几种新型传感器..

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3.1 CCD图像传感器

CCD 图像传感器的种类 用于图像传感器的CCD 又称摄像或像敏CCD 。它的功 能是把二维图像光学信号转变成一维视频信号或数字信号。 从结构上可分为线阵CCD 和面阵CCD 两大类。
• 成本较低，可以同时储存一行电视信号， 能够实现动态测量，并能在低照度下工 作 • 线阵CCD 广泛地应用于产品尺寸测量、 非接触尺寸测量、条形码等许多领域
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图3-2 CCD的三层结构示意图
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3.1 CCD图像传感器

3.1.2 CCD 系统构成
像索（Pixel ) (成像单元)
成像区 暂存区(遮光 处理) 水平读出寄存 器（遮光处理）
转移沟道
CCD 传感器
放大器 CCD图像传 感器 缓存
模数转换器
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图3-3 CCD系统构成
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图3-4 CCD尺寸检测系统组成框图
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3.2 触觉传感器
触觉传感器的原型是模仿人的触觉功能，目的是通过触 觉传感器与被识别物体的接触或相互作用来完成对被识别物 体表面特征及物理性能的感知。为了实现这一功能，研究者 们设计了各种形式的触觉传感器以满足多种需要。
开关式 压电式 光电式 电容式 电磁式 压阻式
触觉传感 器
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3.2 触觉传感器

3.2.1 开关式触觉传感器 开关式触觉传感器是用于检测物体是否存在的一种最简 单的触觉制动器件。开关内部分隔成两个电接点。当一个电 极上承受大于阀值的力时，该电极与另一个电极接触，这样 可以用一个电路来检测该开关是否接触。 工业上利用小型开关阵列形成一种价廉触觉传感器，但 是这种阵列的空间分辨率较低。这种跟输出信号的二进制相 对应的二值阵列触觉传感器，严重地限制、影响了其提供信 息的质量。图3-5所示即为开关式传感器的原理图。
线阵CCD
面阵CCD
• 结构较简单、容易增加像素数 • CCD 尺寸较大、易产生垂直拖影
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3.1 CCD图像传感器

3.1.4 CCD 图像传感器的应用 CCD 工件外形检测 在机械零部件生产过程中，零件外径尺寸的测量占有重 要地位，快速、准确地测量出零件的主要参数可以缩短整个 产时的生产周期，并有利于实现自动化。 图3-4 所示为CCD 工件尺寸检测系统组成框图。该检测 系统主要由传感器系统、测量平台、运动控制系统及软件系 统等几部分构成。
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图3-1 CCD外形图
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CCD图像传感器

3.1.1 CCD图像传感器的结构 CCD更接近于人的视觉的工作方式，只不过人眼的视网 膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞分工合 作组成视觉感应。CCD经过长达35年的发展，大致的形状和 运作方式都已经定型，如图3-2示为CCD的三层结构示意图， 上层为增光镜头，中层为分色滤色片，下层为感光层。
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CCD图像传感器
图像传感器是采用光电转换原理，用来摄取平面光学图 像并使其转换为电子图像信号的器件。图像传感器必须具有 两个作用，一是具有把光信号转换为电信号的作用;二是具有 将平面图像上的像素进行点阵取样，并把这些像素按时间取 出的扫描作用。 电荷耦合器件又称为CCD器件，如其外形如图3-1所示， 它是近年来新发展起来的一种半导体功能器件，能够把光学 影像转化为数字信号。
电量输出
被测非电量
敏感元件
转换元件
测量
辅助电路
第3章 新型传感器简介

1 CCD图像传感器 2 触觉传感器 3 光纤传感器 4 磁性传感器 5 集成温度传感器
新型传感器简介
随着科学技术的发展，在不断发现新现象、采用新原理、 开发新材料和采用新工艺的基础上，传感器技术得到了很大 的进步与提高。同时，与单片机或者微计算机相结合的智能 式传感器、生物传感器也有了很大的发展。 新型传感器技术含量高、功能强，相对传统传感器具有 很多优点。了解和学习这些新型的传感器有助于我们打一大 视野，及时了解、掌握新型传感器技术并加以应用。本章将 介绍最近几年发展起来的新型传感器，包括CCD图像传感器、 触觉传感器、光纤传感器、磁性传感器和集成温度传感器。
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图3-6 利用破坏全内反射原理的触觉传感 器原理图
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3.2 触觉传感器

3.2.3 压阻阵列触觉传感器 压阻式阵列触觉传感器的基本结构是由外接引线、上 （行）下（列）电极及压阻材料等构成，上（行）电极与下 （列）电极相垂直，上（行）下（列）电极的交叉点定义为 阵列触觉的一个触觉单元，外接引线从相互平行的触觉单元 上引出，压阻材料放在上（行）下（列）电极中间。 在压阻式阵列触觉传感器中，最关键的构件是敏感材料 和电极。 另外，各向异性压阻材料的应用也受到广泛的重视，如敏 感材料在z 方向有压阻变化特性，在x , y 方向则无论受压与 否，均有较大的阻值。
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图3-5 遮光板开关式触觉传感器原理图
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3.2 触觉传感器

3.2.2 光学式触觉传感器 光照射到界面的角度通过界面法线测量。若光照射到有 机玻璃和空气界面的角度大于θC，则光沿着有机玻璃光波导 传播，光波导表面跟外部物体接触时，接触点处全内反射被 破坏，光从光波导相反一侧出射。 利用这种原理可以制成高分辨率的触觉传感器在实际应 用中，通常用一块韧性的薄膜层设置在外部物体和光波导之 间，以便保护光波导并隔断外部光源。图3-6所示为采用这种 效应的触觉传感器原理图。
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3.1 CCD图像传感器
CCD 传感器工作时，图像经物镜在成像区成像，给成像 区上面的电极加上适当的偏压时，光生电荷被收集到电极下 方的势阱里，这样就将光学图像变成了电荷包图像。当光积 分周期结束时，加到成像区和暂存区电极上的时钟脉冲使所 有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中，然后经由水平读 出寄存器，在时钟脉冲控制下，通过输出极逐行输出一帧信 息，在第一帧读出的同时，第二帧信息通过光积分又收集到 势阱中，这样，就可以一帧一帧连续地读出。
3-2传感器概述



传感器是实现自动测试和自动控制的首要 环节，对原始信息进行精确可靠的采捕获 和转换，相当于人体神经 定义：将被测物理量转换为与之对应的有 确切对应关系的输出量的器件或装置，或 者把从被测对象中感受到的有用信息进行 转换、传送的器件 测量非电量，转换为电量
传感器概述


传感器作用：将如温度、压力、流量等被 控参数转换为电信号， 传感器组成：