【正文】 rature 優(yōu)點(diǎn)：輸出結(jié)果與絕對(duì) 溫度成正比，理 想的線性輸出。從電能的變化與調(diào)節(jié)方面看，它可以實(shí)現(xiàn)交流 — 直流、直流 — 交流、交流 — 交流、直流 — 直流以及變頻等各種電能的變換和大小的控制。 ? 固態(tài)圖像傳感器 分兩大類，一類是用 CCD的光電轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移功能制成CCD圖像傳感器；一類是用光敏二極管與 MOS晶體管構(gòu)成的將光信號(hào)變成電荷或電流信號(hào)的 MOS圖像傳感器。 “光照改變阻值” 光敏電阻 ? 利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成光敏電阻，結(jié)構(gòu)包括玻璃基片，光電導(dǎo)材料，電極，漆膜，外殼。 “光照產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)” 光生伏特效應(yīng)開路應(yīng)用 光電池 光電池 ? 光電池是將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器件，這類器件有發(fā)電機(jī)的性質(zhì)，具有電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 1958年，太陽(yáng)能電池首次在 太空應(yīng)用 。 光敏三極管的應(yīng)用：光控電位器 光電三極管 IV曲線 光敏場(chǎng)效應(yīng)管 晶體管是一種電流控制元件 ， 工作時(shí) ， 多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行 ， 所以被稱為雙極型器件 場(chǎng)效應(yīng)管 （ FET） 是一種電壓控制器件 ， 工作時(shí) ，只有一種載流子參與導(dǎo)電 ， 因此它是單極型器件 。 當(dāng) │Vgs│↑時(shí)， PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，溝道電阻增大。 三部分： “光的發(fā)射” “光的接受” “信號(hào)放大” 光耦直接用于隔離傳輸 模擬量 時(shí)，要考慮光耦的非線性問題。 。 繼電器：響應(yīng)速度要求不高的啟停操作 ms 光耦： 響應(yīng)時(shí)間要求很快的控制系統(tǒng) us 紅外熱釋電光敏傳感 ? 紅外線是 太陽(yáng) 光線 中眾多不可見光線中的一種，由 英國(guó) 科學(xué)家 霍胥爾 于 1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射。 ? 紅外敏感器件按工作原理分為： 量子型： 光子探測(cè)器，利用入射光輻射的光子流與探測(cè)器材料中的電子相互作用，光能轉(zhuǎn)化成電能。特點(diǎn)是不僅具有自發(fā)極化，而且在一定溫度范圍內(nèi)，自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場(chǎng)的方向而改變。 結(jié)構(gòu)： 薄玻璃片上鍍多層濾光薄膜， 有效濾除 7001400nm以外的 紅外線。以電荷轉(zhuǎn)移為核心，包括光電轉(zhuǎn)換，信號(hào)存儲(chǔ)和傳輸、處理的集成光敏傳感器，用于圖像識(shí)別和傳輸 ? 主要分為： 電荷耦合器件 CCD 自掃描光電二極管陣列 MOS ? 2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) ： 維拉 1974年仙童公司產(chǎn)品， 500單元的線性裝置和 100x100像素的平面裝置。 CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。 TTL工藝下成像質(zhì)量要優(yōu)于 CMOS工藝 加工工藝 CCD傳輸方式 隔行傳輸式（ Interline Transfer） 感光元件產(chǎn)生電信號(hào) 電荷轉(zhuǎn)移到并行寄存器 電荷從并行寄存器轉(zhuǎn)移到串行 寄存器 串行寄存器將電信號(hào)轉(zhuǎn)到模擬 寄存器 放大、數(shù)摸轉(zhuǎn)換、數(shù)字信息 CCD傳輸方式 全幀（ Full Frame） 感光元件產(chǎn)生電信號(hào) 電荷轉(zhuǎn)移到串行寄存器 放大、數(shù)摸轉(zhuǎn)換 CCD傳輸方式 全轉(zhuǎn)（ Full Fransfer） 綜合 Full Frame和 Interline Transfer特點(diǎn)，在器件上劃分感光區(qū)和寄存區(qū) 曝光和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移可以同時(shí)進(jìn)行 CCD采光方式 CCD量子效率 ? 在同一波長(zhǎng)下 QE值越高CCD品質(zhì)越好 ? CCD對(duì)于不同波長(zhǎng)的光的響應(yīng)時(shí)間的敏感度不同 ? 背照式 CCD比前照式 CCD有更好的量子效率 ? 多數(shù)衡量 QE高低是在425nm波長(zhǎng) CCD像素指標(biāo) 填充因子 理想值 100% 實(shí)際值 30%（隔行傳輸式CCD） 通過微型鏡頭（ Microlenses）改善 （但微型鏡頭的應(yīng)用會(huì)影響紫外光的檢測(cè)） 填充因子是影響靈敏度的一個(gè)因數(shù) CCD像素指標(biāo) 井深 ?多數(shù) CCD可堆積85K個(gè)電荷 ?高品質(zhì)的 CCD可堆積 350K個(gè)電荷 ?影響靈敏度的一個(gè)因數(shù) ?衡量 動(dòng)力學(xué) 范圍的一個(gè)因素 CCD動(dòng)力學(xué)范圍 描述從 CCD像素值中可以得到多少數(shù)量的灰度級(jí)別的一個(gè)術(shù)語 用來表示飽和電壓（最大輸出級(jí)別）與攝像頭隨機(jī)噪音的比率 動(dòng)力學(xué)范圍并不總是和數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)一致 CCD像素合并 像素合并（ Binning） 將相臨的像素所堆積的電荷進(jìn)行合并并當(dāng)作一個(gè)單一的像素輸出信號(hào) CCD系統(tǒng)增益 提高增益將會(huì)造成數(shù)字噪音的增加 降低增益可以最小化噪音得到最佳分辨率，但是將損失井深，從而損失靈敏度 系統(tǒng)中最優(yōu)化的增益值根據(jù)平衡數(shù)字化計(jì)數(shù)、井深和數(shù)字化噪音最佳值來進(jìn)行設(shè)置 CCD暗電流 CCD在一定溫度下每個(gè)像素在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電荷數(shù) 暗噪音大約為暗電流的平方根 CCD系統(tǒng)信噪比 信噪比（ SNR ） 衡量信號(hào)及噪音的關(guān)系 表征檢測(cè)的限度（靈敏度） CCD的接口 接口（ Camera Interface） Camera Link：在 Channel Link基礎(chǔ)上開發(fā)可進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸 FireWire 及 IEEE 1394：蘋果電腦公司開發(fā)，最初用于電腦外部設(shè)備的連接 USB：高速、熱插拔接口，最初用在電腦外部設(shè)備的連接 Gigabit Ether：高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議允許數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，該接口技術(shù)目前正在發(fā)展中 CCD執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) CCD執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) ? CCIR— 歐洲標(biāo)準(zhǔn) ? RS170（ EIA） 美洲標(biāo)準(zhǔn) ? 線陣 CCD：由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，但獲取信息量小，不能處理復(fù)雜的圖像。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼鏡。每個(gè)像素都接收到感光訊號(hào)，但色彩分辨率不如感光分辨率。 現(xiàn)在市面上的消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)主要有 2/3英寸、 1/英寸、 1/、 1/。攝像機(jī)中使用的是面陣 CCD，即包括 x、y兩個(gè)方向用于攝取平面圖像；掃描儀中使用的是線陣 CCD，它只有 x一個(gè)方向， y方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來完成。為了減低紅外線干擾，天文用 CCD常以液態(tài)氮或半導(dǎo)體冷卻。 激光頻譜窄；方向性好；相干性 。 19801990，開始大規(guī)模研究干涉型光纖傳感技術(shù)。 如壓力 、 溫度 、 電場(chǎng) 、 磁場(chǎng)等環(huán)境條件變化時(shí) ， 將引起光纖傳輸?shù)墓獠?， 如光強(qiáng) 、 相位 、 頻率 、 偏振態(tài)等變化 。 ? 光路可彎曲，對(duì)被測(cè)信號(hào) 遠(yuǎn)距離 監(jiān)控。 Electromagic Interference （ EMI） 傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合 (干擾 )到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。 ? 節(jié)約金屬材料， 有利于資源合理使用 銅、鋁、鉛的儲(chǔ)存量有限；而制造光纖的石英取之不盡。 ④ 充分發(fā)揮光纖的低傳輸損耗特性，發(fā)展遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 全光纖型傳感器 ? 利用對(duì)外界信息具有敏感能力和檢測(cè)能力的光纖 (或特殊光纖 )作傳感元件，將“傳”和“感”合為一體的傳感器。其典型例子如光纖探針、光纖激光多普勒速度計(jì)、輻射式光纖溫度傳感器光纖光柵傳感器等。 纖芯 包層 保護(hù)套 光纖的尺寸 ? 外徑一般為 125um(一根頭發(fā)平均 100um) ? 內(nèi)徑：?jiǎn)文?9um 多模 50/ 125 9 50 125 125 光纖的分類 ? 按材料分類： –石英光纖：纖芯與包層都是 SiO2，損耗小，傳輸距離長(zhǎng)，成本高； –聚合物光纖（塑料光纖）：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。時(shí) ， θ i仍＜ 90186。 數(shù)值孔徑 NA 入射光線 AB與纖維軸線 OO相交角為 θ i， 入射后折射(折射角為 θ j)至纖芯與包層界面 C點(diǎn) ， 與 C點(diǎn)界面法線 DE成 θ k角 ， 并由界面折射至包層 ， CK與 DE夾角為 θ r。 ? ：常規(guī)單模光纖 ， 在波長(zhǎng) 散為零 ， 系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制 。km)， 和常規(guī)單模光纖相同 ， 但損耗更低 ， 可達(dá) dB/km以下 。 ?受激幅射產(chǎn)生的光子與入射光子是完全相干的； 激光 (相干光源 )的產(chǎn)生 1. 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) kTEkken ??E1 E2 21 NN ?粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 產(chǎn)生激光的必要條件： 2. 光學(xué)諧振腔 工作物質(zhì)全反射鏡 部分反射鏡部分反射鏡諧振腔長(zhǎng)度： ),3,2,1(2 ??? nnL ?光纖傳感常用激光器 ? 半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、可靠性高、轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、驅(qū)動(dòng)電源簡(jiǎn)單、能直接調(diào)制、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用安全、其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。 只有符合反射條件的 光會(huì)得到強(qiáng)烈反射經(jīng) 歷放大過程 DFB激光器與 FP激光器相比， 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 單縱模激光器 FP激光器諧振腔的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，頻率間隔小 選頻困難； DFB激光器的光柵周期 Λ相當(dāng)于微 型諧振腔，長(zhǎng)度很小，因此頻率間隔大，易于 選頻，形成單頻振蕩。但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，輸出光功率線性范圍寬， 而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。相當(dāng)于一種光非互易傳輸耦合器，所依據(jù)的基本原理是法拉第旋光效應(yīng)。 光環(huán)行器 132( a ) ( b )1 324光開關(guān) ? 光開關(guān)功能：轉(zhuǎn)換光路 ,實(shí)現(xiàn)光交換