传感器原理及应用技术课程设计-玻璃管内外直径检测传感器系统设计

传感器原理及应用技术课程设计-玻璃管内外直径检测传感器系统设计内容摘要：

高灵敏度 、低暗电流、 2160 像元的线阵 CCD 图像传感器。 该传感器可用于真、图像扫描和 OCR。 该器件的内部信号预处理电路包含采样保持和输出预放大电路。 它包含一列 2160 像元的光敏二极管，当扫描一张 B4 的图纸时，可达到 8 线 /毫米（ 200DPI）的精度。 特性： 像敏单元数目： 2160 像元 像敏单元大小： 14μ m*14μ m*14μ m 光敏区域：二相（ 5V） 封装形式： 22脚 DIP 封装 TCD1208AP 的主要参数 特性 符号 最小值 典型值 最大值 单位 （注释） 灵敏度 R 82 110 138 V/ (见注释 2) 光响应非均匀性 PRNU(1) 10 % (见注释 3) PRNU(3) 7 16 % 寄存器不平衡性 RI 3 % (见注释 4) 饱和输出电压 VSAT V (见注释 5) 饱和曝光量 SE V/ (见注释 6) 暗信号电压 VDDDRK 2 6 mV (见注释 7) 暗信号非均匀性 DSNU 3 7 mV (见注释 7) 直流电源功耗 PD 50 100 mW 总转移效率 TTE 92 % 输出阻抗 To 1 KΩ 动态范围 DR 750 (见注释 8) 直流信号输出电压 VOS 3 V (见注释 9) 直流补偿输出电压 VDOS 3 V (见注释 9) 直流差动误差电压 VOSVDOS 50 100 mV 随机噪声 NDO mV 注释：所有电压都是 Vss 和 Vcs 终端为参考。 6．表三 管脚定义： φ 1 时钟 1 OS 信号输出 φ 2 时钟 2 DOS 补偿输出 SH 转移栅 OD 电源 RS 复位栅 SS 地 NC 未连接 注释 2：在 2854kwLamp 灯光下的灵敏度是 330/（典型值）。 注释 3：此为 50%饱和曝光量（典型值）下测定。 8 PRNU 定义为： PRNU=Δ I/175。 I*100(%) 其中 l 为均匀照度下全部输出信号的平均值，为输出信号与 的最大偏差值。 注释 4： 此为 50%饱和曝光量（典型值）下测定。 RI 定义如下： RI= (% )1 0 0*2 1 5 9||2 1 5 91 1IIIn nn  其中 In 与 In+1为像敏单元的输出信号 ,I 为所有输出信号的平均值。 注释 5： VSAT为所有有效单元的最小饱和输出电压。 注释 6： SE 定义如下： SE=VSAT/R 注释 7： VDRK 为所有有效单元的暗信号电压平均值。 DSNU是在 VNDK为最大暗信号电压平均值。 图四 暗信号电压平均值 注释 8： DR 的定义为 ： DR=VSAT/VDRK 因 VDRK与 tINT成比例 ,所以 tINT越短 DR 值越大。 图五 时序图 表六 各个信号描述 特性描述 符号 最小值 典型值 最大值 单位 SH与 162。 1 的时间间隔 T1,t5 0 100 ns SH 脉冲上升时间，下降时间 T2,t4 0 50 9 SH 脉冲宽度 T3 500 1000 162。 1， 162。 2 脉冲上升时间，下降时间 T6,t7 0 60 100 SH 脉冲宽度 T8,t10 0 20 RS 脉冲宽度 T9 40 250 162。 1， 162。 2 与 RS 脉冲间隔 T11 230 视频数据延迟时间（见注释） T12,t13 150 注意事项：（玻璃窗口） 期间玻璃封装窗口上的灰尘或污点将使 CCD 期间的光学件性能下降。 所以使用浸透酒精的棉球轻拭清洁表面， 并使用过滤后的氯气喷其表面。 同时注意器件的机械震动或过热特会导致玻璃窗口的损坏。 7．驱动电路 图六 驱动电路 10 2）巴特沃斯低通滤波器设计 图七 巴特沃斯低通滤波器 经估计可得出 CCD 输出信号频率小于 2kHz,因此设计滤波器的截止频率 fc 为 [3]表 631 查得，滤波电容 C1= K= 1200Cfc ，可的增益系数 K=1， 查参考文献 [3]表 632 得 C2=C1,R1=R2= ,R3= KΩ .考虑到电阻阻值 的变化范围，可选 R1=R2=15KΩ， R3=20KΩ。 放大器选用通用型H177415C（开环增益 8086）即可。 3) 微分电路设计 图八 微分电路 分析：该微分电路输入输出对应的表达式为 , u0=R1C1 dtdui 11 为了消除干扰（使微分曲线更明显），应选择 R1C1 值大些。 在本次设计中我们选择 R1=10KΩ， C1=， R2为平衡电阻在该微分电路中等于 R1 为 10KΩ，集成运算放大器选择了通用型 H177415C 4）绝对值电路 图九 绝对值电路 分析：假设输入电压 ui 为正，则运放 A1 输出为负，二极管 D1 截止、同时 M，。