【正文】 PRNU(V) 7 16 MV 飽和輸出電壓 USAT V 飽和曝光量 ESAT 暗信號(hào)電壓 UDARK 2 6 MV 暗信號(hào)電壓不均勻性 DSNU 3 7 MV 交流功率損耗 PD 35 100 MW 總轉(zhuǎn)移效率 TTE 92 % 輸出阻抗 ZO 1 kΩ 動(dòng)態(tài)范圍 DR 750 噪聲 NDO MV 交流 /補(bǔ)償信號(hào)輸出電壓 UOS /UDOS V 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 21 (5) TCD1252AP 的驅(qū)動(dòng) 圖 214 TCD1252AP 驅(qū)動(dòng)電路 TCD1252AP 外加驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn) ：采用 AVR單片機(jī) AVR AT90S 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下 : (1) 價(jià)格低廉的可擦寫 1000 次以上的 16(字 )位指令 (程序存儲(chǔ)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(shù) ,不再有報(bào)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(jī) 。 圖 212 TCD1252AP 驅(qū)動(dòng)脈沖波形 圖 212 TCD1252AP 驅(qū)動(dòng)脈沖波形 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 19 光譜響應(yīng)特性 TCD1252AP 的光譜特性曲線如圖 213所示。完成信號(hào)電荷的并行轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)中，我們采用 TCD1252AP器件。因此即使在沒有光照或其他方式對(duì)器件進(jìn)行電荷注入的情況下，也會(huì)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(duì)注入信號(hào)的干擾，注入電荷從一電極到另一個(gè)電極所用的時(shí)間 t必須小于少數(shù)載流子的平均壽命 T 即 t T。半導(dǎo)體表面勢阱的大小隨柵極電壓變化而變化。當(dāng) 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(shù)之所以能如此迅速發(fā)展，是因?yàn)?CCD 器件具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： 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(yīng)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(dòng)態(tài)范圍。由于上述優(yōu)點(diǎn)，利用圖像測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)幾何量測量，不僅可能而且在一定場合下具有優(yōu)勢。可以把入射白光中所需要的單 色光的波長濾出來，聲光濾光器的突出特點(diǎn)是光譜分辨力高、角度孔徑大，速度快，比機(jī)械式的濾光器方便得多。喇曼一奈斯聲光效應(yīng) :在聲光互作用長度比較短時(shí)，聲光介質(zhì)對(duì)入射光的作用相當(dāng)于一個(gè)平面位相光柵，聲光互作用區(qū)域短，對(duì)入射光方向要求不嚴(yán)格，能產(chǎn)生多級(jí)衍射光 .每級(jí)衍射光強(qiáng)度均很低。而反常聲光效應(yīng)中入射光與衍射光的偏振態(tài)不同，它們?cè)谕唤橘|(zhì)中的折射率不同。因?yàn)椴祭窠且话愣己苄?，故衍射光相?duì)于入射 光的偏轉(zhuǎn)角 為 : 聲光效應(yīng)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(shí)間介質(zhì)在空間上的周期變化可看成是固定的。當(dāng)光束通過有超聲波的介質(zhì)后就會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這就是聲光效應(yīng)。 半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)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(qiáng)、發(fā)散角小、能量高度集中，而且體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、抗震性強(qiáng)、發(fā)光效聲光效應(yīng)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(zhì)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(dǎo)體（如砷化鎵）等，它在外能作用下，具有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)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(dòng)掃描、動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、功耗低、壽命長和可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。其基本組成部分為 :光源 (投光器 )、被檢測對(duì)象及光信號(hào)的形成、光信號(hào)的匹配處理、光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)的放大與處理、微機(jī)、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(shù)的意義在于，它能快速方便地將真實(shí)世界的彩色 信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處 理的數(shù)字信號(hào)，為將實(shí)物數(shù)字化提供了一種手段。當(dāng)前我們的 CCD生產(chǎn)技術(shù)相對(duì) 較弱，也缺乏一種完善的測試、評(píng)價(jià) CCD性能的系統(tǒng)。立了以一維空阱模型為基礎(chǔ)的 CCD基本理論，這個(gè)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致相符，滿足了指導(dǎo)器件進(jìn)一步發(fā)展的需要。聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 I 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 摘 要 本論文在探討 CCD的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、信號(hào)處理及其在光電傳感器中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)光電檢測技術(shù)，特別是基于線陣 CCD的特征標(biāo)志光電檢測技術(shù)進(jìn)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(shí)間內(nèi)，建。如果把多媒體、各種網(wǎng)絡(luò)和信息高速公路作為一個(gè)整體，那么 CCD是它們的眼睛，是全球?qū)崟r(shí)信息技術(shù)的關(guān)鍵器件。 綜合利用近代各種先進(jìn)技術(shù)，采用光電方法對(duì)各種光的、非光的物理量進(jìn)行檢測是光電檢測聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 2 技術(shù)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(shí)驗(yàn)室 Boyle和 Smith利用當(dāng)時(shí)已發(fā)展得很好的硅技術(shù) 研制成第一個(gè) CCD以來，依靠業(yè)已成熟的 MOS集成電路工藝， CCD技術(shù)得以迅 聲光效應(yīng)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(jì)， 1987年 CCD世界市場規(guī)劃為 16億美元，而實(shí)際上 1997年為 50億美元， 1998年為 65億美元。通過 聲光效應(yīng)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(zhì)、激勵(lì)（泵浦）系統(tǒng)和光學(xué)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(fù)雜，體積也較大。當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變作時(shí) 間和空間上的周期性的變化，并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。介質(zhì)內(nèi)的彈性應(yīng)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(yīng)中入射光與衍射光的偏振態(tài)相同，它們?cè)谕唤橘|(zhì)中的折射率相同 。對(duì)于反常聲光器件只有滿足狄克遜方程的入聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 10 射光可通過介質(zhì)產(chǎn)生衍射 .聲光介質(zhì)相當(dāng)于體相位光柵，介質(zhì)內(nèi)折射率會(huì)產(chǎn)生一定分布。 聲光濾光器是一種根據(jù)各向異性介質(zhì)中的聲光衍射原理而工作的電調(diào)諧濾 光器。CCD攝像機(jī)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(dòng)、光譜響應(yīng)寬、輸出線性好等一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)。 CCD 的單元結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖 26 CCD 單元與線陣列結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)室的 Willard Boyle 和 Gee Smith 提出后，隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)的發(fā)展也得到了驚人的發(fā)展。當(dāng)半導(dǎo)體材料為 P 型硅時(shí)，如在 3 兩個(gè)金屬電極上施加適當(dāng)?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(qiáng)度成正比（ CCD 飽和情況除外） 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 14 圖 28 電荷存儲(chǔ)示意圖 ② 電荷轉(zhuǎn)移 如圖 29 所示，左圖為電荷轉(zhuǎn)移的過程，右圖為驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)序。影響電荷轉(zhuǎn)移效率的主要原因是界面態(tài)對(duì)電荷的俘獲常采用胖零工作模式來提高電荷轉(zhuǎn)移效率即讓零信號(hào)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(shí)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(chǔ)在半導(dǎo)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(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)并在半導(dǎo)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(zhuǎn)移脈沖 SH 的高 電平期間，驅(qū)動(dòng)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(hào)電荷并行的向模擬移位寄存器的φ 1 電極轉(zhuǎn)移。這樣， 1 個(gè)行周期中共包括 2750 個(gè)單元，行周期應(yīng)該大于等于這些單元輸出的時(shí)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(jī)內(nèi)有模擬比較器 ,I/O 口可作 A/D 轉(zhuǎn)換用 , 可組成廉價(jià)的 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 (16) 工作電壓范圍寬 , 電源抗干擾性能強(qiáng) 。初始化 B 口 ldi r21,$03 ldi r22,$01 lp: out portb,r22 。而且有效信號(hào)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(jià)格比較優(yōu)越的 12位 A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有多種封裝形式，并具有民用級(jí)、工業(yè)級(jí)、軍用級(jí)產(chǎn)品。 TLC2543C 的轉(zhuǎn)換過程 其工作過程分為兩個(gè)周期 :I/0 周期和實(shí)際轉(zhuǎn)換周期 : (1) 1/0周期 /CS變低后器件進(jìn)入 I/0周期，同時(shí)進(jìn)行兩種操作。它是一種簡單的計(jì)算機(jī)外圍接口標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部多達(dá) 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(jī)接口的需要。 超聲波波速 sV = 0sf?? ，本實(shí)驗(yàn)中采用的光源為λ 0=650nm 的半導(dǎo)體激光器，其中 sf 為超聲波頻率。單片機(jī)通過編程產(chǎn)生串行時(shí)鐘，并按時(shí)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(zhuǎn)化結(jié)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(diǎn)，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(jī)連接 。 ② 在 DATA OUT短串行輸出 8,1 2或 16為各數(shù)據(jù)，當(dāng)插入 /CS高電平脈沖控制件工作時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 /CS下降沿 。 TLC2543C的引腳如圖 圖 37所示。應(yīng)用 AD623的 CCD模擬信號(hào)處理電路如圖 35。 由于是對(duì)差分信號(hào)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(jī)提供 CCD 驅(qū)動(dòng)脈沖編程