【正文】 光環(huán)行器 132( a ) ( b )1 324光開關 ? 光開關功能：轉換光路 ,實現(xiàn)光交換。但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定，壽命長，輸出光功率線性范圍寬， 而且制造工藝簡單，價格低廉。 ?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 kTEkken ??E1 E2 21 NN ?粒子數(shù)反轉 產(chǎn)生激光的必要條件： 2. 光學諧振腔 工作物質全反射鏡 部分反射鏡部分反射鏡諧振腔長度： ),3,2,1(2 ??? nnL ?光纖傳感常用激光器 ? 半導體激光器體積小、重量輕、可靠性高、轉換效率高、功耗低、驅動電源簡單、能直接調制、結構簡單、價格低廉、使用安全、其應用領域非常廣泛。 ? ：常規(guī)單模光纖 ， 在波長 散為零 ， 系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制 。時 ， θ i仍＜ 90186。其典型例子如光纖探針、光纖激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器光纖光柵傳感器等。 ④ 充分發(fā)揮光纖的低傳輸損耗特性，發(fā)展遠距離監(jiān)測系統(tǒng)。 Electromagic Interference （ EMI） 傳導干擾是指通過導電介質把一個電網(wǎng)絡上的信號耦合 (干擾 )到另一個電網(wǎng)絡。 如壓力 、 溫度 、 電場 、 磁場等環(huán)境條件變化時 ， 將引起光纖傳輸?shù)墓獠?， 如光強 、 相位 、 頻率 、 偏振態(tài)等變化 。 激光頻譜窄；方向性好；相干性 。攝像機中使用的是面陣 CCD，即包括 x、y兩個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一個方向， y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成。每個像素都接收到感光訊號，但色彩分辨率不如感光分辨率。 TTL工藝下成像質量要優(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 電荷轉移到并行寄存器 電荷從并行寄存器轉移到串行 寄存器 串行寄存器將電信號轉到模擬 寄存器 放大、數(shù)摸轉換、數(shù)字信息 CCD傳輸方式 全幀（ Full Frame） 感光元件產(chǎn)生電信號 電荷轉移到串行寄存器 放大、數(shù)摸轉換 CCD傳輸方式 全轉（ Full Fransfer） 綜合 Full Frame和 Interline Transfer特點，在器件上劃分感光區(qū)和寄存區(qū) 曝光和數(shù)據(jù)轉移可以同時進行 CCD采光方式 CCD量子效率 ? 在同一波長下 QE值越高CCD品質越好 ? CCD對于不同波長的光的響應時間的敏感度不同 ? 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 CCD像素指標 填充因子 理想值 100% 實際值 30%（隔行傳輸式CCD） 通過微型鏡頭（ Microlenses）改善 （但微型鏡頭的應用會影響紫外光的檢測） 填充因子是影響靈敏度的一個因數(shù) CCD像素指標 井深 ?多數(shù) CCD可堆積85K個電荷 ?高品質的 CCD可堆積 350K個電荷 ?影響靈敏度的一個因數(shù) ?衡量 動力學 范圍的一個因素 CCD動力學范圍 描述從 CCD像素值中可以得到多少數(shù)量的灰度級別的一個術語 用來表示飽和電壓（最大輸出級別）與攝像頭隨機噪音的比率 動力學范圍并不總是和數(shù)模轉換器輸出的數(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行合并并當作一個單一的像素輸出信號 CCD系統(tǒng)增益 提高增益將會造成數(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)字化計數(shù)、井深和數(shù)字化噪音最佳值來進行設置 CCD暗電流 CCD在一定溫度下每個像素在一定時間內產(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 ） 衡量信號及噪音的關系 表征檢測的限度（靈敏度） CCD的接口 接口（ Camera Interface） Camera Link：在 Channel Link基礎上開發(fā)可進行高速數(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備的連接 USB：高速、熱插拔接口，最初用在電腦外部設備的連接 Gigabit Ether：高速網(wǎng)絡協(xié)議允許數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中傳輸，該接口技術目前正在發(fā)展中 CCD執(zhí)行標準 CCD執(zhí)行標準 ? CCIR— 歐洲標準 ? RS170（ EIA） 美洲標準 ? 線陣 CCD：由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點是處理信息速度快，外圍電路簡單，易實現(xiàn)實時控制，但獲取信息量小，不能處理復雜的圖像。 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。 結構： 薄玻璃片上鍍多層濾光薄膜， 有效濾除 7001400nm以外的 紅外線。 ? 紅外敏感器件按工作原理分為： 量子型： 光子探測器，利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子相互作用，光能轉化成電能。 。 當 │Vgs│↑時， PN結反偏，耗盡層變寬，溝道電阻增大。 1958年，太陽能電池首次在 太空應用 。 “光照改變阻值” 光敏電阻 ? 利用光電導效應制成光敏電阻，結構包括玻璃基片，光電導材料，電極，漆膜，外殼。從電能的變化與調節(jié)方面看，它可以實現(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。 熱電偶種類 ? 標準化熱電偶 鉑銠 鉑：高溫精密測量，中性介質測量 鎳鉻 鎳硅、鎳鉻 鎳鋁、鎳鉻 考銅： 熱電勢大，但測溫范圍小 ? 非標準化熱電偶 鐵 康銅、鎢 錸系、銥 銠系：特殊用途，復制性差。 ? 標準電極定律 兩種金屬組成 熱電偶電勢可以用 它們分別與第三種 金屬組成熱電偶電 勢差來表示。 ? 半導體材料電阻率決定于載流子濃度和遷移率。 物的感知? 信息的采集 物的識別? 信息的分類 物的聯(lián)系? 信息的傳遞 物的認識? 信息的分析 傳感器 無線傳感器網(wǎng)絡 GPS RFID 各種網(wǎng)絡媒質 移動云計算、 智能信息處理、 海量數(shù)據(jù)分析 智能家居 智能公交 貨運車載 二 傳感器的基本特性 ? 傳感器輸入和輸出的關系特性 靜態(tài)特性：被測量不隨時間變化（直流 ） 動態(tài)特性：被測量隨時間變化 （交流） 靜態(tài)特性 ? 線性度 靜態(tài)特性 ? 遲滯 靜態(tài)特性 ? 重復性 靜態(tài)特性 ? 分辨率 動態(tài)特性 ? 階躍響應 ? 階躍響應特征參數(shù) 1. 時間常數(shù)： Y（ t）從 0%——63% 2. 上升時間： Y（ t）從 10%——90% 3. 響應時間： Y（ t）從 0到穩(wěn)定 4. 振蕩次數(shù)： N 5. 穩(wěn)態(tài)誤差： Y（ ∞）和實際值差 ? N階 sensor系統(tǒng) 輸入信號：在線性時不變的物理系統(tǒng)內 , 對于復雜激勵的響應可以通過組合其對不同頻率正弦信號的響應來獲?。ā案道锶~級數(shù)展開”） sensor系統(tǒng)：提供傳遞函數(shù) H(s)，產(chǎn)生幅頻特性（濾波）和相頻特性（信號展寬） 輸出信號：可以看成不同輸入頻率信號的增益和相移后組合成的波形。緒 論 什么是傳感器 物聯(lián)網(wǎng)的概念 傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的地位和作用 一 什么是傳感器 ? ? 廣義的把傳感器歸納為一種能感受外界信息 (力、熱、聲光、電等等 )，并按一定的規(guī)律將其轉換成易處理的電信號的裝置。 三 傳感器的應用與發(fā)展 ? 傳感器在控制系統(tǒng)的應用 ? 傳感器在測量系統(tǒng)的應用 第一章 溫度傳感器 溫度傳感種類 ? 溫度 電阻：熱電阻、熱敏電阻等 ? 溫度 電勢：熱電偶、 PN結式傳感器 ? 熱輻射：熱釋電探測器、紅外探測器 電阻型溫度傳感器 ? 利用感溫材料，把測量溫度變化轉為測量電阻變化。 ? 遷移率與溫度關系： 半導體載流子遷移率與載流子在電場作用下的散射機理有關。 工程上常以鉑、銅 為標準電勢。 熱電偶結構 ? 電極直徑 ? 長度按實際情況定 ? 電極之間用耐高溫絕緣材料 熱電偶的實用電路 ? 單點溫度測量 熱電偶的實用電路 ? 兩點溫差測量 熱電偶的實用電路 ? 串聯(lián)求和測量 熱電偶的實用電路 ? 并聯(lián)求平均溫度 半導體 PN結溫度傳感器 ? 半導體材料器件的性能參數(shù)，如電阻率、pn結的反向漏電流和正向電壓等都與溫度有密切的關系，利用它們對溫度的敏感性制成半導體溫度敏感器件，實現(xiàn)對溫度的測量和補償功能。 晶閘管類型 ? 晶閘管有很多類型，比較常用的有普通晶閘管、高頻晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、無控制晶閘管、光控晶閘管和熱敏晶閘管。 光敏電阻參數(shù) ? 暗電阻：全暗條件下電阻值 ? 亮電阻：受到光照時的電阻值 光敏電阻參數(shù) ? 光電靈敏