Приборы с зарядовыми состояниями. ПЗС – матрицы

Предназначены такие устройства для регистрации больших по размеру светящихся объектов. Прибор представляет из себя матрицу, на поверхности которой методами микроэлектроники создается множество изолированных др. от др. р-n-переходов. Структура представляет из себя: нижний слой - Ме, следующий слой - оксид Ме, верхний – полупроводниковый материал. Такие стр-ры наз. МОП-стр-ры.

полупроводник

МеО

Ме

 

Электрически каждый из этих квадратов представляет конденсатор, заряд которого может меняться в зависимости от велич. светового потока, падающего на полупроводник. Заряд каждого конденсатора меняется в зависимости от характера распределения светового потока.

Верхняя обкладка каждого конденсатора имеет свой собственный вывод (контакт), с помощью интегральной электроники производится опрос состояния каждого конденсатора (снятие заряда с обкладки). Причем эта операция может проводиться как последовательно, так и параллельно. В результате после превращения такого эл. сигнала из аналоговой в цифровую форму на экране встроенного в прибор микропроцессора формируется изображение объекта.

Из физики известно, что если внутрь катушки индуктивности поместить магнитный материал, то вел. индуктивности будет меняться по след. з-ну:

L=μ (ω²S/l)

ω – число витков;

μ - суммарная магнитная проницаемость;

l – длина;

S – сечение.

Очень часто магнитная проницаемость такой катушки используется как переменный параметр.

μ =(μ₀ μ_s)/(1+(δ/S) μ_s)

μ₀ - магнитная проницаемость вакуума;

μ_S - магнитная проницаемость среды;

δ – ф-ция какого-либо измеряемого параметра

δ = f(П)

1) l = var

Для измерений перемещений, длин, размеров.

2) δ = f(П)

Для измерений давлений, скоростей.

L = f(δ)

3) L = f(М) магнитная связь

Могут измеряться угловые перемещения.

4) Такая же сис-ма может применяться и для лин. угловых перемещений.

 

Использ. для измерений неоднородности поверхности, температур, давлений.

5) трансформаторные индуктивные датчики.

 

n=U₁/U₂

Коф-т трансформации может меняться в зависимости от типа сердечника (магнитопровода); положения втор.обмотки.

Индуктивные преобразователи

Эквивалентная схема индукт. преобр.:

Для правильного подключения индукт. датчика в измерит. цепи необходимо представить его электрич. схему. Такие схемы наз. схемы замещения. В измерит. технике использ. 2 вида эквивалентной схемы:

1) для низкочастотных L-датчиков

R=ρ(l/S)

2) для высокочастотных L- датчиков (f<10-30 кГц)

C_м.в

Чем больше частота, тем больше С_м.в

Статические характеристики индуктивных преобразователей:

 

ПИП ИП

 

Статическая харак-ка – зависимость вых. сигнала от велечины вх.

Учитывая сложную функциональную зависимость магнитной проницаемости катушки статич. характеристики нелинейны.

Для устранения нелин. статич. хар-ки используют разбиение индукт. преобразователя на 2 части включенные между собой встечно или дифференциально. Бывают включения L- катушки согласное и встречное.

1)

 

2)

Достоинство диффер. включения не только в линеаризации статич. хар-ки, но и в увелич. чувствительности, возможность перемещения в обоих направлениях.

В измерительной технике на основе такого включения используют диффер. трансформатор, представляющий из себя трансформатор с разделенным на 2 части катушками индуктивности.

При нейтральном расположении сердечника:

а) U₂=0 – ЭДС и соответствующее им напряжение равны и направлены противоположно др. др.

б) при смещении сердечника в любом направлении равенство ЭДС нарушается, на вых. вторичной обмотке возникает напряжение пропорц. перемещению.

U₂~l

На статич. харак-ке эта ситуация отображается след. образом:

 

Достоинство L-преобразователей:

- простота;

- надежность;

- вопроизводимость статич. хар-ки;

- возможность измерений перемещений, Р, Т,v

Недостатки:

- Нелин. статич. хар-ка;

- зависимость от внешних магнитных полей.

Емкостные преобразователи

C=εε₀·S\d C можно изменить, изменяя:

1- ε =var (d,S =const)

d 2- S =var (ε,d =const)

3- d=var(ε,S =const)

Статические характеристики емкостных ПИП, соотв. каждому из способов изменения C, предст-т собой след. зависимости:

1)с 2)с 3)c

 

ε S d

В первом случаи С=f(ε), ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, емкостной датчик используется для измерения переменной (e), размеров,t,p, уровней и т.д.

_____

_____

 

Во 2 случае, С=f(S),C - датчик м.использоваться в аналогичных случаях, угловые перемещения.

В 3 случае, С=f(α),C - датчик не исп-ся для измерений небольших переем-ний, поскольку стат. хар-ка в этом случае сильно нелинейно.

Конструкции емкостных ПИП

1 плоскостные конд-ры с подвижным дизл-м (измер. перемещений)

2 плоскостные конд-ры с подв. пластинами (лин. и углов. пер-ния)стат. хар-ка при измер. угл. пер-ний нелинейна, исп-т специальные формы пластин:

3 для измерения в автомат.следящих устр-вах используют цилиндрические конд-ры:

С=2ΠІε\(ln R\r)

Двухпроводные канд-ры: измер. уровней жидких и сыпучих сред.

ε (ε_дε_воздε_ж)