （2）高度自动检测 利用CCD传感器非接触测量物体的高度，尤其是检测流水线上动态测量缓冲器的自由高度，精度可达到±0.2mm。 任务一 CCD图形传感器 二、CCD传感器的应用 （3）工业尺寸检测 在自动化生产线上，经常需要进行物体尺寸的在线检测。例如，零件的尺寸检测，轧钢厂钢板宽度的在线检测和控制等。利用物体通过物镜在CCD光敏阵列元件上形成影像，即可实现物体尺寸的高精度非接触检测。尺寸测量的结构如图所示。 任务一 CCD图形传感器 二、CCD传感器的应用 （4）文字和图像检测 利用线阵CCD的自扫描特性，可以实现文字和图像识别，从而组成一个功能很强的扫描/识别系统。下图为光学文字识别装置（OCR）的工作原理。 任务二 光纤传感器 任务导入 如图所示的工业内窥镜可以直接观察到设备内部肉眼不易直接观察的隐蔽部位，既不需解体设备，也不需额外照明，只要将窥视镜头插入设备内部孔内，就可以对设备内部情况一目了然，这种工业内窥镜采用的就是光纤传感器。 任务二 光纤传感器 一、光纤的基本结构和工作模式 光导纤维简称光纤，它是一种特殊结构的光学纤维。光纤由纤芯、包层和涂覆层（护层）组成，如图所示。纤芯由石英玻璃等材料制成，直径范围为5~125μm；包层材料的折射率n2略低于纤芯材料的折射率n1，包层外径范围为125~350μm。包层外涂敷一层缓冲层，最外层是尼龙套管，起保护和屏蔽作用。单根光纤截面呈圆柱形。其端面为平面。我们平时见到的光缆一般是多根光纤的集束体。 任务二 光纤传感器 一、光纤的基本结构和工作模式 光在空间是沿直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随着光纤能传送很远的距离，光纤的传输基于光的全反射原理，光在光纤中的传播情况如图所示。 任务二 光纤传感器 二、光纤的分类 由于光纤既是一种电光材料又是一种磁光材料，它与电和磁存在某些相互作用的效应，因此它具有“传”和“感”两种功能。按照光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为传光型和功能型两种类型，如图所示。 任务二 光纤传感器 二、光纤的分类 （1）传光型光纤传感器 光纤仅起传输光信号光学通路的作用，被测参数均在光纤之外，由外置敏感组件调制到光信号中去。由于光纤传输光信号效率高、抗干扰能力强，可挠曲，使光学通路的设置更加灵活、可靠，大大改善了传统光电检测技术的不足。 （2）功能型光纤传感器 光纤在被测物理量的作用下，光纤本身及其传输光信号的某些特性发生变化，从而对被测参数进行转换和检测。在这类传感器中，光纤不仅起传光的作用，它本身又是敏感组件，这些光纤一般是经特殊设计、特殊制造的特