【正文】 PRNU(V) 7 16 MV 飽和輸出電壓 USAT V 飽和曝光量 ESAT 暗信號電壓 UDARK 2 6 MV 暗信號電壓不均勻性 DSNU 3 7 MV 交流功率損耗 PD 35 100 MW 總轉移效率 TTE 92 % 輸出阻抗 ZO 1 kΩ 動態(tài)范圍 DR 750 噪聲 NDO MV 交流 /補償信號輸出電壓 UOS /UDOS V 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 21 (5) TCD1252AP 的驅動 圖 214 TCD1252AP 驅動電路 TCD1252AP 外加驅動電路的實現(xiàn) ：采用 AVR單片機 AVR AT90S 系列單片機的優(yōu)點如下 : (1) 價格低廉的可擦寫 1000 次以上的 16(字 )位指令 (程序存儲器數(shù)據(jù)為 16 位 ,即 XXXX*16, 也可理解為 8 位 ,即 2*XXXX*8)FLASH技術 ,不再有報廢品產(chǎn)生 ,數(shù)據(jù)存貯器為八位 ,AVR 還是屬 于八位單片機 。 圖 212 TCD1252AP 驅動脈沖波形 圖 212 TCD1252AP 驅動脈沖波形 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 19 光譜響應特性 TCD1252AP 的光譜特性曲線如圖 213所示。完成信號電荷的并行轉移后， SH 變?yōu)榈碗娖?，光敏區(qū)與模擬移位寄存器被隔離。器件的外形尺寸總長為 ,寬 ，高 ；器件的光敏單元總長為；光敏單元（像敏面）距離器件表面玻璃的距離為 ，表面玻璃的厚度為（ ? ） mm。 在本設計中，我們采用 TCD1252AP器件。因此即使在沒有光照或其他方式對器件進行電荷注入的情況下，也會存在不希望有的電流。 (2) 工作頻率 f 決定工作頻率下限，為了避免由于熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子對注入信號的干擾，注入電荷從一電極到另一個電極所用的時間 t必須小于少數(shù)載流子的平均壽命 T 即 t T。半導體表面勢阱的大小隨柵極電壓變化而變化。當 V’V，則在電極 2 下面形成較深的耗盡區(qū)，從而形成電荷包。 CCD 技術之所以能如此迅速發(fā)展，是因為 CCD 器件具有許多獨特的優(yōu)點： ① CCD 器件是一種固體化器件，體積小，重量輕，功耗低，可靠性高，壽命聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 13 長； ② 圖像畸變小，尺寸重現(xiàn)性好； ③ 具有較高的空間分辨率，光敏元間距的幾何尺寸精度高，可獲得較高的定位精度； ④ 具有較高的光電靈敏度和較大的動態(tài)范圍。由于上述優(yōu)點，利用圖像測量技術實現(xiàn)幾何量測量，不僅可能而且在一定場合下具有優(yōu)勢?？梢园讶肷浒坠庵兴枰膯?色光的波長濾出來，聲光濾光器的突出特點是光譜分辨力高、角度孔徑大，速度快，比機械式的濾光器方便得多。喇曼一奈斯聲光效應 :在聲光互作用長度比較短時，聲光介質對入射光的作用相當于一個平面位相光柵，聲光互作用區(qū)域短，對入射光方向要求不嚴格，能產(chǎn)生多級衍射光 .每級衍射光強度均很低。而反常聲光效應中入射光與衍射光的偏振態(tài)不同，它們在同一介質中的折射率不同。因為布拉格角一般都很小，故衍射光相對于入射 光的偏轉角 為 : 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 9 SSSB fnvi 02 ???? ??? (26) 式中， v、為超聲波波速，人為超聲波頻率。由于光速大約是聲波的510 倍，在光波通過的時間介質在空間上的周期變化可看成是固定的。當光束通過有超聲波的介質后就會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這就是聲光效應。 半導體激光器 半導體激光器是一種注入式電致發(fā)光器件，不但單色性好、方向性強、發(fā)散角小、能量高度集中，而且體積小、重量輕、結構簡單、抗震性強、發(fā)光效聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 7 率高，并可通過選擇不同材料獲得不同頻率的激光。激光工作物質是激光器的核心，可以為固體（如紅寶石）、氣體（如 HeNe 氣體、 CO2）、半導體（如砷化鎵）等，它在外能作用下，具有粒子數(shù)反轉的特性。 (3) 深入研究線陣 CCD 智能檢測方法。 CCD傳感器正沿著提高自身綜合性能的方法發(fā)展。 CCD是一種以電荷量表示光量大小，用禍合方式傳輸電荷量的器件，具 有自動掃描、動態(tài)范圍大、光譜響應范圍寬、體積小、功耗低、壽命長和可靠性高等一系列優(yōu)點。其基本組成部分為 :光源 (投光器 )、被檢測對象及光信號的形成、光信號的匹配處理、光電轉換、電信號的放大與處理、微機、控制系統(tǒng)和顯示等部分 ,如圖 11所示： 圖 11 光電檢測系統(tǒng)框圖 課題研究的背景和意義 研究基于 CCD的掃描技術的意義在于，它能快速方便地將真實世界的彩色 信息轉換為計算機能直接處 理的數(shù)字信號，為將實物數(shù)字化提供了一種手段。當前我們的 CCD生產(chǎn)技術相對 較弱，也缺乏一種完善的測試、評價 CCD性能的系統(tǒng)。立了以一維空阱模型為基礎的 CCD基本理論，這個理論與實驗結果大致相符，滿足了指導器件進一步發(fā)展的需要。聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 I 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 摘 要 本論文在探討 CCD的基本結構、工作原理、信號處理及其在光電傳感器中的應用的基礎上，對光電檢測技術，特別是基于線陣 CCD的特征標志光電檢測技術進行了較為廣泛和深入的理論研究。它經(jīng)歷了以研究為主的發(fā)展階段，在五年左右的時間內(nèi)，建。如果把多媒體、各種網(wǎng)絡和信息高速公路作為一個整體，那么 CCD是它們的眼睛，是全球實時信息技術的關鍵器件。 綜合利用近代各種先進技術，采用光電方法對各種光的、非光的物理量進行檢測是光電檢測聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 2 技術的基本內(nèi)容。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 自從 1969年，美國貝爾實驗室 Boyle和 Smith利用當時已發(fā)展得很好的硅技術 研制成第一個 CCD以來，依靠業(yè)已成熟的 MOS集成電路工藝， CCD技術得以迅 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 3 速發(fā)展。據(jù)國外專家統(tǒng)計， 1987年 CCD世界市場規(guī)劃為 16億美元，而實際上 1997年為 50億美元， 1998年為 65億美元。通過 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 4 分析選擇合適的與 CCD 相匹配的組成器件。 激光器基本上是由激光工作物質、激勵（泵浦）系統(tǒng)和光學共振腔組成。但是， HeNe 激光器發(fā)光效率低，與其他光源相比，需要的電壓較高，電源較復雜，體積也較大。當超聲波在介質中傳播時，將引起介質的彈性應變作時 間和空間上的周期性的變化，并且導致介質的折射率也發(fā)生相應的變化。介質內(nèi)的彈性應變也以行波形式隨聲波一起傳播?？梢宰C明 ，布拉格角滿足 SBi ??2sin ? (25) 式中 (25)稱為布拉格條件。正常聲光效應中入射光與衍射光的偏振態(tài)相同，它們在同一介質中的折射率相同 。對于反常聲光器件只有滿足狄克遜方程的入聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 10 射光可通過介質產(chǎn)生衍射 .聲光介質相當于體相位光柵，介質內(nèi)折射率會產(chǎn)生一定分布。 聲光濾光器是一種根據(jù)各向異性介質中的聲光衍射原理而工作的電調(diào)諧濾 光器。CCD攝像機具有體積小、重量輕、功耗低、噪聲小、可靠性高、無燒傷現(xiàn)象、不怕振動、光譜響應寬、輸出線性好等一系列顯著的優(yōu)點。 CCD 的單元結構如下圖所示 圖 26 CCD 單元與線陣列結構的示意圖 a) CCD 單元 b) CCD 線陣列 CCD 的工作原理 CCD（ Charge Coupled Device）電荷耦合器件，自 1970 年由美國貝爾實驗室的 Willard Boyle 和 Gee Smith 提出后，隨著半導體微電子技術的發(fā)展也得到了驚人的發(fā)展。當半導體材料為 P 型硅時，如在 3 兩個金屬電極上施加適當?shù)恼妷?V，在電極 2 上加上正電壓 V’，少數(shù)載流子 — 電子被吸收到電極下的區(qū)域內(nèi)。這樣，勢阱中有一定量的電荷，且勢阱中積存的電荷量與入射光強度成正比（ CCD 飽和情況除外） 聲光效應線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 14 圖 28 電荷存儲示意圖 ② 電荷轉移 如圖 29 所示，左圖為電荷轉移的過程，右圖為驅動脈沖時序。影響電荷轉移效率的主要原因是界面態(tài)對電荷的俘獲常采用胖零工作模式來提高電荷轉移效率即讓零信號也有一定的電荷。 (5) 暗電流 在正常工作的情況下， MOS電容處于未飽和的非平衡態(tài)，然而隨著時間的推移由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子使系統(tǒng)趨向平衡。一是電荷包存儲在半導體與絕緣體之間的界面并沿界面?zhèn)鬏?這類器稱為表面溝道 CCD(簡稱 SCCD) 二是電荷包存儲在離半導體表面一定深度的體內(nèi)并在半導體內(nèi)沿一定向傳輸這類器件稱為體溝道或者埋溝道器件 (簡稱 BCCD) 。 (2) TCD1252AP 的外形尺寸 圖 211 TCD1252AP外形尺寸 TCD1252AP 為 DIP22 封裝形式的雙列直插型器件，外形尺寸如圖 211 所示。轉移脈沖 SH 的高 電平期間，驅動脈沖φ 1 必須也為高電平，而且必須保證 SH 的下降沿落在φ 1 的高電平上，這樣才能保證光敏區(qū)的信號電荷并行的向模擬移位寄存器的φ 1 電極轉移。這樣， 1 個行周期中共包括 2750 個單元，行周期應該大于等于這些單元輸出的時間（即大于等于 2750T1）。由表中可以看出，他是一種性能優(yōu)良的線陣 CCD 器件。 (8) 單片機內(nèi)有模擬比較器 ,I/O 口可作 A/D 轉換用 , 可組成廉價的 A/D 轉換器 。 (16) 工作電壓范圍寬 , 電源抗干擾性能強 。初始化 B 口 ldi r21,$03 ldi r22,$01 lp: out portb,r22 。而且有效信號幅值較小，約為 500 mV。共模抑制比 (CMRR)就是差模增益 G 與共模增益的比值。 TLC2543是美國德州儀器公司于近幾年推出的一種性能價格比較優(yōu)越的 12位 A/D轉換芯片，具有多種封裝形式，并具有民用級、工業(yè)級、軍用級產(chǎn)品。 TLC2543C 的轉換過程 其工作過程分為兩個周期 :I/0 周期和實際轉換周期 : (1) 1/0周期 /CS變低后器件進入 I/0周期，同時進行兩種操作。它是一種簡單的計算機外圍接口標準。內(nèi)部多達 384字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)和 128字節(jié)的接收緩沖區(qū)，滿足高速通信與單片機接口的需要。 超聲波波速 sV = 0sf?? ，本實驗中采用的光源為λ 0=650nm 的半導體激光器，其中 sf 為超聲波頻率。單片機通過編程產(chǎn)生串行時鐘，并按時序發(fā)送與數(shù)據(jù)接受數(shù)據(jù)位，完成通道方式 /通道數(shù)據(jù)的寫入和轉化結果的讀出，數(shù)據(jù)采集程序 RDAD 如下，供數(shù)據(jù)采集模塊調(diào)用。該模塊有許多特點，如模塊內(nèi)部已經(jīng)封裝全部 USB協(xié)議 :模塊有大于 380byte的 F工 FO，可與任何高、低速單片機連接 。 ② 在 DATA OUT短串行輸出 8,1 2或 16為各數(shù)據(jù)，當插入 /CS高電平脈沖控制件工作時，第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 /CS下降沿 。 TLC2543C的引腳如圖 圖 37所示。應用 AD623的 CCD模擬信號處理電路如圖 35。 由于是對差分信號的處理，所以先討論一下差分電路的基本概念。初始化循環(huán)參數(shù) nop nop nop nop nop out portb,ccd2 nop nop out portb,ccd1 nop nop out portb,ccd3 nop nop nop nop nop out portb,ccd4 nop nop out portb,ccd3 。 硬件連接如圖： AVR 單片機提供 CCD 驅動脈沖編程