一种光电方法测量微小位移
微小位移的电测法
第21卷 第4期2002年12月延安大学学报(自然科学版)Jou rnal of Yanan U n iversity (N atu ral Science Editi on )V o l .21 N o.4D ec .2002微小位移的电测法Ξ任新成(延安大学物理与电子信息学院,陕西延安716000)摘 要:将非电量测量转化为电量测量可以极大地提高对非电量测量的技术指标。
微小位移的精确测量在诸多实验中均有重要的意义,为此,提出了若干种测量微小位移的电测法。
关键词:微小位移;电容式测量;电感式测量;霍尔元件;电阻应变片;非平衡电桥中图分类号:O 441.5 文献标识码:A 文章编号:10042602X (2003)022******* 长度量通常是采用米尺、游标卡尺、螺旋测微计等机械的方法进行测量的,但在一些特殊情况下的微小位移、微小形变(均为长度量),用这些传统的测量长度的仪器测不准、甚至测不出。
近年来由于非电量电测法的迅速发展,加上有时又要进行自动测量或非接触测量,电测法显示出极大的优越性,因而广泛应用于非电量的测量和控制中。
长度量电测法就是将长度的变化转换成各种电学量进行测量,可以用电容式位移测量、电感式位移测量、霍尔元件、电阻应变片等来测量微小位移。
1 电容式位移测量如图1所示,图中P 、P ′为两块长平行板,中间插有一块介电常数为ΕΧ的长条,从而组成具有某一物质材料的电容器。
当中间的长条块在平行板内移动(拔出或插入)△l 时,电容的变化量与平行板间充满介质的程度(ΕΧ・△l )有关,即[1]图1△C =Ε0ΕΧA d=Ε0ad(ΕΧ △l )(1)式中,Ε0为真空介电常数,ΕΧ为某介质的介电常数,A为充满介质部分的有效面积(a ・△l ),d 为两平行板间的距离。
当ΕΧ确定后,影响△C 值的仅是与微小位移△l 有关的量,△C 的变化可通过非平衡交流电桥测出。
由于式(1)中的位移△l 与△C 在小范围内呈线性关系,所以式(1)可写成△C =R m △l(2)式中,R m =Ε0ΑΕΧ d 。
微小尺度位移的测量
微小尺度位移的测量概述微小尺度位移的测量是现代科技中不可或缺的一个重要环节。
从先进的检测设备到精密的医疗治疗，都需要进行微小尺度位移的测量，而这个领域已经成为了一个独特的、应用广泛的交叉学科。
在本文中，我们将探讨微小尺度位移的测量的相关知识。
微小尺度位移微小尺度位移的概念是非常基础的一个概念，它指的是一个物体在空间运动时移动的距离非常小，往往需要高精度、高灵敏度的测量手段来进行检测。
在物理学中，微小尺度位移通常是用亚微米（10^-6 米）作为单位来测量。
一般而言，微小尺度位移测量包括两个方面：静态位移和动态位移。
静态位移通常主要涉及到结构变形和误差改正等本质上是慢速过程的测量，而动态位移则是指在一定周期内快速发生、易受外界干扰，例如震动、旋转等复杂运动状态下的位移测量。
微小尺度位移的测量方法微小尺度位移的测量通常需要经过一系列复杂的操作，包括仪器的选择、信,号处理、数学模型、数据记录等等。
目前应用最广泛的微小尺度位移测量方法有以下几种：激光干涉法激光干涉法是一种应用非常广泛的、接触式的微小位移测量技术。
它通过测量干涉条纹的移动量来判断物质的位移量大小。
激光干涉法的特点是可以实时测量位移，而且精度高，所需设备简单、灵敏度强。
光学衍射法光学衍射法也是一种非常常用的微小位移测量方法，它主要利用衍射规律和光的相干性原理进行测量。
常见的光学衍射法有海拔法、索曼斯衍射法等，并且往往采用计算机图像处理技术进行数据分析。
电容式微小位移测量仪电容式位移测量仪是利用物体的微小尺度位移而变化的电容来计量物体移动距离，通过测量电容的-size来测量物体的位移量。
这种方法精度高，但是受制于电容变化范围较小，灵敏度较弱的问题。
应用展望微小尺度位移测量作为一种新兴的、技术含量高的技术，在未来的应用中还有非常广泛的发展空间。
例如在制造业中，微小尺度位移测量可以用于工件精度检测；在医疗领域中，微小尺度位移测量则可以用于治疗精密手术等方面。
微小位移的电测法
微小位移的电测法微小形变的电测法青岛科技大学【实验简介】电学测量方法具有灵敏度高，响应速度快，便于自动控制与处理等特点。
电学测量方法一般直接测量的是电学量，如电阻、电动势、电流、电容、电感等，因此，要用电学测量方法去测非电学量，就必须将非电学量转换成电学量，其转换器件称为传感器。
本实验用电阻应变片作为传感器，将微小的形变转换成电阻的变化来测量悬臂梁的主应变。
通过本实验了解电阻应变片（传感器）的结构及工作原理，掌握电桥测电阻的方法，理解灵敏度对测量的影响，用电桥测量应变片电阻的微小变化，进而测定悬臂梁的应变, 从而得出顶端位移。
【实验目的】1．2．3．4．用电测法测量微小的形变；来做到±4mm 量程的测量, 分辨率0.001mm. 进一步掌握对静态测量系统的选择和系统的建立. 学生根据给定的测量范围和分辨率要求, 自行设计确定方案. 了解传感器的制作过程.【实验仪器】开关，，水平等强度悬臂梁(E=210GPa, μ=0.28)，多片应变片, 静态电阻应变测量系统, 导线若干, 五个相同质量的砝码。
【实验原理】1. 等强度梁弯曲原理等强度梁如图(等强度梁式力传感器) 所示，梁厚为h ，梁长为l ，固定端宽为b 0，自由端宽为b 。
梁的截面成等腰三角形，集中力F 作用在三角形顶点。
梁内各横截面产生的应力是相等的，表面上任意位臵的应变也相等，因此称为等强度梁，其应变为:设计时根据最大载荷F 和材料的允许应力σb 确定梁的尺寸。
用梁式弹性元件制作的力传感器适于测量5,000N 以下的载荷，最小可测几克重的力。
这种传感器结构简单，加工容易，灵敏度高，常用于小压力测量中。
弯曲应力分析:σ1=1-1截面最大应力为：M 1F ⋅L 1=w 1w 1 m ⋅t 3I 1m ⋅t 2w 1===t /2t /26 截面抗弯截面模量：M 2F ⋅L 2==w 2w 2 σ2=2-2截面最大应力为：n ⋅t 3I 2n ⋅t 2w 2===t /2t /26 抗弯截面模量为：计算两截面的最大应力为:6F ⋅L 16F ⋅L 2σ1=σ=2m ⋅t 2 n ⋅t 2等强度梁两截面最大应力相同：σ1=σ2得到梁的几何关系：L 1L 2=m n 即L 1m =L 2n2．电桥测电阻原理3．测量应变原理4. 应变片的温度误差及补偿【实验步骤】(1)设计等强度梁的尺寸等强度梁末端的最大挠度为: F max =Fh 2l σl 2Eh 梁表面的应力为:ε=2. 结构设计设计成两个悬臂梁相对将被测试件一端夹持在稳固的基座上，其主体悬空，构成一悬臂梁。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种用于测量物体位置或位移的装置，广泛应用于工业自动化、机械制造、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理及其应用。
二、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的物理原理，主要包括电容式、电感式、光电式和磁电式等。
1. 电容式位移传感器电容式位移传感器利用被测量物体与传感器之间的电容变化来测量位移。
当被测物体移动时，与传感器之间的电容会发生变化，传感器通过测量电容的变化来确定位移的大小。
电容式位移传感器具有高精度、高灵敏度和无接触的优点，适用于微小位移的测量。
2. 电感式位移传感器电感式位移传感器利用线圈之间的电感变化来测量位移。
当被测物体移动时，线圈之间的电感会发生变化，传感器通过测量电感的变化来确定位移的大小。
电感式位移传感器具有高精度和耐用性好的特点，适用于中小位移的测量。
3. 光电式位移传感器光电式位移传感器利用光电效应来测量位移。
传感器发射一束光线，当被测物体移动时，光线会被遮挡或反射，传感器通过测量光线的变化来确定位移的大小。
光电式位移传感器具有高精度和快速响应的特点，适用于高速位移的测量。
4. 磁电式位移传感器磁电式位移传感器利用磁场的变化来测量位移。
传感器通过测量磁场的变化来确定位移的大小。
磁电式位移传感器具有高精度和耐用性好的特点，适用于大范围位移的测量。
三、应用领域位移传感器在各个领域都有广泛的应用，下面介绍几个常见的应用领域。
1. 工业自动化位移传感器在工业自动化中常用于测量机械设备的位移，如机械臂的运动范围、传送带的位置等。
通过位移传感器的测量数据，可以实现机械设备的精确控制和自动化操作。
2. 机械制造位移传感器在机械制造中广泛应用于测量机械零件的位移和位置。
例如，用于测量机床的刀具位置、传送带的位置、液压缸的伸缩长度等。
通过位移传感器的测量数据，可以保证机械零件的精确加工和装配。
3. 航空航天位移传感器在航空航天领域中被用于测量飞行器的位移和姿态。
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法在物理实验中，微小位移量的测量是一个重要的环节。
纳米级的位移量可以帮助我们研究非常微小的事物。
而光学测量方法是一种高精度、非接触式的测量方法，被广泛应用于微小位移量的测量中。
本文将介绍几种常用的光学测量方法。
一、白光干涉法白光干涉法是一种常用的测量光程差的方法。
在实验中，利用Michelson干涉仪产生干涉条纹，通过计算干涉条纹的移动距离，可以得到微小位移量的数值。
在白光干涉法中，由于光波长的分散性质，光源的发光波长不同，因而干涉条纹的颜色也随着移动位置的改变而改变。
通过光谱技术，可以将光源发的不同波长的光分离开来，进一步减小误差。
白光干涉法的优点是光源便宜易得，采样快速；缺点是对光源的光谱性质要求较高，需要对光源进行调整。
二、激光干涉法与白光干涉法相比，激光干涉法具有光源单色性好、光强稳定等优点。
激光干涉法也是一种非常重要的光学测量方法。
激光干涉法的原理与白光干涉法相同，所不同的是，激光干涉法使用的是激光的单色性，因此绝大部分的激光干涉仪是由He-Ne激光器作为光源。
激光干涉法的优点是可使干涉条纹清晰明显，易于处理数据；缺点是激光器使用成本较高。
三、莫尔条纹法莫尔条纹法是利用干涉现象测量表面形状和表面变形的方法。
在莫尔条纹法中，将一系列的‘条纹’透射到平整或有形状的表面上，通过观察条纹的特殊布局和消失位置等，可以得到表面的变化信息。
莫尔条纹法的主要优点是测量精度高、分辨能力强，其测量原理基于光学干涉，不易受到外界干扰，具有快速、高效等特点。
四、激光视轮法激光视轮法是一种利用激光束对物体进行带有方向的扫描，然后依据扫描的结果来测量物体表面形状和位移量等的方法。
在实验中，将激发的光束反射到物体表面，同时维持一定角度的斜向照射，通过扫描预先设定区域，生成一个三维物体的表面形状的图像。
激光视轮法的优点是测量精度高、成像速度快、测量能力强等，目前已被广泛应用于工程领域、生物医学领域等多个领域。
物理实验技术中的位移测量使用方法
物理实验技术中的位移测量使用方法引言物理实验中，位移测量是非常重要的一项技术，它可以帮助我们准确地测量物体在空间中的位置变化。
不同的实验需要不同的位移测量方法，本文将为大家介绍一些常见的物理实验中的位移测量使用方法。
一、光电法光电法是一种常见的位移测量方法，它利用光束的投射和接收来测量物体的位移。
该方法基于光电效应，通过光电传感器接收光束反射回来的光信号，进而计算物体的位移。
光电法测量位移快速准确，广泛应用于各种实验中，例如光栅移位传感器用于测量光栅条纹的位移。
二、激光干涉法激光干涉法是一种高精度的位移测量方法。
它利用激光光束的干涉现象来测量物体的位移。
将一束激光光束分成两束，分别照射到被测物体上，通过干涉效应，可以测量出物体的微小位移。
激光干涉法在实验室中广泛应用，例如在微纳尺度测量和光学仪器校准中。
三、位移传感器位移传感器是物理实验中最常用的位移测量设备之一。
位移传感器可以通过测量物体的伸缩变化、电容变化、电感变化等来获得位移信息。
它们通常由传感器头和信号处理部分组成。
常见的位移传感器有电容传感器、电感传感器和线性变阻传感器等。
根据实验需求，可以选择不同类型的位移传感器来实现高精度的位移测量。
四、高速相机法高速相机法是一种用于测量物体运动位移的方法。
它通过使用高帧率的相机来捕捉物体连续的图像。
通过分析这些图像中物体的移动情况，可以推算出物体的位移。
高速相机法在物理实验中广泛用于研究快速运动的物体，例如高速冲击试验和流体动力学研究。
五、声波测距法声波测距法是一种基于声音传播速度的位移测量方法。
它通过发射声波并接收反射回来的声波来测量物体的位移。
声波的传播速度是已知的，通过计算声波发射时刻与接收时刻的时间差，可以准确测量出物体的位移。
声波测距法广泛应用于工业领域和物理实验中的位移测量。
结论位移测量是物理实验中不可或缺的一项技术，通过光电法、激光干涉法、位移传感器、高速相机法和声波测距法等不同的测量方法，我们可以获得准确的位移数据。
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法在物理实验中，测量微小位移量是非常重要的。
微小位移量的测量可以用来研究物体的运动规律和性质，同时也可以应用到各种不同的领域，例如工程、医学、空间科学等。
光学测量方法是一种常用的方法，它采用光学原理来测量微小位移量，具有非接触性、高精度和高灵敏度等优点。
本文将介绍几种常用的光学测量方法，包括差动测量法、干涉测量法、激光测量法和数字全息测量法，并对它们的原理、应用和优缺点进行详细介绍。
差动测量法是一种基于两束光的相位差来测量微小位移量的方法。
它的基本原理是将两束光沿不同的光路传播，然后再将它们进行合并，通过比较两束光的相位差来测量位移量。
差动测量法在实际应用中有多种实现方式，例如双臂激光干涉仪、激光多普勒测速仪等。
双臂激光干涉仪是最常见的一种实现方式，它采用激光作为光源，通过将激光分为两束，分别沿不同的光路传播，并最终在相位板上进行叠加来进行测量。
在测量时，当被测物体发生微小位移时，两束光的相位差会发生变化，通过测量这种相位差的变化就可以得到位移量。
差动测量法在很多领域都有广泛的应用，例如机械工程、光学工程、材料科学等。
它具有非接触性、高精度和稳定性的优点，在微小位移量的测量中有着很高的应用价值。
但是，差动测量法也有一些缺点，例如对环境条件要求较高，需要较长的测量时间，同时对系统的稳定性和复杂性也有一定要求。
干涉测量法是一种基于光的干涉现象来测量微小位移量的方法。
干涉测量法的基本原理是利用干涉仪的干涉图样来测量光的相位差，从而得到被测物体的位移量。
干涉测量法在实际应用中有多种实现方式，例如薄膜干涉法、多束干涉法和全息干涉法等。
薄膜干涉法是一种常见的实现方式，它采用薄膜反射镜或衍射光栅等器件来产生干涉图样，通过测量干涉图样的变化来测量位移量。
在测量时，通常需要通过对干涉图样进行处理，例如通过解调或者数字图像处理等方式，来得到被测物体的位移量。
干涉测量法在很多领域都有广泛的应用，例如半导体制造、光学显微镜、生物医学等。
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法光学测量是物理实验中常用的一种测量方法，它可以精确的测量微小的位移量。
在物理实验中，微小的位移量是非常重要的，因为它们可以提供关于物体运动和形状的关键信息。
在光学测量中有多种方法可以用来测量微小的位移量，这些方法包括干涉法、衍射法、激光测量法等。
本文将对这些光学测量方法进行详细介绍。
1.干涉法干涉法是一种光学测量方法，它利用光的干涉现象来测量微小的位移量。
当一个物体发生微小的位移时，会导致其表面或表面附近的光程发生变化，从而引起干涉条纹的移动。
通过观察干涉条纹的移动，可以测量出物体的位移量。
干涉法有许多种实现方式，常见的有薄膜干涉、朗伯干涉、迈克尔逊干涉等。
薄膜干涉是一种利用薄膜表面反射光产生干涉现象的方法。
当薄膜表面发生微小的位移时，会引起薄膜的光程发生变化，从而引起干涉条纹的移动。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出薄膜的位移量。
朗伯干涉是一种利用透过两个旋转角度不同的偏振镜的光产生干涉现象的方法。
当光通过两个旋转角度不同的偏振镜时，会产生两束光，这两束光之间会发生干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出物体的位移量。
迈克尔逊干涉是一种利用分束镜将一束光分为两束光，并使其经过不同的光程，然后再通过合束镜使其重新合并产生干涉的方法。
通过改变一个光程使得两束光之间产生相位差，从而产生干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出物体的位移量。
2.衍射法衍射法是一种利用光的衍射现象来测量微小的位移量的方法。
当光通过一个狭缝或者物体边缘时，会产生衍射现象。
当物体发生微小的位移时，会导致其衍射图样发生变化，从而可以通过测量衍射图样的变化来计算出物体的位移量。
衍射法有许多种实现方式，如菲涅尔衍射、菲索衍射等。
菲涅尔衍射是一种利用衍射光产生的干涉现象来测量微小的位移量的方法。
当光通过一个狭缝或者物体边缘时，会产生衍射现象，而衍射光会产生干涉现象。
通过测量干涉条纹的移动，可以计算出物体的位移量。
微小位移测量技术探究
微小位移测量技术探究盖巍奇【摘要】随着现代科技的发展,在精密加工、自动控制、半导体制作工艺中经常要对微小位移进行测量和控制.本文提出采用光学和莫尔条纹电子学细分技术为基础的一种测量微小位移的方法,并研制了微小位移传感器.该传感器体积小,实现简单,测量精度可达微米级,理论测量分辨率可达:0.078μm.为验证该方法的有效性和准确性,设计了用步进电机带动微距丝杠的滑动平台和计算机控制软件控制系统.由计算机控制系统发送命令,控制滑动平台移动微小距离作为理论位移数据,由微小位移传感器测量滑台移动距离作为实验数据,经对比分析,该微距传感器测量精度可达10μm.【期刊名称】《黑龙江科学》【年(卷),期】2018(009)009【总页数】3页(P162-164)【关键词】微距测量;莫尔条纹;电子学细分;光栅【作者】盖巍奇【作者单位】东北师范大学附属中学,长春130021【正文语种】中文【中图分类】TH822微小位移的测量可以应用在很多领域。
无论是测量长度、高度、厚度、间距或直线位移，还是在精度检测、设备标定、精密加工、半导体制作设备、武器系统等方面，都能够看到微小位移测量技术的应用。
现代科技的发展推动工业技术不断的进步，工业4.0的提出，对自动控制、精密加工以及需要微小位移测量领域提出了更高的要求。
目前微小位移的测量技术大体可分为三类：一是显微镜结合CCD图像处理方式的测量技术，向被测物体发射45°角的激光，由CCD接收反射光，通过人工观测反射光点照射在CCD光电阵列中的位置来判读物体移动的距离。
二是通过光学方法，根据光学干涉原理，通过测量干涉条纹移动的数量测量位移，如迈克尔逊激光干涉仪测量。
另外，光栅尺也是根据光学方式测量位移的专门测量装置，但由于体积较大，光栅刻线较粗，测量精度低，只适合测量要求不高的应用环境。
三是利用霍尔效应的电子学测量方法。
根据霍尔元件的磁电阻效应与磁感应强度的平方成正比这一关系，通过改变磁铁与霍尔元件之间的距离引起霍尔元件磁电阻的变化，再把这一变化转换成电压信号，测量电压信号从而得到与之对应的位移量。
微型位移传感器的基本原理及应用领域
微型位移传感器是一种能够测量和记录物体相对位置变化的装置。
它可以将微小的位移转化为电信号，并通过电子设备来实现测量和监测目的。
微型位移传感器广泛应用于工业自动化、机械加工、医疗仪器、航空航天等领域，对于精密测量和控制起着至关重要的作用。
一、微型位移传感器的基本原理微型位移传感器主要基于以下原理来实现位移测量和控制：1. 电阻原理：通过测量材料的电阻值来获取位移信息。
当物体产生位移时，电阻值会发生相应的变化，通过测量电阻的变化来确定位移值。
2. 容错原理：通过测量材料的电容值来获取位移信息。
当物体产生位移时，电容值会发生相应的变化，通过测量电容的变化来确定位移值。
3. 电感原理：通过测量材料的电感值来获取位移信息。
当物体产生位移时，电感值会发生相应的变化，通过测量电感的变化来确定位移值。
4. 光电原理：通过测量光信号的变化来获取位移信息。
当物体产生位移时，光信号会发生相应的变化，通过测量光信号的变化来确定位移值。
以上原理中，电阻原理和容错原理是微型位移传感器中应用最为广泛的原理，因为它们具有测量精度高、反应速度快、适应性强等优点。
二、微型位移传感器的应用领域微型位移传感器具有精度高、响应快、可靠性强等特点，因此在各个行业都有着广泛的应用：1. 工业自动化领域：在工业生产中，微型位移传感器常常用于测量和控制机械设备的位移，以实现自动化生产和提高生产效率。
2. 机械加工领域：在机械加工过程中，微型位移传感器常常用于测量材料的变形和位移，以保证加工精度和质量。
3. 医疗仪器领域：在医疗设备中，微型位移传感器常常用于测量和控制治疗设备的位移，以保证治疗效果和安全。
4. 航空航天领域：在航空航天领域，微型位移传感器常常用于测量和控制飞行器的姿态和位移，以保证飞行安全和稳定。
微型位移传感器在许多领域都有着重要的应用价值，它不仅可以提高工作效率，还可以保证设备和产品的质量和安全，因此在未来的发展中，微型位移传感器将会有着广阔的应用前景。
激光散斑照相法—一种测量微小位移的方法
ik
x y 2F
2
2
A1 e
ik
( x
F F x )2 ( y y )2 uF u F 2v
A1e
( x x )2 ( y y )2 ik 2v
x y F v M y uF u x
Experiment
一、内容和步骤
测量模拟极限变形 实际应用——压电陶瓷的变形测量 单板记录多样复杂信息的花样
Experiment
极值测量
测量方法： 在压电陶瓷表面贴上一层毛玻璃，放在带 有螺旋测微器的光具座上，调节光路使成 像清晰，拍摄记录一次，然后手动调节螺 旋钮，使沿垂直于成像光路方向产生一定 量的位移（微小），再拍摄记录一次，通 过显影、定影后，再现观察所得胶片，即 可定出运用该方法测量微小位移的极限长 度（包括极大值与极小值）
条纹间距 /cm
× ×
理论位移/um （由条纹间距计算出）
× ×
备注
1 2 3 4 5 6
无条纹 1条纹 （一个椭圆斑） 3条纹 亮纹5条，暗纹2条
15.80/3=5.27 16.80/5=3.36
10.9 17.1
80
90
30、40
30、40
12.00/16=0.75
8.90/14=0.64
u2 ( x, y) u1 ( x, y) e A1 e 物面小位移 ( x x )2 ( y y )2 ik 2u ( x, y) A1e u1 在像面上反映为
x2 y 2 ik 2F
x2 y 2 ik 2v
( x, y) u1 ( x, y) e u2
2 2
M
用激光双光栅法测量微小位移的实验研究
收 稿 日期 ：０ ２ ４ ２ ２ １ —０ —１
作者简介 ： 杨静 （ ７ 一）女 ， １ ４ ， 江西玉山人 ， ９ 上饶师范学院物理系讲师 ， 主要研 究方 向为物理 实验 。
第３ 期
杨
静， 陈晓花 ， 潘
晨： 用激光双光栅法测量微小位移的实验研 究
４ ３
） ，
位相光栅
图 １ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当激光平面波垂直入射到位相光栅时 ， 由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光 波的位相延迟
作用 ， 使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面 ， 见图 １由于衍射干涉作用 ， ， 在远场 ， 满足光栅方程 ：
ｄｉ０ ｋ ｓ ＝ｎ ｎ 式 中 ｄ为光栅 常数 ，为衍 射 角 ， ０ 为光 波波 长 。 （） １
第 ３ 第３ ２卷 期
２１ Ｏ ２年 ６月
上 饶 师 范 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ Ｈ ＯＦ Ｓ ＡＮＧＲＡＯ ＯＲＭＡ ＵＮＩ ＥＲ Ｉ Ｎ Ｌ Ｖ ＳＴＹ
Ｖ０ ． ２． ｏ． １３ Ｎ ３
Ｊｎ．Ｏ ２ ｕ ２ １
用激光双 光栅法测量微小位移的实验研 究
杨 静 陈 晓花 潘 ， ，
这 些微 弱 振动 的振 幅大小 和频 率高 低 ， 直接 关 系到生 产产 品 的质 量 ， 因此 ， 对这些 微 弱振 动进行 检测 ， 要 以保 证产 品达 到工 程技 术标 准要 求 。一种 利用 光 的多普 勒频 移 形成 光拍 原 理 制 成 的仪 器 ， 正好 可 以解 决这 一 问 题 。该实 验根 据多 普勒 效应 ［２ １］ ．精确 测定 微振 动位 移 ［ ３。 ３ Ｊ 文献 ｃ 光栅法 测 量微小 位移 进行 了研 究 。通 过理论 分 析 和计算 机 模 拟 方法 ， ４ 】 对激 光 双 光栅 法 测 微 小位 移 实验 中 出现 的不 规 则光拍 信号 波形 ， 毛 刺” 即“ 现象进 行 讨论 ， 出 了改进 双 光栅 微 振 动实 验 的方法 ， 获 提 并
位移传感器的原理和应用
位移传感器的原理和应用1. 引言位移传感器是一种能够测量物体位置变化的装置。
它通过测量物体相对于参考点的位置改变，将这个变化转化为可读取的电信号或数字信号。
位移传感器广泛应用于各个领域，包括制造业、机械工程、汽车工业、航天航空等。
本文将介绍位移传感器的原理和应用。
2. 位移传感器的原理位移传感器的工作原理根据不同的传感器类型而有所差异，常见的位移传感器类型包括电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等。
以下是几种常见的位移传感器原理的介绍：2.1 电容传感器电容传感器通过测量电容的变化来确定物体位移。
当物体与电容传感器之间的距离改变时，电容值也会发生变化。
电容传感器常用于测量非接触位移，并提供高精度的测量结果。
2.2 电感传感器电感传感器利用物体与传感器之间的电感值变化来测量位移。
当物体接近传感器时，电感值会发生变化。
电感传感器常用于非金属物体的位移测量。
2.3 光电传感器光电传感器使用光电效应来测量位移。
光电传感器将光源和光接收器组合在一起，通过测量光线的强度和位置变化来确定位移量。
光电传感器通常用于非接触位移测量。
2.4 压电传感器压电传感器通过将物体与传感器之间施加压力来测量位移。
压电传感器的工作原理基于压电效应，即物质在受到力的作用时会产生电荷。
压电传感器常用于测量微小的位移量。
3. 位移传感器的应用位移传感器广泛应用于各个行业，以下是一些常见的应用领域：3.1 制造业在制造业中，位移传感器用于监测和控制机器人和自动化系统的运动。
它可测量物体在生产过程中的位移和变形，通过反馈控制系统实现精确的运动控制。
3.2 机械工程在机械工程中，位移传感器被广泛用于测量机械系统的运动和位置。
它们可以用于测量线性位移、角位移、振动等参数，帮助工程师设计和优化机械系统。
3.3 汽车工业在汽车工业领域，位移传感器用于测量汽车各个部件的位移和变形。
它们可以用于测量悬挂系统、转向系统、刹车系统等部件的位移，以确保汽车行驶的安全性和稳定性。
光杠杆测微原理的应用
光杠杆测微原理的应用1. 引言光杠杆测微是一种重要的测量技术，广泛应用于物理学、生物学、化学等领域。
该技术通过利用光的散射或反射特性，实现对微小位移的测量。
本文将介绍光杠杆测微的原理及其应用。
2. 光杠杆测微的原理光杠杆测微的原理基于光的散射或反射特性。
当光束投射到目标物体表面时，部分光束会被散射或反射回来。
利用光杠杆，即将目标物体附近的一小块区域放置在一个微小的杠杆上，可以放大微小位移对光的散射或反射的影响，从而实现精确的测量。
3. 光杠杆测微的设备光杠杆测微的设备主要包括光源、检测器和控制系统。
光源用于产生光束，可以是激光或LED等。
检测器用于接收散射或反射回来的光束，常用的检测器有光电二极管和光电探测器。
控制系统用于控制光源和检测器的运行以及数据采集和处理。
4. 光杠杆测微的应用光杠杆测微在许多领域中都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域。
4.1 物理学光杠杆测微在物理学中常用于测量微小的位移或振动。
例如，可以利用光杠杆测微来测量微弱的晶格振动，研究材料的结构和性质。
此外，光杠杆测微还可用于研究微小粒子的运动，如原子、分子等。
4.2 生物学在生物学中，光杠杆测微可用于测量生物体的微小位移，如细胞的运动和变形等。
这对于研究细胞功能和疾病的发生机制非常重要。
此外，光杠杆测微还可以用于检测生物体的微弱力和压力变化。
4.3 化学在化学领域中，光杠杆测微可用于测量化学反应中微小的位移或变化。
例如，可以利用光杠杆测微来研究化学反应速率的变化以及物质的吸附和解吸过程。
此外，光杠杆测微还可以用于测量液体的表面张力等性质。
5. 光杠杆测微的优势光杠杆测微具有以下几个优势：•非接触性：光杠杆测微可以通过光的散射或反射来实现测量，不需要直接接触目标物体，避免了测量带来的额外影响。
•高精度：由于光杠杆可以放大微小位移的影响，光杠杆测微具有很高的测量精度，可以测量纳米级别的位移。
•高灵敏度：光杠杆测微对位移的灵敏度非常高，可以探测到微弱的位移或变化。
激光干涉仪工作原理
激光干涉仪工作原理激光干涉仪是一种利用激光干涉原理测量物体表面形貌、位移、振动等参数的精密光学仪器。
它主要由激光器、分束器、反射镜、光电探测器和信号处理系统等组成。
激光干涉仪的工作原理是基于激光的干涉现象，通过测量光波的相位差来实现对被测物理量的测量。
首先，激光器产生一束高度相干的激光光束，经过分束器分成两束光线，分别照射到被测物体表面并被反射回来。
这两束光线再次汇聚在分束器处，形成干涉条纹。
当被测物体发生微小位移或形貌变化时，其表面反射的光程差也会发生变化，导致干涉条纹位置发生移动。
通过测量干涉条纹的位移，可以计算出被测物体的位移量。
激光干涉仪的工作原理基于干涉现象，利用光波的相位差来测量被测物理量。
在干涉条纹的形成过程中，两束光线的相位差决定了干涉条纹的位置。
当两束光线的相位差为整数倍的波长时，它们将加强干涉，形成亮条纹；当相位差为半波长的奇数倍时，它们将相互抵消，形成暗条纹。
因此，通过测量干涉条纹的移动，就可以得到被测物体的微小位移量。
激光干涉仪在工业、科研和医疗等领域有着广泛的应用。
在工业领域，它可以用于测量零件的尺寸、形貌和表面质量，实现精密加工和质量控制；在科研领域，它可以用于研究微小振动、形变和位移等参数，提供实验数据支持；在医疗领域，它可以用于眼底血管的形态学和血流动力学参数的测量，为临床诊断提供重要参考。
总之，激光干涉仪是一种基于激光干涉原理的精密光学测量仪器，通过测量干涉条纹的位移来实现对被测物理量的测量。
它在工业、科研和医疗领域有着广泛的应用前景，为实现精密测量和科学研究提供了重要的技术手段。
光杠杆镜尺法测定钢丝的杨氏弹性模量
将实验结果与理论值进行对比，评估实验方法的 准确性和可靠性。
结果讨论
根据实验结果，讨论钢丝的杨氏弹性模量与材料、 温度等因素的关系。
05
实验结果与误差分析
实验结果
实验数据记录
通过光杠杆镜尺法测得钢丝在不同拉伸长度下的位移量，记录了 多组数据。
数据处理与分析
对实验数据进行处理，计算钢丝的杨氏弹性模量，并分析其变化规 律。
03
实验步骤
准备阶段
准备实验器材
光杠杆镜尺法需要用到光 杠杆、望远镜、标尺、钢 丝等器材，确保这些器材 的精度和稳定性。
确定实验参数
根据实验要求，确定钢丝 的长度、直径、拉伸载荷 等参数，以便后续实验操 作。
搭建实验装置
按照实验要求，搭建光杠 杆镜尺法装置，确保装置 的稳定性和精度。
安装与调试阶段
实验结论
根据实验数据和结果，得出钢丝的杨氏弹性模量随拉伸长度变化的 结论。
误差来源分析
01
02
03
04
测量误差
由于测量工具和方法的限制， 可能导致测量结果存在误差。
环境因素
实验过程中环境温度、湿度等 变化可能对实验结果产生影响
。
操作误差
实验操作过程中可能存在的误 差，如钢丝夹持不紧、拉伸不
均匀等。
定义公式
E=σ/ε （E为杨氏弹性模量，σ为应力， ε为应变）。
实验目的和意义
实验目的
通过光杠杆镜尺法测定钢丝的杨氏弹性模量，了解钢丝在不同受力条件下的形 变特性，为材料科学和工程领域提供基础数据。
实验意义
杨氏弹性模量是材料力学性能的重要参数，对于材料的选择和应用具有指导意 义。通过实验可以深入了解材料的力学性能，为实际工程应用提供依据。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。
由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。
这也是绝大多数学生的要求。
下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。
一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。
He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。
采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。
测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。
将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。
由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。
基于迈克耳孙干涉光程差放大法的微小位移测量
物
理
第 ３ ６卷
Ｍ
Ｓ
图 ４ 传 统 迈 克 耳 孙 干 涉 光 路 光 程 差 分 析
的放 大． 对 应第 ｋ级 明条纹 由式 （ １ ） 可得到 ：
条 光路 中 通 过 添 加 平 行 平 面 镜 组 ， 而 实 现 光 程 放 大 ． 所用 到 的理 论知 识 是 大学 物 理 中光干 涉 部 分 的 内容 ， 一 方 面可 以使 学生 更 深 一 步 了解 迈 克 耳孙 干 涉实 验 ， 另一 方 面 让 学 生利 用 已掌 握 的理 论 知识
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习热情 ， 并 且 很 大程 度 的提 高学 生实 验 的 动 手操 作 能 力 ． 本论
文 还分 析 了实验 原 理 ， 并 进行 了实验 验证 ， 实 验结果 证 明该 方法 可 以实 现微 小位 移 的测量 ．
１ ５ Ｑ Ｎ Ｊ Ｊ ０ ６ ） 共 同 资 助
作者简 介： 黄珍献 （ １ ９ ８ ２ 一） ， 男， 山东 济南 人 ， 天津 商 业 大 学 理 学 院实 验 师 ， 硕士 ， 主 要 从 事 光 电 检 测 技 术 和 光信 息 处理 的教 学 与 研 究 工 作 ．
４ ２
大
学
射镜 组 （ Ｍ 、 Ｍ ） ． 光源选 取 氦氖 激光 器 ， 波长为 ６ ３ ２ ．
８ ｎ ｍ． 光源 ｓ发 出 的 光 经 扩 束 后 ， 照射 到分 光 板 Ｇ 上， 其 中一束 光透 过 Ｇ， 和补 偿 板 Ｇ ， 照 射 到 Ｍ： 后 反射 ， 经过 Ｇ 。 反射 到 达 Ｃ Ｃ Ｄ ． 另一束光经过 Ｇ 反
优点 而被 广 泛地 研究 ¨ 一 ．
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一种光电方法测量微小位移摘要高精度的测量广泛的应用于微电子、超精加工、生物工程、未来医学、航天技术、材料科学、纳米操作等高技术产业中，且成为这些领域的关键技术，也成为许多领域不断进步的制约性因素。
干涉的方法测量长度是激光在几何量测量中最重要的应用。
以迈克尔逊干涉仪为代表的光波干涉法一直是公认的精密测量长度和位移的有力手段。
激光的出现与发展给干涉测量长度提供了极好的相干光源，光波干涉技术测量逐渐成为科研与生产中精密测量的重要手段。
但是测量方法受限于光源单色性差和人眼计数的误差，再加许多其它客观外部因素的存在，很难统计干涉条纹，从而造成很大的误差。
为了提高测量的精确度，本文采用线阵CCD为条纹记录工具，通过后台电路，对干涉条纹的图像进行分析得到微小位移量。
本文的主要研究内容有：第一、线阵CCD的结构及工作原理。
第二、迈克尔逊干涉实验的分析研究，阐明利用激光干涉测量位移量的原理，设计出简单实用的干涉测量光路。
第三、用设计的实验装置进行实际测量，并对其测量数据进行数据处理和结果分析。
最后，根据实验结果，比对和分析采用的实验方法的可行性和不足，并对后继工作提出一些需要改进和完善的地方。
关键词：微小位移，激光，干涉条纹，干涉条纹间距，线阵CCDoneABSTRACT KEY WORDS:目录前言 (1)第一章线阵CCD的数据采集系统分析 (3)§1.1 CCD的分类 (3)§1.2 CCD的工作原理 (4)§1.2.1 光电转换 (4)§1.2.2 电荷的存储 (5)§1.2.3 电荷的转移 (6)§1.2.4 电荷的检测 (7)§1.3 CCD的工作原理 (8)第二章激光干涉的原理介绍及测量分析 (10)§2.1 激光及激光干涉 (10)§2.2 国内外关于高精度测量技术状况 (11)§2.2.1 国外现状分析 (11)§2.2.2 国内的研究现状 (12)§2.3 CCD的工作原理 (13)§2.4 用激光干涉测量位移不足分析 (15)第三章利用干涉和线阵CCD设计微位移测量 (17)§3.1 实验测量 (17)§3.2 实验测量结果 (18)第四章误差及影响条件分析 (20)§4.1 系统误差 (20)§4.2 余弦误差 (20)§4.3 死区误差 (20)§4.4 波长修正误差 (21)§4.5 热膨胀误差 (21)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (25)附录 (26)前言计量科学技术的水平集中体现了一个国家科学技术发展的水平。
计量科技水平越高，工业产品的质量就越好；计量测试精度越高，产品的性能越高，竞争力就越强。
长度量是最基本的几何量，长度量的计量有着极为重要的意义。
随着人们认识的提高和科学技术的不断发展，高精度的测量在微电子、超精加工、航天技术、材料科学等高技术产业中有着广泛的应用。
成为许多领域的关键性技术，同时也已成为许多领域不断发展进步的制约性因素。
无论是生物工程中的细胞操作、集成电路或光电子器件的加工等，这些都需要精确地测量定位。
在20世纪70年代提出了精密、超精密加工。
而这一概念的提出，就迅速在美国、日本和英国等国家得到了重视和发展。
各国都投入了大量的人力物力研制超精密测量仪器。
当前美国的水平最高，不仅应用于中小型超精密仪器的加工，而且广泛的应用于国防和尖端技术的当中。
干涉法测量长度是激光在几何量测量中最重要的应用．以迈克尔逊干涉仪为代表的光波干涉法作为精密测量长度和位移的有力手段，一直是公认的精度最高的检测手段。
近代激光及激光技术的出现与发展给干涉测量长度提供了极好的相干光源，光波干涉技术测量逐渐成为科研与生产中精密测量的重要手段。
传统的迈克尔逊测量方法受限于光源单色性差和人眼计数的误差对测量的精度有很大的影响。
CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)于1969年由贝尔研究所的W.S.Boyle与G.E.Smith发明，并于次年发表。
由于CCD具有储存信号电荷后传输的功能，被广泛应用于内存，显示器，延迟单元等。
在其后的几年里，CCD迅速发展成熟，并逐渐应用于图像传感器。
经过几十年发展，CCD现今已经在摄像扫描等领域占据重要地位，而线阵CCD在静态图像摄取方面应用非常广泛的应用。
CCD线阵传感器因其能在一次曝光时间内探测一定波长范围内的所有谱线，在现代光谱测量技术中获得了越来越广泛的应用。
本文以激光的干涉的原理，利用线阵CCD采集数据。
提出了一种图像分析法测量微小位移的方法，并对测量的位移的误差进行分析研究。
第一章线阵CCD的数据采集系统分析CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)于1969年由贝尔研究所的W.S.Boyle与G.E.Smith发明，并于1970年发表。
由于CCD具有储存信号电荷后传输的功能，被广泛应用于内存，显示器，延迟单元等。
在其后的几年里，CCD迅速发展成熟。
关键应用的CCD图像传感器，利用称为桢转移(Frame Transfer)方式(FT-CCD)的简单构造，于1971年也由贝尔实验室发表。
在电荷检测技术方面的FD(Floating Diffusion，浮置扩散)电荷检测构造也于同年发表。
此外还有目前广泛使用的CCD图像传感器构造的IT-CCD(Interline Transfer，行间转移)方式的构造于1972年发表，而在信号处理的相关技术方面也开发出了抑制CCD图像传感器信号内噪声的相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)电路(1974年)等技术。
经过几十年发展，CCD现今已经在摄像扫描等领域占据重要地位，而线阵CCD在静态图像摄取方面应用非常广泛。
§1.1 CCD的分类CCD的分类方法有许多，最主要的有：1、依成像色彩分为：彩色摄像机、黑白摄像机。
2、依分辨率灵敏度等可分为：（1）影像像素在38万以下的为一般型，其中尤以25万像素（512*492）、分辨率为400线的产品最普遍。
（2）影像像素在38万以上的高分辨率型。
3、按CCD靶面大小可分为：CCD芯片已经开发出多种尺寸，但目前采用的芯片大多数为“1/3和1/4”。
4、按扫描制式分为：PAL制、NTSC制。
5、依供电电源分为：110VAC 、220VAC 、24VAC 、12VDC 、9VDC 。
6、按同步方式分为： 内同步、外同步、功率同步、外VD 同步。
7、按照度划分为：普通型 、月光型 、星光型 、红外型 。
§1.2 CCD 的工作原理CCD 的工作可以分为四个方面来完成：(1)光电转换；(2)电荷的存储；(3)电荷的转移；(4)电荷的检测。
其中光电转换与电荷的存储是在光电二极管中进行的，电荷转移是在CCD 移位寄存器中进行的，电荷检测是在FD 放大器中进行的。
§1.2.1 光电转换光电转换就是将光信号转换成信号电荷。
物理上的光电转换分为外部光电效应和内部光电效应。
外部光电效应就是在固体表面的电子，接受光子的能量被释放到真空的想象。
而内部光电效应是半导体Si 单晶中的电子接受光子能量从价带激发到导带的现象。
CCD 中光电转换属于光电二极管内Si 衬底中的内部光电效应。
用于CCD 图像传感器的Si 单晶材料，在室温下价带Ev 与导带Ec 的电势差约为1.1eV 。
此电势被称为禁带(Eg)，如图1-1，只有能量大于此一能级的光子才能进行光电转换。
光子能量E 可由式1.1表示：λνch h E == （1.1）通过计算，可知能量大于1.1eV 禁带的光，波长大约在1100nm 以下。
所 以在Si 单晶内可以进行光电转换的光波长最大约为1100nm ，称为基础端。
图1-1 电 子 能 跃 迁 图§1.2.2 电荷的存储电荷存储就是搜集光电转换所得的信号电荷，直到输出前的存储动作。
基本思想是在光电二极管中制造出高于周围电势的高电势阱来存储电荷。
以MOS 构造、两端子电容器为例，其结构如图1-2所示。
以P 型Si 为例，在P 型Si 衬底上通过氧化在表面形成2SiO 层，然后在2SiO 上淀积一层金属为栅极，P 型Si 里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过2SiO 绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引，形成高于周围电势的电势阱。
于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下不能移动的带负电的少数载流子在紧靠2SiO 层形成负电荷层(耗尽层)，这种现象便形成对电子而言的陷阱，电子一旦进入就不能复出，达到存储电荷的目的。
图1-2 MOS 电容器§1.2.3 电荷的转移可以说，电荷转移才是CCD的功能。
所谓Charge Coupled Device(电荷耦合器件)，原来指具有电荷转移的功能元件，由于其主要应用在图像传感器方面，现在似乎成了图像传感的代名词。
（a）（b）（c）（d）为了理解CCD中势阱及电荷如何从一个位置转移到另一个位置，可观察图1-3中的四个彼此靠得很近的电极。
电荷最初存储在偏压为10V的电极(2)V的较低电压(例如下边的深势阱里，其它电极上均加有大于某临界值电压thV称为阈值电压。
如果逐渐将电极(3)的电压由2V增加到10V，这时(2)、2V)，th(3)两个电极下面的势阱具有同样的深度，并合并在一起，原先存储在电极(2)下面的电荷，就在两个电极下面均匀分布，如图1-3(b)所示，然后，再逐渐将电极(2)的电压降到2V，使其势阱深度降低，如图1-3(c)所示，这时电荷全部转移到电极(3)下面的势阱中，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。
通过将一定规则变化的电压加到CCD各电极上，电极下的电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动。
通常把CCD电极分为几组，每一组称为一相，并施加相同的时钟脉冲。
CCD 内部结构决定其正常工作需要的脉冲。
图1-3所示的结构需要三相时钟脉冲(图1-3d)。
§1.2.4 电荷的检测电荷检测是将转移的信号电荷转换成电信号的动作。
实际使用的电荷检测方法可分为以下两种：(1)浮置扩散放大器；(2)浮置栅极放大器。
几乎所有CCD 图像传感器都使用浮置扩散放大器，因此我们仅对浮置扩散放大器进行说明。
如图1-4所示为浮置扩散放大器的结构，相邻移位寄存器最终段的PN 结二极管结构，在施加逆向偏压得状态下，形成一电容器。
电容器两端的电压变化与存储电荷量成正比，其两端电压变化FD V ∆可由式1.2计算，FDFD C Q V =∆ (1.2) 式中：Q ——为转移过来的信号电荷量；FD C ——浮置扩散区有关的总电容。