三星贴片机ＣＰ４０ＬＶ＋用光栅尺结构以及原理

cp402011 · 发表于 2017-2-12 17:03:47

结构图

cp402011 · 发表于 2017-2-12 17:04:08

CCD图像传感器在微光电视系统中的应用

1 引言

CCD (Charge Coupled Device) ，电荷耦合器件，是一种金属－氧化物－半导体结构的新型器件，其基本结构是一种密排的MOS电容器，能够存储由入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转换。这种电信号通常是符合电视标准的视频信号，可在电视屏幕上复原成物体的可见光像，也可以将信号存储在磁带机内，或输入计算机，进行图像增强、识别、存储等处理。因此，CCD器件是一种理想的摄像器件。

2 CCD的主要特性

与真空摄像管相比，固体摄像器件有如下特点：

（1）体积小、重量轻、耗电少、启动快、寿命长和可靠性高。

（2）光谱响应范围宽。一般的CCD器件可工作在400nm～1100nm波长范围内。最大响应约在900nm。在紫外区，由于硅片自身的吸收，量子效率下降，但采用背部照射减薄的CCD，工作波长极限可达100nm。

（3）灵敏度高。CCD具有很高的单元光量子产率，正面照射的CCD的量子产率可达20％，若采用背部照射减薄的CCD，其单元量子产率高达90％以上。另外，CCD的暗电流很小，检测噪音也很低。因此，即使在低照度下(10-21x)，CCD也能顺利完成光电转换和信号输出。

（4）动态响应范围宽。CCD的动态响应范围在4个数量级以上最高可达8个数量级。

（5）可达很高的分辨率，线阵器件已有7000像元，可分辨最小尺寸7μm；面阵器件己达4096像元 4096像元，CCD摄像机分辨率已超过1000线以上。

（6）易与微光像增强器级联耦合，能在低光条件下采集信号。

（7）抗过度曝光性能。过强的光会使光敏元饱和，但不会导致芯片毁坏。

基于以上特性，将CCD用于微光电视系统中，不仅可以提高系统终端显示图象的质量，而且可以利用计算机对图像进行增强、识别、存储等操作。

3  CCD微光电视系统的组成

4 像增强器与CCD的耦合

现在，单独的CCD器件的灵敏度虽然可以在低照度环境下工作，但要将CCD单独应用于微光电视系统还不可能，因此，可以将微光像增强器与CCD进行耦合，让光子在到达CCD器件之前使光子先得到增益。微光像增强器与CCD耦合方式有三种：

（1）光纤光锥耦合方式

光纤光锥也是一种光纤传像器件，它一头大，另一头小，利用纤维光学传像原理，可将微光管光纤面板荧光屏(通常，Φ有效为Φ18、Φ25或Φ30mm)输出的经增强的图像，耦合到CCD光敏面(对角线尺寸通常是12.7mm和16.9mm)上，从而可达到微光摄像的目的。

这种耦合方式的优点是荧光屏光能的利用率较高，理想情况下，仅受限于光纤光锥的漫射透过率(≥60％)，缺点是：需要带光纤面板输入窗的CCD；对背照明模式CCD的光纤耦合，有离焦和MTF下降问题；此外，光纤面板、光锥和CCD均为若干个像素单元阵列的离散式成像元件，因而，三阵列间的几何对准损失和光纤元件本身的疵病对最终成像质量的影响等都是值得认真考虑并予严格对待的问题。

(2) 中继透镜耦合方式

采用中继透镜也可将微光管的输出图像耦合到CCD输入面上，其优点是调焦容易，成像清晰，对正面照明和背面照明的CCD均可适用；缺点是光能利用率低(≤10％)，仪器尺寸稍大，系统杂光干扰问题需特殊考虑和处理。

(3) 电子轰击式CCD，即EBCCD方式

以上前两种耦合方式的共同缺点是微光摄像的总体光量子探测效率及亮度增益损失较大，加之荧光屏发光过程中的附加噪声，使系统的信噪比特性不甚理想。为此，人们发明了电子轰击CCD(EBCCD)，即把CCD做在微光管中，代替原有的荧光屏，在额定工作电压下，来自光阴极的(光)电子直接轰击CCD。实验表明，每3.5eV的电子即可在CCD势阱中产生一个电子－空穴对；10kv工作电压下，增益达2857倍。如果采用缩小倍率电子光学倒像管(例如倍率m＝0.33)，则可进一步获得10倍的附加增益．即EBCCD的光子－电荷增益可达104以上；而且，精心设计、加工、装调的电子光学系统，可以获得较前两种耦合方式更高的MTF和分辨率特性，无荧光屏附加噪声。因此如果选用噪声较低的DFGA-CCD并入    m＝0.33的缩小倍率倒像管中，可望实现景物照度≤2 10-7lx光量子噪声受限条件下的微光电视摄像。

微光电视系统的核心部件是像增强器与CCD器件的耦合。中继透镜耦合方式的耦合效率低，较少采用。光纤光锥耦合方式适用于小成像面CCD。

耦合CCD器件的性能由像增强器和CCD两者决定，光谱响应和信噪比取决于前者，暗电流、惰性、分辨力取决于后者，灵敏度则与两者有关。

5 存在的问题及解决的途径

从微光成像的要求考虑，最主要的是要提高器件的信／噪比。为此应降低器件噪声(即减少噪声电子数)和提高信号处理能力（即增加信号电子的数量）。可以采用致冷CCD和电子轰击CCD两种方法。其主要目的是在输出信噪比为1时尽可能减少成像所需的光通量。

满足电视要求(50～60fps)的CCD在室温下有明显的暗电流，它将使噪声电平增加。在消除暗电流尖峰的情况下，暗电流分布的不均匀也会在输入光能减少时产生一种噪声的"固定图形"。此外，在高帧率工作时，还不希望减少每个像单元信号的利用率。器件致冷会使硅中的暗电流明显改善。每冷却8℃噪声将下降一半。用普通电气致冷到－20至－40℃时，暗电流会比室温下小100～1000倍，但这时的其它噪声就变得很突出了。尽管CCD像感器目前被公认是低亮度成像最有前景的器件，尤其在小电荷的情况下，对低亮度成像系统电荷转移效率不是主要限制，主要限制还是输出放大器和低噪声输出检测器，因此，我们必须了解L3成像的低噪声检测的情况。

配合致冷，采用浮置栅放大器的低噪声输出(FGA和DFGA)，CCD的检测效果更为理想。其中FGA能处理100个噪声电子的CCD像感器峰值信号，而DFGA的饱和电平约为FGA的1／10，它仅能处理约20个噪声电子的像感器峰值信号。

6 小结

近30年，CCD图像传感器的研究取得了惊人的进展，它已经从最初简单的8像元移位寄存器发展至具有数百万至上千万像元。随着观察距离的增加和要求在更低照度下进行观察，对微光电视系统的要求必将越来越高，因此必须研制新的高灵敏度、低噪声的摄像器件，CCD图像传感器灵敏度高和低光照成像质量好的优点正好迎合了微光电视系统这一发展趋势。作为新一代微光成像器件，CCD图像传感器在微光电视系统中发挥着关键的作用。

流水无情 · 发表于 2017-2-12 17:04:08

学习下

cp402011 · 发表于 2017-2-12 17:04:38

G系列光电隔离传感器/变送器

一、用途

G系列光电隔离传感器/变送器是应用于电信电力监控系统对各种电量的采集、参量变换的部件，它对测量线路中电流、电压、频率等电参数进行高质量、快速响应，对测量对象进行隔离检测和变换，可响应直流、交流和脉冲信号。

三、产品特性

G系列电量传感器/变送器是一种高度集成，全新全优的功能模块，体积小、重量轻、可靠性高、可输入信号范围宽、响应频带宽、动态响应好、线性度高、温漂小、功耗小、抗过载能力强、抗干扰能力强、保护功能完善。能有效克服共模干扰、简化系统设计、降低系统成本。

(1) 保护功能：过压、过流、反接等；

(2) 隔离耐压：1000V AC （1500V DC）、2000V AC （3000VDC）

(3) 频率范围：0～100KHz

(4) 响应时间：1～30ms

(5) 线性度：0.06～0.2%

   (6) 过载能力：电流型可承受输入标称值16倍冲击，5秒；电压型可承受2倍输入标称值冲击，连续；

   (7) 工作环境：

   相对湿度：（20～90）%RH； 40℃

   工作温度：-10～70℃；

   (8) 工作电源电压：48V DC，220V AC

   (9) 尺寸与重量：120x65x92mm,180克

三、产品型号说明


四、产品型号介绍：

GIF～Zv光电隔离频率传感器

功能：测量工频频率。输出值与被测频率成线性比例，输入输出间高精度隔离。

优点：转换精度高，性能稳定，工作可靠，直接与电信电源监控器模拟输入口相连。

参数指标：

参数
指          标

输入范围
频率 0～70Hz

输出范围
直流电压 0～5V

接入形式
并联

隔离度
1000V AC（1500V DC）

精度
0．2级

线性度
0．06%

供电电源
48V DC、220V AC

过载能力
可承受16倍额定值冲击，持续5秒


GIV-Zv光电隔离直流电压传感器/变送器

功能：可测量直流电压。输出值与被测电压成线性比例，输入输出间高精度隔离。

优点：转换精度高，性能稳定，工作可靠，可直接与监控器模拟输入口相连。

参数指标：

参数
指          标

输入范围
直流电压 0～70V

输出范围
直流电压 0～5V

接入形式
并联

隔离度
1000V AC（1500V DC）

精度
0．2级

线性度
0．06%

供电电源
48V DC、220V AC

过载能力
可承受16倍额定值冲击，持续5S


GIA-Zv光电隔离直流电流传感器/变送器

功能：可测量直流电流。输出值与被测电流成线性比例，输入输出间高精度隔离。

优点：转换精度高，性能稳定，工作可靠，可直接与监控器模拟输入口相连。

参数指标：

参数
指          标

测量范围
直流电流 0～2000A

输入范围
0～75mV

输出范围
直流电压 0～5V

接入形式
并联在表头或分流器二次输出端

隔离度
1000V AC（1500V DC）

精度
0．2级

线性度
0．06%

供电电源
48V DC、220V AC

过载能力
可承受16倍额定值冲击，持续5秒


GIV～Zv光电隔离交流电压传感器/变送器

功能：测量交流电压。输出值与被测电压成线性比例，输入输出间高精度隔离。

优点：转换精度高，性能稳定，工作可靠，可直接与监控器模拟输入口相连。

参数指标：

参数
指          标

输入范围
交流电压 0～450V

输出范围
直流电压 0～5V

接入形式
并联

隔离度
1000V AC（1500V DC）

精度
0．2级

线性度
0．1%

供电电源
48V DC、220V AC

过载能力
可承受2倍额定值冲击，连续


GIA～Zv光电隔离交流电流传感器/变送器

功能：测量交流电流。输出值与被测电流成线性比例，输入输出间高精度隔离。

优点：转换精度高，性能稳定，工作可靠，可直接与监控器模拟输入口相连。

参数指标：

参数
指          标

输入范围
交流电流 0～5A

输出范围
直流电压 0～5V

接入形式
串联

隔离度
1000V AC（1500V DC）

精度
0．2级

线性度
0．1%

供电电源
48V DC、220V AC

过载能力
可承受16倍额定值冲击，持续5S


GWC～Zv温度传感器/变送器

功能：测量各种气体、液体、固体温度，为接触式测温器件。

优点：响应速度快，准确度高，性能稳定，工作可靠，可远距离传输。直接与监控器模拟输入口相连。

参数指标：

参数
指          标

输入范围
温度 0～50℃(100℃)可选

输出范围
直流电压 0～5V

接入形式
接触式

隔离度
1000V AC（1500V DC）

精度
0．5级

分辩率
1℃

供电电源
48V DC、220V AC

工作温度
-20℃ ～ +80℃

cp402011 · 发表于 2017-2-12 17:05:06

光栅传感器在位移自动测量系统中的应用

1 引言

　　目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图如图1所示。

　　　　　　　　　
　　随着电子技术和单片机技术的发展，光栅传感器在位移测量系统得到广泛应用，并逐步向智能化方向转化。

　　　　　　
　　图2是利用光栅传感器构成的位移量自动测量系统原理示意图。该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相结合来完成对位移量的自动测量，它具有判别光栅移动方向、预置初值、实现自动定位控制及过限报警、自检和掉电保护以及温度误差修正等功能。下面对该系统的工作原理及设计思想作以介绍。

2　电子细分与判向电路

　　光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。目前高分辩率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。为了提高系统分辩率，需要对莫尔条纹进行细分，本系统采用了电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量，同量莫尔条纹又具有光学放大作用，其放大倍数为
　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

　　式中：W为莫尔条纹宽度；d为光栅栅距（节距）；θ为两块光栅的夹角，rad
　　在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功能。本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲，这在一般工业测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器。由4个滏电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波，经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器，最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。

3　单片机与接口电路

　　为实现可逆计数和提高测量速度，系统采用了193可逆计数器。假设工作平台运行速度为v，光栅传感器栅距为d，细分数为N，则计数脉冲的频率为
　　　　　　　　　　　　　　　(2)

若v=1m/s,d=20μm,N=20，则f=1MHz，对应计数时间间隔为1，显然对于8031单片机系统的响应为2μs是不能胜任的。经可逆计数器分频后，可大大地提高测量速度。

　　由于193是4位二进制输出，为与单片机接口，把两片193采用了级联的方式，这样最多可计255个脉冲，若再来脉冲，进位端或借位端将输出一个脉冲送到单片机T0、T1端计数，保证送到8031的信号不丢失。

　　本系统长度最大可测几米（由光栅实际长度决定），最小分辩率为μm级，需要7个显示数据。正向运行时不显示符号，反向运行时需显示"-"号，所以连同符号位，共需8个显示块。为了符全人们应用习惯，显示块选用共阴极LED。

　　为实现测量系统的智能化，设置了一个2×8方式键盘矩阵，其中包括0～9共10个数字键和6个功能键：L/A长度/角度转称功能键；+/-符号转换功能键；ΔT温度误差修正功能键；EXE执行键；ENT预置键CE（清零键）。键盘、显示器与单片机之间通过一个接口芯片8155来连接。其中，8155的PA口设置辚基本输出方式，作为8位LED显示的段码线；PB口设为输出方式，作为8位LED的位选线；PC口设为输入方式，作为键盘的行扫描线。PB口侠选线每次选通1位显示，每次显示1ms，由于人眼视觉惰性，可产生8位显示块同时显示现象。

　　由于从前置电路74LS54出来的脉冲经过2片193分频后，直接进入8031的仅为大于255的"大"数，而小于255的"小"数是由两片193输出通过I/O接口输入到8031内部处理，这个I/O接口芯片是通过扩展一片8255实现的。其中，8255PB口设为基本输入方式，PB0-PB3作为1#193输入，PB4～PB7作为2#193输入。PA口、PC口的低位设为输出，作为系统并行BCD码输出。由于8031单片机无内ROM，应外扩展一片2732（4k EPROM）。只用PSEN片选，不必增加地址译码。为锁存8031P0口输入的地址信号，在8031和2732之间需加一片74LS373地址锁存器。

4 软件设计

　　根据硬件电路和系统功能要求，我们设计了软件程序，由于采用了温度误差修正子程序，可使检测的精度得到大大提高。光栅传感器是光机电一体化结构，光栅尺是由玻璃制做，外壳是由型铝材料。当环境温度变化时，必然会引起结构尺寸改变导致光栅栅距的变化，带来检测误差。设定环境温度为20℃时为检测标准值，与标准值比较测出温度变化时带来的位移误差值，即时测出位移误差一温度特殊性性曲线，由特性曲线拟合出误差一温度方程式，作为软件温度误差修正的基础。

　　本系统软件采用模块化结构，软件编制简洁，紧凑合理。

5　结论

　　根据上述硬件电路和软件设计，经实验测试，系统的测精度可优于±5μm，目前，我们研制的利用光栅传感器进行长度、角度自动测量的智能仪表已形成系列产品，分辩率可从20μm到1μm，具有性能稳定、抗干扰能力强、体积小、结构紧凑、成本低等优点，已成功地应用于机库改造和相关的光电尺寸与位置检测系统中。