CCD图象传感器在桥梁动态位移测量系统中的应用研究.pdf

尸一一r一一一一一 -- 测 试 技 术 学 报 vol.12 N..3 1)9r JOURNAL 让 OFTESTANDME ASUREME NTTE缪IIQlTE二=(SumN02..i) 右刁.、 CCD图象传感器 在桥梁动态位移测量系统中的应用 李劲松 周正想 ·总 参工程兵以研 听，北京 ，100093) 马洪杰 }j1r}洛阳第一拖0KTV (iL械AUl公17. 471004) 姆 要 CCD(chargecoupleddevice)图象传感器足近年来发展起来的新型1u体 图象传感器件，具有光电转换、信号存储和信号传输等功能，在图象传感、信息处 理和信t-存储等方面得到广泛的应用 本文介绍rco 图象传感器的结构、原理、 特点和用途，并具体介绍CCD在桥梁动态位移测试系统研制中的应用。该系统采用 TCD142D作为传感器件，由桥跨位移测量子系统、桥础位移测量子系统和数据处理 子系统组成。在系统测试软件的支持下，可以测量桥梁动态位移的时域曲线，强迫 振动的频谱和桥梁的 自振频率，冲击系数，横向两测.s间倾角和阻尼值.该系统成 功地解决了军用桥梁二维、动态、大位移和多参0的远IR离非接触测试问题。 关键词 CCD图象A},to器 军用桥梁 动态测g 0 引 言 CCD(ChargeCoupledDevice)器fl,是70年代初由美国贝尔 (bell)实验全提 出的新概念，它是以 种电荷包形式存储和传递信息的半导休表面器件。自问世以 来，CCD 以其体职小、重虽轻、功专目氏、精度高等特点，被厂泛应用于摄像、图文 识别、数据存储以及非接触测星等领域。 _}多年米，CCD器件在土要性能 (如象 素分辨率、灵敏度、动态范围、光A响应、转移速度等)上得到很人改进，特别是 V摄像和信号处理技术领域已独树一K1.,影1^+极大 _(CD图像传感器 牡致可分为线阵CCD和面阵CCD两类。线阵CCD的MOs电 容器光敏元将入射的信号转变成信号电荷包，经过转移栅，奇偶相间地转移到上 卜 两侧 CCD移位寄存器中，分别在.有 定相价筹的例钟脉冲驱动 卜，洽CCD信道传 愉至输出端，47,浮置fit散源跟Srfi玫人_器变成J‘电荷hl成U比的电)r信号输出。这h 将仁1号电荷的空间分布变成时域的脉f中串 面阵CCD可分为两种:麟存移 ccD (FTCCD)和内线转称CCD(1ICCD)而阵传感器1要用J黑自，‘彩色摄像，而 线阵传感器主要在作接触光点检测方htI贝有{阔的应用前景。本文概述 了线阵ccD 图象传感器的结构、原理、特点和川途，并具体介绍cci)在桥梁动态位移测试系统 研制扣‘的应月」。 (彭25里一CCD琐迎重盛矍直#}动态位移侧量系统中的应用(李劲松等; 83 lCCD传感器的结构与工作过程 CCD一般是在P烈硅(或NTbK)基休上，先产生Siq绝缘层，厚度约为1000 埃;再在绝缘层上沉淀一系列间隙很小 (小于0.3pm)的金属铝电极制成的。侮个 金属电极和它h面的绝缘层及、{导体硅基体形成一个MOs电容器，所以CCD是由 一系列MOs电容器织成的阵列，由于相互很近，所以可以发生褐合。这样，电荷就 可以有控制的从一个电容移l,到另一个电容，其转移过程实际上是电荷祸合的过程。 如TCD142D摄像器的撰本结构原4.框图如图 ‘它足由2124个光电一极管构 成的光敏元阵列，其中的前64个和后 12个是用手暗电流检测而被遮蔽的，图中用 Dn符号表示 P间2048个光电_极管是曝光像敏单元，川Sn表示。每个光敏单元 尺寸为14)1m长，中心距为14pm.光敏7c阵列总长为28.672mm，光敏元的两侧是 用作存储光性几电伯的MOS电容阵，其两侧