【文章內(nèi)容簡介】 的 一 種 加 速 度 傳 感 器 。當(dāng) 傾 角 傳 感 器 靜 止 時(shí) 也 就 是 側(cè) 面 和 垂 直方 向 沒 有 加 速 度 作 用 ，那么 作 用 在它 上 面 的 只 有 重 力 加 速 度 。重 力 垂 直 軸 與 加 速 度 傳 感 器 靈 敏 軸 之 間 的夾 角 就 是 傾 斜 角 了。固體擺式慣性器件：固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng)，其由擺錘、擺線、支架組成。在小角度范圍內(nèi)測量時(shí)，可以認(rèn)為擺錘受力F與擺線與垂直線構(gòu)成的角度θ成線性關(guān)系。如基于此原理的應(yīng)變式傾角傳感器。液 體 擺 式 慣 性 器 件 ： 液 體 擺 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 是 在 玻 璃 殼 體內(nèi) 裝 有 導(dǎo) 電 液 ，并 有 三 根 鉑 電 極 和 外 部 相 連 接 ，三 根 電 極 相 互 平 行 且 間 距 相 等 。當(dāng) 殼 體 水 平 時(shí) ，電 極 插 入 導(dǎo) 電 液 的 深 度 相 同 。如 果 在 兩 根 電 極 之 間 加 上 幅 值 相 等 的 交 流 電 壓 時(shí) ，電 極 之 間 會(huì) 形 成 離 子 電 流 ，兩 根 電 極 之 間 的 液 體 相 當(dāng) 于 兩 個(gè) 電 阻 R I 和 R I I I 。 若 液 體 擺 水 平 時(shí) ，則 R I =R I I I 。當(dāng) 玻 璃 殼 體 傾 斜 時(shí) ，電 極 間 的 導(dǎo) 電 液 不相 等 ， 三 根 電 極 浸 入 液 體 的 深 度 也 發(fā) 生 變 化 ，但 中 間 電 極 浸 入 深 度 基 本 保 持 不 變 。 左 邊 電 極 浸 入 深 度 小 ，則 導(dǎo) 電 液 減 少 ，導(dǎo) 電 的 離 子 數(shù) 減 少 ， 電 阻 R I 增大 ，相 對(duì)極 則 導(dǎo) 電 液 增 加 ，導(dǎo) 電 的 離 子 數(shù) 增 加 ，而 使 電 阻 R I I I 減 少 ，即 R I R I I I 。反 之 ，若 傾 斜 方 向 相 反 ， 則R I RI I I 。在 液 體 擺 的 應(yīng) 用 中 也 有 根 據(jù) 液 體 位 置 變 化 引 起 應(yīng) 變 片 的 變 化 ，從 而 引起 輸 出 電 信 號(hào) 變 化 而 感 知 傾 角 的 變 化 。 在 實(shí) 用 中 除 此 類型 外 ，還 有 在 電 解 質(zhì) 溶 液 中 留 下 一 氣 泡 ，當(dāng) 裝 置 傾 斜 時(shí) 氣 泡 會(huì) 運(yùn) 動(dòng) 使 電 容 發(fā) 生 變 化而 感 應(yīng) 出 傾 角 的 “ 液 體 擺 ” 。氣 體 擺 式 慣 性 器 件 ：氣 體在 受 熱 時(shí) 受 到 浮 升 力 的 作 用 ，如 同 固 體 擺 和 液 體 擺 也 具 有 的 敏 感 質(zhì) 量 一 樣 ，熱 氣 流 總 是 力 圖 保 持 在 鉛 垂 方 向 上 ，因 此 也 具 有 擺 的 特 性 ?！?氣 體 擺 ” 式 慣 性 元 件 由 密 閉 腔 體 、氣 體 和 熱 線 組 成 。 當(dāng) 腔 體 所 在 平 面 相 對(duì) 水平 面 傾 斜 或 腔 體 受 到 加 速 度 的 作 用 時(shí) ，熱 線 的 阻 值 發(fā) 生 變 化 ，并 且 熱 線 阻 值 的 變化 是 角 度 或 加 速 度 的 函 數(shù) ，因 而 也 具 有 擺 的 效 應(yīng) 。其 中 熱 線 阻 值 的 變 化 是 氣 體 與 熱 線 之 間 的 能 量 交 換 引 起 的。就 基 于 固 體 擺 、 液 體 擺 及 氣 體 擺 原 理 研 制 的 傾 角 傳 感 器 而 言 ， 它 們 各 有 所 長 。 在 重 力 場 中，固 體 擺 的 敏 感 質(zhì) 量 是 擺 錘 質(zhì) 量 ，液 體 擺 的 敏 感 質(zhì) 量 是 電 解 液 ， 而 氣 體 擺 的 敏 感 質(zhì) 量 是 氣 體 。氣 體 是 密 封 腔體 內(nèi) 的 唯 一 運(yùn) 動(dòng) 體 ，它 的 質(zhì) 量 較 小 ， 在大 沖 擊 或 高 過 載 時(shí) 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 也 很 小 ，所 以 具 有 較 強(qiáng) 的 抗 振 動(dòng) 或 沖 擊 能 力 。但 氣 體 運(yùn) 動(dòng) 控 制 較 為 復(fù) 雜 ， 影 響 其 運(yùn) 動(dòng) 的 因 素 較 多 ，其 精 度 無 法 達(dá) 到 軍 用 武 器 系 統(tǒng) 的 要 求 。 固 體 擺 傾 角 傳 感 器 有 明 確 的 擺 長 和 擺 心， 其 機(jī) 理 基 本 上 與 加 速 度 傳 感 器 相 同 。 在 實(shí) 用 中 產(chǎn) 品 類 型 較 多 如 電 磁 擺 式 ， 其 產(chǎn) 品 測 量 范 圍 、 精 度 及抗 過 載 能 力 較 高 ，在 武 器 系 統(tǒng) 中 應(yīng) 用 也 較 為 廣 泛 。液 體 擺 傾 角 傳 感 器 介 于 兩 者 之間 ，但 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 ， 在 高 精 度 系 統(tǒng) 中 ，應(yīng) 用 較 為 廣 泛 ， 且 國 內(nèi) 外 產(chǎn) 品 多 為 此 類 。 線陣CCD傳感器的簡介一、TCD1304AP工作原理 TCD1304 是一 個(gè) M O S 集 成 電 路 ， 內(nèi) 有 5 6 0 個(gè) 有 效 光 電 元 素 和 6 4 個(gè) 被 掩 膜 的 ， 用 于暗 基 準(zhǔn) 電 平 的 光 電 元 素 ， 此 外 還 有 兩 個(gè) 線 陣 1 2 8 0 位 C C D 電 荷 傳 送 寄 存 器 ， 一 個(gè) 驅(qū) 動(dòng) 單 元 ， 一 個(gè) 采 樣 / 保 持 電 路 及 輸 出 信 號(hào) 處 理 電 路 。 每 一 個(gè) 光 電 元 素 的 尺 寸 為 2 0 0 u m* 5 u m ， 其 間 均 有 2 u m 寬 的 溝 道 分 隔 。整 個(gè) 器 件 密 封 在 2 0 腳 雙 列 陶 瓷 封 裝 中。 CCD傳感器TCD1304的結(jié)構(gòu)框圖 當(dāng) 光 投 射 到 傳 感 器 的 光 電 元 素 上 時(shí) ，使 元 素 的 電 荷 蓄 積 ，蓄 積 的 電 荷 量 由 光 的 強(qiáng) 度 和 所 照 射 的 時(shí) 間 決 定 。 對(duì) 蓄 積 的 電 荷 每 隔 一 定 的 時(shí) 間 （ 由 時(shí) 序 電 路 控 制 ） 進(jìn) 行串 行 變 換 ， 從 一 根 信 號(hào) 線 以 電 壓 （ 或 電 流 ） 形 式 依 次 送出 。由 于 傳 感 器 中 每 個(gè) 光 電 元 素 所 占 的 寬 度 為 已 知（ 2 0 0 u m ）， 通 過 對(duì) 信 號(hào) 線 送 出 的 電 壓 脈 沖 進(jìn) 行 計(jì) 數(shù) ， 就 能 得 到 被 測 物 體 的 尺 寸 （ 光 照 區(qū) 有 電 壓 脈 沖 輸 出 ， 由 物 體 被 擋 光 而 造 成 的 陰 影區(qū) 無 脈 沖 輸 出 ）。 下 圖 為 圖 2 1 3 C CD 傳 感 器 T C D1 3 0 4 的 結(jié) 構(gòu) 框 圖 。注明：SR傳感器復(fù)位 S/H采樣/保持電路 OB光學(xué)暗 管腳結(jié)構(gòu)二、TCD1304傳感器引腳的功能介紹 其中VDD是CCD傳感器的供電引腳電壓為5V左右，OS是信號(hào)輸出引腳，VSS是傳感器的接地引腳，ICG復(fù)位引腳，∮M傳感器的時(shí)鐘頻率，SH為啟動(dòng)引腳。三、線陣CCD傾角測量原理 光路圖光 源 和 線 陣 C C D 分 別 安 裝 在 兩 個(gè) 被 測 對(duì) 象 的 軸 心 方 向 上 。 由 從 光 源 發(fā) 出 的 平 行 光 線 經(jīng) 過 弧 形 聚 光 透 鏡 , 照 射 到 C CD 的 光 敏 像元 上 , 在 此 像 素 點(diǎn) 輸 出 的 光 信 號(hào) 比 其 它 點(diǎn) 要 強(qiáng) 。 光 源 可 采用 由 L E D 加 裝 透 鏡 產(chǎn) 生 的 平 行 柱 狀 光 源 。線 陣 C C D 的 前 端 加 裝 弧 形 的 聚 光 透 鏡 , 使 平 行 光 線 聚 焦 在 C C D 的 光 敏 面 上 , 如 圖 2211 所 示 。當(dāng) 被 測 對(duì) 象 與 垂 直 平 面 成 一 定 角 度 θ 時(shí) , 匯 聚 到 線 陣 C C D 受 光 面 上 的 光 線 將 偏 離 受 光 面 的 中 心 位 置 , 角 度 越 大 偏 移 量 就 越 大 , 偏 移 到 弧 形 聚 光 透 鏡 的 邊 緣 時(shí) 達(dá) 到 測 量 的 最 大 角 度 。 C C D 輸 出 0 ~ N 號(hào) 像 素 點(diǎn) 的 光 強(qiáng) 度 電 壓 值 。 如 圖 2 2 1 2 所 示 , C C D 測 量 得 出 光 源 照 射 到 的 素 點(diǎn) 編 號(hào) (M ) , 乘 以 像 素 尺寸 ( d )即 為對(duì) 應(yīng) 的 位 置 信 息 , 即X = M d。 CC D 中心 點(diǎn) 位 置 為 X0 = N d / 2 ,D 為 聚 光 透 鏡 的 焦 距 , 測 得 的 照 射 角 度 為 ： θ = t a n 1 ( ( X X0 ) / D ) 通 過 C C D 驅(qū) 動(dòng) 及 測 量 電 路 測 得 入 射 光 線 所 照 射 的 中 心 像 素 點(diǎn) M , 利 用 上 式 即 可 得