đồ án kỹ thuật xây dựng ứng dụng của đầu đo LS7000 để giải quyết các yêu cầu kỹ thuật của trục cuốn giấy, như đường kính, độ cong

Các nguyên tắc này có thể dựa trên cơ sởmối quan hệ toán học hay mối quan hệ vật lý có liên quan đến đại lượng đo.Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể với thông số đoph

MỞ ĐẦU

1.TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Vai trò của đo lường trong giai đoạn hiện nay:

Phải nói rằng đo lường là một vấn đề tối quan trọng trong kỹ thuật sảnxuất và thiết kế ,cũng như kiểm tra chất lượng sản phẩm trước, trong và saukhi gia công Để có những sản phẩm chất lượng cao thì phải cần một sự đầu tưlớn công sức, trí tụê và trong đó đo lường đóng vai trò then chốt trong quátrình chế tạo cũng như sau khi chế tạo Để có được những thông tin chính xác

về kết quả đo thì ta phân tích kỹ lưỡng đặc thù của sản phẩm, số lượng cần đotrong một thời gian nhất định, và quan trọng nhất là yêu cầu sai số đối vớitừng loại sản phẩm mà phải chọn những dụng cụ đo thích hợp để đạt được yêucầu kỹ thuật theo thiết kế Có rất nhiều phương án để giải quyết một vấn đề cụthể nào đó, trong đo lường cũng vậy cũng có các phương pháp đo khác nhaunhư phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp, phương pháp đotiếp xúc và không tiếp xúc, tất cả kiến thức về đo lường sẽ giúp công việc sảnsuất và lựa chọn thiết bị đo để phục vụ sản xuất một cách tốt nhất và hiệu quảnhất Trong giai đoạn hiện nay đo lường không những chỉ phục sản xuất màcòn phục vụ rất nhiều các lĩnh vực của cuộc Những gì mà con người tạo rất

Ýt cái mà có thể hoàn hảo chính vì vậy đo lường giúp con người dần đạt đượcnhững yêu cầu tối ưu về chất lượng sản phẩm tạo ra

Vai trò của đo lường vấn đề đảm bảo chất lượng sản phẩm:

Đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầutrong sản xuất của tất cả các lĩnh vực Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chấtlượng nhưng vấn đề then chốt vẫn là đo lường Đo lường không chỉ là kiểmtra chất lượng sản phẩm sau khi gia công mà còn phải kiểm tra chất lượng ởđầu vào, trong khi gia công, nhằm phát hiện kịp thời các sai hỏng và đưa raphương án giải quyết đúng đắn, nhằm đạt năng suất và hiệu quả cao nhất

Nhằm mục đích ngày một hoàn thiên các phương tiện đo lường conngười đã liên tục cải tiến các dụng cụ đo lường cũng như chế toạ ra các dụng

cụ đo ưu việt đối với yêu cầu của thực tế Tuy nhiên để có thể đạt được mọimục đích của mình chúng ta cần hiểu rõ hơn về mục đích sủ dụng, đặc điểmcủa phép đo cũng như hiểu rõ các nguyên lý, và đặc điểm của các dụng cụ đo

mà mình chọn vào công việc Tuy nhiên để đo lường đạt được kết quả như ýthì chúng ta phải có những dụng cụ hỗ trợ và có những biện pháp cụ thể

Vai trò của sử lý số liệu đối với đo lường:

Xử lý số liệu là vấn đề được đặt ra ở tất cả các lĩnh vực trong cuộc sốngtrong kỹ thuật cũng như trong kinh tế xã hội Ngày nay với trình độ khoa học

kỹ thuật ngày càng phát triểncon người ngày càng tìm ra nhiều những phươngtiện cũng như phương pháp mới nhằm sử lý số liệu ngày một nhanh hơn, dể

mà ta còn có thể kết hợp nhiều thuật toáđược mục đích của người sử dụng

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:

 Tìm hiểu các nguyên lý và các phương pháp đo đường kínhngoài, độ cong trục, các nguyên lý phát của LED bán dẫn, cáclinh kiện thu quang

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của đầu đo LS7000

 Vai trò, vị trí, yêu cầu kỹ thuật của trục cuốn giấy và ứng dụngcủa đầu đo LS7000 để giải quyết các yêu cầu trên

 Tính toán thiết kế cơ cấu truyền chuyển động cho trục vàphương pháp sử lý số liệu đo

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

Với thời gian có hạn và hạn chế bởi phương tiện và công nghệ, nên trong

đồ án này em chỉ đưa ra phương pháp đo và sử lý số liệu các thông số kỹ thuậtcủa trục máy in BJ của Canon Trục được đo bằng dụng cụ đo LS7000 củahãng KEYENCE Phạm vi củâ đề tài chỉ nghiên cứu các hệ số đường kínhngoài và và độ cong trục máy in BJ Để phục vụ cho việc in là tốt nhất

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO

I.Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường

I.1.Đo lường:

Đo lường là việc định lượng độ lớn của đối tượng đo Đó là việc thiết lậpquan hệ giữa đại lượng cần đo và một đại lượng có cùng tính chất vật lý đượcqui định dùng làm đơn vị

Thực chất đó là việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỷ

lệ giữa chúng.Độ lớn của đối tượng cần đo được biểu diễn bằng trị số của tỷ

lệ nhận được kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh

I.2.Phương pháp đo:

Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật để xác định thông số cần đo Đó

là tập hợp mọi cơ sở khoa học và có thể để thực hiện phép đo Trong đó nói rõnguyên tắc để xác định thông số đo Các nguyên tắc này có thể dựa trên cơ sởmối quan hệ toán học hay mối quan hệ vật lý có liên quan đến đại lượng đo.Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể với thông số đophụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lượng đo, trang thiết bị hiện

có, có khả năng tìm được hoặc tự chế tạo được Mối quan cần được chọn saocho đơn giản, các phép đo dễ thực hiện

Cơ sở để phân loại phương pháp đo

a) Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia ra : phương pháp đotiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc

Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo mà giữa đầu đo và bề mặtchi tiết đo tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo Ví dụ như khi đo bằng dụng cụ

đo cơ khí quang cơ, điện tiếp xúc … áp lực này làm cho vị trí đo ổn định vìthế kết quả đo tiếp xúc rất ổn định

Tuy nhiên, do có áp lực đo mà khi đo tiếp xúc không tránh khỏi sai số đocác biến dạng có liên quan đến áp lựcđo gây ra, đặc biệt là khi đo các chi tiếtbằng vật liệu mềm, dễ biến dạng hoặc các hệ đo kém cứng vững

Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp đo không có áp lực đogiữa yếu tố đo và bề mặt chi tiết đo như khi ta đo bằng máy quang học Vìkhông có áp lực đo nên khi đo nên khi đo bề mặt chi tiết không bị biến dạnghoặc bị cào xước… Phương pháp này thích hợp với các chi tiết nhỏ, mềm,mỏng , dễ biến dạng, các sản phẩm không cho phép có vết sước.

b) Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đạilượng đo chia ra phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo so sánh

Trong phương pháp đo tuyệt đối, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo là giá trị

đo được Phương pháp đo này đơn giản, Ýt nhầm lẫn, nhưng vì hành trình đodài nên độ chính xác đo kém

Trong phương pháp đố sánh, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo chỉ cho ta sailệch giữa giá trị đo và giá trị của chuẩn dùng khi chỉnh “0” cho dụng cụ đo.Kết quả đo là tổng của giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị:

Q=Q0 +X (1-1) với : Q : kích thước mẫu chỉnh “0”

Phương pháp đo trực tiếp là phương pháp đo mà đại lượng đo dược chính

là đại lượng cần đo Ví dụ khi ta đo đường kính chi tiết bằng panme thướccặp, máy đo chiều dài …

Phương pháp đo trực tiếp có độ chính xác cao nhưng kém hiệu quả

Phương pháp đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó đại lượng được đokhông phải là đại lượng cần đo mà nó có quan hệ hàm số với đại lượng cần

đo, ví dụ như khi ta đo đường kính chi tiết thông qua việc đo các yếu tố trongcung hay qua chu vi…

Phương pháp đo gián tiếp thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lýhọc giữa đại lượng được đo và đại lượng cần đo là phương pháp đo phongphú, đa dạng và rất hiệu quả Tuy nhiên, nếu hàm quan hệ càng phức tạp thì

độ chính xác đo càng thấp

Việc tính toán xử lý kết quả đo và độ chính xác đo rất phụ thuộc vào việcchọn mối quan hệ này

I.3 Kiểm tra – phương pháp kiểm tra:

Kiểm tra là việc xem xét chất lựơng thực của đối tượng có nằm trong giớihạn cho phép đã được quy định hay không Giới hạn cho phép là các sai lệchcho phép trong dung sai sản phẩm mà người thiết kế yêu cầu phụ thuộc vào độchímh xác cần thiết khi làm của sản phẩm Nếu chất lượng thực nằm trongkhoảng sai lệch cho phép, sản phẩm được cho là đạt, ngược lại sản phẩm bịxem là hỏng hay không đạt

Việc kiểm tra phải thông qua kết quả đo chất lượng thực của sản phẩmhoặc gửi qua kích thước giới hạn của calip Vì thế, người ta thường gắn haiquá trình đo – kiểm là một quá trình đảm bảo chất lượng sản phẩm

Căn cứ vào mục đích sử dụng của yếu tố cần kiểm tra người ta phân rakiểm tra thu nhận và kiểm tra trong khi gia công

Kiểm tra thu nhận là phương pháp kiển tra nhằm phân loại sản phẩmthành các sản phẩm đạt và không đạt

Kiểm tra trong khi gia công là phương pháp kiểm tra thông qua việc theodõi sự thay đổi của thông số đo để có tác dụng ngược vào hệ thống công nghệnhằm điều chỉnh hệ thống sao cho sản phẩm được tạo ra đạt chất lượng yêucầu

Trong quá trình công nghệ hiện đại, đặc biệt là khi chế tạo các chi tiếtphức tạp, kiểm tra trong gia công không những chỉ hạn chế việc tạo ra nhữngsản phẩm hỏng mà còn thực hiện được các thao tác kiểm tra mà sau khi chếtạo sẽ khó mà kiểm tra được

Căn cứ vào mước độ phức tạp của thông số chia ra kiểm tra yếu tố vàkiểm tra tổng hợp

Kiểm tra yếu tố : Thực hiện riêng với một thông số, thông thường đó làcác thông số quan trọng, ảnh hưởng chính đến chất lượng sản phẩm Ngoài ratrong nghiên cứu độ chính xác trong khi gia công, để hợp lý hoá quá trìnhcông nghệ, vạch nguyên nhân gây sai háng … người ta cần kiểm tra yếu tố

mà thông số kiểm tra chính là yếu tố đang thực hiện tậi nguyên công

Kiểm tra tổng hợp là phương pháp kiểm tra đồng thời sự ảnh hưởng củacác yếu tố tới chất lượng chung của sản phẩm Phương pháp thường dùng đểkiểm tra thu nhận sản phẩm

I.3 Phương pháp đo thông số sai số hình dáng bề mặt:

Trong đó độ trụ là chỉ tiêu tổng hợp của các chỉ tiêu về đọ tròn và sai lệchprôfin dọc trục Độ tròn, độ côn, độ cong đường sinh, độ cong trục là các chỉtiêu riêng lẻ được quy định trên tiết diện ngang hoặc tiết diện dọc trục Khitrình bày các phương pháp đo chúng ta cần tách chỉ tiêu tổng hợp thành cácchỉ tiêu riêng và lấy đó làm đối tượng đo Việc tách các chỉ tiêu tổng hợpthành các chỉ tiêu riêng lẻ sẽ gặp khó khăn về phân phối trị số dung sai tổngthành các dung sai thành phần Thường thường để đơn giản cho bài toánngười ta áp dụng phương pháp cân bằng tác dụng cho các thành phần Tuynhiên trong chỉ đạo cụ thể có thể căn cứ trên khả năng công nghệ mà có thểphân phối dung sai, không áp dụng phương pháp cân bằng tác dụng Ngoài ramỗi khi đo thông số này không tránh khỏi ảnh hưởng của các thông số khác

có liên quan Vì thế mà dung sai của thông số mà trong khi đo luôn ảnh hưởngđến kết quả đo của các thông số khác được quy định khắt khe nhất Chẳng hạn

độ tròn là thành phần có ảnh hưởng đến kết quả của các thông số đo tiếp saunhư độ côn,độ cong,độ đảo … vì thế khi phân phối dung sai, bao giờ trị số độtròn cũng cần nhỏ hơn, đến mức ảnh hưởng đến kết quả đo các thông số cònlại có thể bỏ qua được Khi kiểm tra có thể một trong các chỉ tiêu đo đượcvượt trị số dung sai thành phần, song nếu khi tính sai lệch tổng hợp khôngvượt quá dung sai cho chỉ tiêu tổng hợp thì sản phẩm vẫn được xem là đạt yêu

EFK = | Ra – Rt |

Với chi tiết trục, Ra là bán kính vòng tròn ngoại tiếp và cũng là bán kínhlớn nhất của bề mặt thực Rt max, trị số độ tròn EFK sẽ nhận được khi

Rt =Rt max

Trong cả hai trường hợp đều có thể viết ;

EFK = Rmax – Rmin (1-1)

Rmin

bÒ mÆt thôc

®uêng trßn ¸p

(hình 1.1) sơ đồ đường thực và đường áp

Hình trên là một ví dụ ,với số cạnh chẵn có thể suy ra ;

Từ công thức (1-1)và (1-2) nhận thấy rằng có thể xuất phát từ số cạnhméo mà có phương pháp đo độ tròn khác nhau :

d 

(1-3)

Muốn đo dmax và dmin cần phải đo liên tục trên toàn vòng Trong khi đo,chuyển đổi đo thường đứng yên, chi tiết xoay toàn vòng Việc xoay chi tiếtliên tục, đầu đo luôn luôn rà trên bề mặt chi tiết làm mòn đầu đo và chi tiết đo.Trong thực tế để tránh tổn hại dụng cụ đo và đo nhanh người ta chấp nhậnviệc hạn chế các phép đo như hình sau :

(b) I

III II

III

II

I (c)

III II I

(hình 1.2) sơ đồ đo các tiếp điểm đường tròn

Nếu hiệu dmax- dmin / 1 vòng quay là  và hiệu dmax - dmin /một số điểm

là V, gọi hệ số phản ánh đúng kết quả đo là K =

Khi đo theo sơ đồ (c) hệ số K = 1 ữ 0,71 sơ đồ này có thể dùng đo cácchi tiết méo cạnh n = 6

Nhìn vào hệ số: K =

2

min max K

(1-4)

Ta thấy việc tăng số điểm đo sẽ làm tăng độ tin cậy, song việc tăng lênquá 3 điểm đo cũng không làm độ tin cậy tăng lên đáng kể mà làm phức tạphoá quá trình đo hoặc kết cấu các điểm theo dõi số liệu đo

Sơ đồ đo cơ bản dùng đo độ tròn theo phương pháp hai tiếp điểm như

hìnhvẽsau:

X

(hình1.3) sơ đồ đo 2 tiếp điểm

Chuyển vị chuyển đổi cho chị số xmax và xmin sau 1 vòng quay, độ tròn:

EFK =

2

min max X

X 

(1-5)

Trong kiểm tra tự động, để khỏi xoay chi tiết và tránh phải ghi nhận trị sốchỉ thị người ta tổ chức các điểm theo dõi kích thước theo sơ đồ trên rồi đưacác tín hiệu đo vào thiết bị trừ, kết quả chỉ cho ta ngay biên độ xmax – xmin

b) Khi số cạnh n lẻ

Các sản phẩm sau mài vô tâm, sau nghiền đĩa hay do các biến dạng đànhồi khi kệp để gia công … thườngcho sản phẩm bị méo với số cạnh n lẻ.Để đo

dộ tròn khi chi tiết méo với số cạnh lẻ cần phải dùng sơ đồ đo 3 tiếp điểm chitiết đo được định tâm theo vòng tròn ngoại tiếp với mặt trụ ngoài và vòng nộitiếp với mặt trụ trong Tùy theo yêu cầu và độ chính xác và số cạnh người ta

có thể dùng các sơ đồ đo có chuẩn định vị khác nhau và bố trí vị trí củachuyển đổi khác nhau sao cho có được hệ số phản ánh tương đối đơngiản.Thông thường người ta dùng sơ đồ đo 3 tiếp điểm dạng đối xứng nhưhình :

X



(hình1.4) sơ đồ đo độ tròn theo 3 tiếp điểm

Trong đó α là góc V được chọn theo số cạnh n của méo :

K = 1

2 sin

1



 (1-9)

Lấy dấu + khi sơ đồ đo có 3 tiếp điểm đo không cùng phía, lấy dấu – khi

sơ đồ đo 3 tiếp điểm đo cùng phía :

Trị sè K phụ thuộc α ứng với số cạnh méo được ghi trong bảng :

Các tham số đặc trưng của hệ đo 3 tiếp điểm đối xứng với n lẻ

1200

3 1

a) Đo độ côn : xác định đường kính tại hai tiết diện I-I và II – II cáchnhau chiều dài chuẩn kiểm tra L (hình *) Độ côn tuyệt đối bằng hiệu haiđường kính đo được Độ côn tương đối bằng tỷ số giữa sai lệch hai đườngkính đo và chiều dài chuẩn kiểm tra Trị số L lấy theo điều kiện kỹ thuật củasản phẩm Sau khi quy định chiều dài chuẩn kiểm tra, trị số độ côn cho thành

độ côn tuyệt đối Như thế việc kiểm tra ghi nhận kết quả đo và phân định chấtlượng sản phẩm sẽ đơn giản dễ dàng hơn Do bản chất của việc đo côn là việc

đo đường kính và ta có thể áp dụng các biện pháp và sơ đồ đo đối với việc đo

A

B



(hình 1.5)sơ đồ đo theo phương pháp 2,3 tiếp điểm

Sơ đồ đo cơ bản để đo độ côn được thể hiện ở trên Để loại trừ các ảnhhưởng của sai số chuẩn nên đo d1 ở đầu A rồi đảo đầu chi tiết cho B vào vị trí

đo để đo d2 sai lệch chỉ thị giữa 2 lần đo cho ta là S Độ côn đo được phụthuộc S và hệ số ảnh hưởng của chuẩn đo như (hình 5)

Đo độ côn theo hình trên năng suất thấp, chỉ thích hợp khi kiểm tra khốilượng sản phẩm không lớn lắm từ sơ đồ cơ bản trên ta có thể tổ chức sơ đồ đo

vi sai hoặc dùng dụng cụ đo dạng tự chọn chuẩn Khi đó có thể đọc trực tiếptrị số độ côn trên dụng cụ đo

Khi dùng sơ đồ đo vi sai, việc gá đặt chi tiết rất thuận tiện vì không cósai số chuẩn như (hình 5) Sơ đồ này được áp dụng để kiểm tra tự động độ côntrong khi gia công hoặc kiểm tra chất lượng sản phẩm loạt lớn

Đo độ cong trục tâm thực của bề mặt tại tiết diện nào đó là tâm đối xứngcủa các điểm trên bề mặt thực Trục tâm thực của chi tiết là đường nối tâm củacác tiết diện Việc đo độ cong trục bản chất là xác định độ đối xứng của cácđiểm trên bề mặt thực quanh đường tâm lý tưởng tạo bởi đường nối tâm củahai tiết diện cách nhau chiều dài chuẩn kiểm tra Chiều dài chuẩn kiểm tra và

vị trí của đầu đo có ý nghĩa rất quyết định đến trị số độ cong trục, thườngđược ghi sẵn trong yêu cầu kỹ thuật hoặc hứng dẫn kiểm tra Nếu trong yêu

cầu kỹ thuật không ghi rõ chiều dài chuẩn thì phải hiểu là chỉ tiêu cho trênsuốt chiều dài chi tiết Khi chi tiết không có đột biến về mặt kết cấu.

L

(hình 1.6) sơ đồ đo độ cong với chuẩn phẳng

cong trục sẽ lớnd nhất tại điểm giữa chiều dài chi tiết Khi chi tiết có độtbiến về tiết diện, độ cong trục sẽ lớn nhất tại nơi có đột biến đầu đo củachuyển đổi cần được dặt ở nơi có thể phát hiện ra độ cong trục lớn nhất

để giảm ảnh hưởng của sai số phụ khác, đầu đo cần đặt trên mặt nào đó

nhẵn cao hơn.Việc đo độ cong trục có thể theo sơ đồ hình 7 chuyển vị củađầu đo

S = xmax- xmin đo sau 1 vòng quay của chi tiết Kết quả đo theo hình 7a trên chuẩn phẳng

®Çu ra RS -232C hiÓn thÞ

t ¬ng tù ®Çu ra

®iÒu khiÓn ®Çu ra

®iÒu khiÓn ®Çu vµo

Khi đầu đo hoạt động, đèn LED năng lượng cao GaN phát ánh sángqua tấm kính khuếch tán đặc biệt rồi tiếp tục qua thấu kính tụ quang rồi tới vậttrong phạm vi đo sau khi qua hệ thống thấu kính quang hình ảnh của vật sẻxuất hiện trên camera CCD tốc độ cao (High speed linear CCD ) rồi qua bộbiến đổi tương tự số (A/D) qua bộ đIều khiển DE (Digital edge – detection)rồi qua CPU và qua màn hình sẽ cho ta kết quả đo

II Đèn LED năng lượng cao,những nguyên tắc cơ bản của các linh kiện phát quang bán dẫn:

II.1 Đặc điểm cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn: Bán dẫn

là những chất có phổ năng lượng ở vùng nhiệt độ thấp, gồm các vùng chophép điền đầy hoàn toàn và các vùng cho phép trống hoàn toàn trong đó vùng

trống hoàn toàn thấp nhất là vùng dẫn, mức năng lượng cực tiểu của vùng dẫngọi là đáy vùng dẫn, được ký hiệu là Ec vùng điền đầy cao nhất là vùng hoátrị, mức năng lượng cực đại vùng hoá trị gọi là đỉnh vùng hoá trị, được kýhiệu là E khoảng cách năng lượng

Eg = Ec - E (2-1)Gọi là bề rộng vùng cấm.Trạng thái của điện tử trong các vùng nănglượng cho phép được đặc trưng bởi năng lượng E và véc tơ sóng K (Kx,Ky,Kz)tuy nhiên sự phụ thuộc giữa năng lượng E và véc tơ sóng K trong các vùngnăng lượng cho phép rất phức tạp lân cận các điểm cực tiểu của vùng dẫn vàcực đại của vùng hoá trị sự phụ thuộc E(K ) có thể xem gần đúng có dạng 1hàm bậc 2

E(K) = Ec + 

m

K h

2

2 2

(2-2) đối với điện

E(K) = E - 

p

m

K h

2

2 2

(2-3) đối với lỗtrống

Trong trừơng hợp tổng quát m* ,m*p khối lượng hiệu dụng của điện tử và

lỗ trống là những đại lượng ten xơ phụ thuộc vào hướng trong tinh thể

Đặc điểm thứ hai là vùng dẫn và vùng hoá trị đều bao gồm 1 số phânvùng chồng lên nhau, nghĩa là trong mỗi 1 vùng năng lượng cho phép có thể

có nhiều quy luật tán sắc E(K) khác nhau

Cực tiểu vùng dẫn trong không gian véc tơ sóng K có thể nằm ở 1 điểm

K =(0,0,0), hoặc có thể nằm ở 1 điểm K 0 và trên một phương tinh thể nào

đó Cực đại vùng hoá trị thông thường nằm ở điểm có véc tơ sóng K =(0,0,0)

Từ đây người ta phân biệt hai loại bán dẫn theo cấu trúc vùng nănglượng: bán dẫn vùng cấm thẳng và bán dẫn vùng cấm xiên

Bán dẫn vùng cấm thẳng là bán dẫn có cực tiểu vùng dẫn và có cực đạivùng hoá trị cùng ở tại 1 điểm trong không gian , ví dụ K =(0,0,0) bán dẫnvùng cấm xiên là bán dẫn có cực tiểu vùng dẫn và có cực đại vùng hoá trị tại

hai điểm khác nhau trong không gian K : Ví dụ cực tiểu vùng dẫn tại 1 điểm

K  0 , còn cực đại vùng hoá trị tạiK =(0,0,0)

II.2 Chuyển mức năng lượng quá trình hấp thụ: Khi chiếu sáng chất

bán dẫn bằng ánh sáng có tần số thích hợp, các phôtôn có thể bị hấp thụ bởicác điện tử từ mức tháp đến mức cao Trong chất bán dẫn có thể sảy ra nhiềudạng chuyển mức năng lượng khác nhau, ví dụ chuyển mức giữa mức tạp chấtvới vùng dẫn, chuyển mức giữa vùng hoá trị với các mức tạp chất, chuyểnmức giữa các phân vùng trong vùng dẫn hay trong vùng hoá trị Tuy nhiênquan trọng nhất và đáng chú ý nhất là chuyển mức của điện tử từ vùng hoá trịlên vùng dẫn chuyển mức này gọi là chuyển mức vùng – vùng, hay chuyểnmức cơ bản

Chuyển mức cơ bản có thể sảy ra theo hai cơ chế khác nhau : Chuyểnmức thẳng và chuyển mức xiên Chuyển mức thẳng là chuyển mức trong đósung lượng hay véc tơ sóng của điện tử gần như không thay đổi và không có

sự tham gia của phôtôn, dao động mạng tinh thể

Chuyển mức xiên là chuyển mức mà trong đó xung lượng hay véc tơsóng của điện tử phải thay đổi đáng kể và bắt buộc phải có sự tham gia củaphôtôn, dao động mạng tinh thể

Quá trìmh chuyển mức phải tuân theo các định luật bảo toàn năng lượng

và định luật bảo toàn xung lượng, đồng thời chuyển mức chỉ có thể xảy ra khitrạng thái mà điện tử sẽ chuyển đến là còn trống

Gọi năng lượng của phôtôn bị hấp thụ là hphot , năng lượng của điện tử

ở trạng thái đầu là E1, ở trạng thái cuói là E2, véc tơ sóng của phôtôn là q phot ,véc tơ sóng của điện tử ở trạng thái đầu là K1 ở trạng thái cuối là K2

Trường hợp chuyển mức thẳng ;

Vì vec tơ sóng của phôtôn rất nhỏ so với véc tơ sóng của điện tử nên theođịnh luật bảo toàn véc tơ sóng ta có

K1 +q phot =K2  K1 K2 (2-4)

Điều kiện này có nghĩa là trong chuyển mức thẳng do đòi hỏi của địnhluật bảo toàn véc tơ sóng, véc tơ sóng của điện tử gần như không thay đổi Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có

K

Hình 2.1 Sơ đồchuyển mức thẳng

Vì trạng thái đầu của điện tử ở trong vùng hoá trị nên E1  Ec , trạng tháicuối của điện tử ở trong vùng dẫn nên E2 Ec do Ec -E = Eg, nên theo địnhluật bảo toàn năng lượng ta có :

Trường hợp chuyển mức xiên :

Từ hình 8b chóng ta thấy rằng trong trường hợp bán dẫn vùng cấm xiên,nến chỉ có chuyển mức thẳng thì phôtôn với tần số ngưỡng hấp thụ 0 =

K2

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển mức xiên

Trên hình II.2 biểu diễn bằng mũi tên chuyển mức từ đỉnh vùng dẫn 1quá trình hấp thụ chuyển mức xiên Trong chuyển mức xiên trong chuyểnmức xiên ta thấy K1 =0 và K20 Để bảo toàn véc tơ sóng nhất thiết phải có

sự tham gia của một hạt thứ ba, đó chính là phonon dao động mạng tinh thể.Định luật bảo toàn véc tơ sóng sẽ là: K1 +q phot + q phono =K2

Nhưng vì q phono là véc tơ sóng của phonon, dấu cộng ứng với trườnghợp phát xạ photon, dấu trừ ứng với trường hợp hấp thụ phonon

Vì phonon mang một năng lượng bằng h phonnên định luật bảo toàn nănglượng trong trường hợp hấp thụ chuyển mức xiên sẽ là:

E1 + hphot  hphon = E2 (2-8)

Từ đây ta thấy điều kiện để photon được hấp thụ với chuyển mức xiên sẽlà

hphot  Eg h phon (2-9)

Vậy ngưỡng hấp thụ với chuyển mức xiên sẽ có tần số

0 =



 2

Ec

II.3 Tái hợp bức xạ tự phát Điôt phát quang(LED): Các điện tử ở lân

cận cực tiểu vùng dẫn sau một thời gian tồn tại ở đây có thể chuyển mứcxuống một trạng thái trống trong vùng hoá trị và phát bức xạ ra mét photon

đó chính là quá trình tái hợp bức xạ tự phát, bức xạ phát ra trong trường hợpnày gọi là bức xạ tái hợp tự phát, hay bức xạ tự phát bức xạ này gọi là tự phát

vì nó sảy ra hoàn toàn ngẫu nhiên không phụ thuộc vào mật độ phổ nănglượng của bức xạ điện từ bên ngoài

Tuy nhiên quá trình chuyển mức năng lượng này chỉ có xảy ra khi trạngthái mà điện tử chuyển xuống trong vùng hoá trị là trống và phải tuân theođịnh luật bảo toàn véc tơ sóng cũng như định luật bảo toàn năng lượng.Chuyển mức tái hợp bức xạ cũng có thể xảy ra theo cơ chế chuyển mức thẳng

K1 K

E

Ev Ec

Ec

Hình 2.4 Sơđồ chuyển mức xiên

Thông thường điện tử trong vùng dẫn chủ yếu tập chung ở lân cận cựcđại, cho nên trong bán dẫn có vùng cấm thẳng xác suất xảy ra chuyển mứcthẳng rất lớn xác suất này trong bán dẫn có vùng cấm xiên là rất nhỏ, vì cáctrạng thái ứng với cùng giá trị K2 ở trong vùng hoá trị thường không trống.Trong bán dẫn vùng cấm xiên có thể sảy ra chuyển mức tái hợp theo cơ chếchuyển mức xiên với sự tham gia của phonon dao động mạng tinh thể Tuynhiên xác suất chuyển mức xiên thường rất nhỏ vì nó đòi hỏi phải có sự thamgia của ba hạt: điện tử, lỗ trống và phonon Chính vì những điều vừa phân tích

trên đây trong các linh kiện phát quang thông thường chỉ sử dụng bán dẫnvùng cấm thẳng như GaAs, GaN.

Quá trình tái hợp bức xạ chỉ xảy ra mạnh khi trên vùng dẫn có nhiều điện

tử và dưới vùng hoá trị có nhiều lỗ trống Vì vậy ở trạng thái cân bằng tái hợpbức xạ hầu như không xảy ra Đối với bán dẫn riêng ở nhiệt độ thấp có rất Ýtđiện tử ở trên vùng dẫn và rất Ýt lỗ trống trong vùng hoá trị cho nên quá trìnhchuyển mức của điện tử từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị là rất nhỏ Trong bándẫn pha tạp đono ở nhiệt độ phòng có thể rất nhiều điện tử trong vùng bán dẫnnhưng nồng độ lỗ trống trong vùng hoá trị rất nhỏ Ngược lại trong bán dẫnpha tạp axepto nồng độ lỗ trống trong vùng hoá trị có thể rất lớn, nhưng nồng

độ điện tử trong vùng dẫn lại rất nhỏ Vì vậy chuyển mức bức xạ rất Ýt vàcác photon bức xạ ra thường bị hấp thụ trở lại Quá trình hấp thụ trở lại đượcgọi là tái hấp thụ Kết quả là trong trường hợp bán dẫn ở trong điều kiện cânbằng quá trình bức xạ tái hợp hầu như không sảy ra Để có được quá trình bức

xạ (phát quang ) của chất bán dẫn chúng ta phải làm cách nào đó kích thíchchất bán dẫn, đưa nó ra khỏi trạng thái cân bằng, nghĩa là làm sao để cho nồng

độ điện tử trên vùng dẫn và nồng độ trống trong vùng hoá trị vượt qúa giá trịcân bằng của chúng nối cách khác tạo ra một nồng độ hạt dẫn dư Quá trìnhtạo nên nồng độ điện tử và lỗ trống dư đó được gọi là quá trình bơm.Quá trìnhbơm có thể thực hiện bằng phương pháp quang học, nghĩa là chiếu sáng mẫubằng ánh sáng có h lớn bề rộng vùng cấm để thực hiện chuyển mức của điện

tử từ vùng hoá trị nên vùng dẫn Phương pháp này gọi là phương pháp bơmquang học, được trình bày hình dưới:

Hình2.5 Sơ đồ vùng năng lượng

Từ hình II.5 chóng ta nhận thấy rằng khi trong vùng dẫn có một nồng độđiện tử lớn chiếm nhữg trạng thái thấp nhất gần cực tiểu trong một khoảngnăng lượng En và trong vùng hoá trị có một nồng độ lỗ trống lớn chiếmnhững giá trị trên vùng lân cận điểm cực đại trong một khoảng năng lượng

Ep, thì điều kiện để một photon được hấp thụ không phải h  Eg mà là: h  Eg + En + Ep (2-11)

Hình 2.6 Sơ đồ LED chỉ thị

Điều này nói nên rằng điều kiện hấp thụ photon phụ thuộc vào nồng độhạt dẫn dư trong quá trình bơm quang học.Phương pháp bơm đơn giản hơn vàthường dùng hơn trong các linh kiện quang - điện tử là phương pháp bơmđiện, sử dụng tính chất điện của các chuyuển tiếp p – n Chóng ta biết rằng

nồng độ điện tử và lỗ trống trong hai phần (phần n và phần p )của chuyển tiếpp-n trong điều kiện cân bằng (khi thiên áp ngoài bằng 0) đều tuân theo hệthứcn0p0 = nnpn = pppn =ni2 Bên phần n có nồng độ điện tử rất lớn (như hình13) nhưng chỉ có 1 lượng rất nhỏ hạt dẫn có thể vượt qua hàng rào thế năng ởmức chuỷên tiếp.Khi ta đặt thêm điện áp thuận (cực âm vào phần n,cực dươngvào phần p)hàng rào thế năng bị hạ thấp ,điện tử được phun(ịnjection) từ phần

n sang phần p và lỗ trống được phun từ phần p sang phần n.Bằng cách này tanên được nồng độ điện tử nvà nồng độ lỗ trống dư p.Tái hợp bức đượctăng cường, lớp chuyển tiếp phát sáng đó là hiện tượng tái hợp bức xạ hay làhiện tượng huỳnh quang Hiện tượng tái hợp bức xạ trong các bán dẫn cóvùng cấm thẳng thường mạnh hơn rất nhiều so với bán dẫn có vùng cấm xiên

vì chuyển mức xiên có xác suất rất nhỏ so với chuyển mức thẳng và trong bándẫn có vùng cấm xiên quá trình tái hợp có thể sảy ra bằng các dạng chuyểnmức gián tiếp, không bức xạ

Sự tái hợp bức xạ sảy ra trong lớp chuyển tiếp p- n chính là nguyên lýhoạt động Điôt phát quang (LED)

Điôt phát quang chế tạo trên đế GaAs, bán dẫn vùng cấm thẳng, phát raánh sáng màu đỏ, điôt phát quang chế tạo trên đế GaP,GaN, bán dẫn vùng cấmxiên có bề rọng vùng cấm lớn hơn, phát ánh sáng màu da cam, vàng, xanh Từhình II.6 chóng ta có thể thấy hiện tượng gây tổn hao ánh sáng phát quang:

Do hấp thụ tia sáng phát ra khi xiên qua lớp bán dẫn loại p Do hiệntượng phản xạ một phần trên bề mặt phân cách giữa không khí và lớp bán dẫn

Do hiện tượng phản xạ toàn phần trên bề mặt phân cách Trong cơ cấucủa diôt phát quang người ta đã thực hiện nhiều giải pháp kỹ thuật công nghệ

để làm giảm tối thiểu các tổn hao nói trên

Độ rộng phổ của bức xạ phát ra từ diôt phát quang phụ thuộc vào nhiềuyếu tố, trong đó quan trọng nhất là độ sạch của vật liệu Với bán dẫn có độsạch cao, độ rộng phổ của bức xạ LED nằm trong khoảng = (200 –300) 0

có cực đại phổ tại điểm ứng với mức năng lượng phôtôn gần bằng bề rộng

vùng cấm Eg Với bán dẫn có độ sạch cao cực đại phổ của bức xạ LED phụthuộc vào nồng độ đono hoặc axepto

II.4 Những nguyên lý cơ bản của linh kiện thu quang:

+.Linh kiện thu quang, photođêtectơ là những linh kiện bán dẫn có thểchuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Nguyên lý hoạt đọng của cáclinh kiện này có thể bao gồm 3 khâu:

 phát sinh hạt dẫn bởi ánh sáng tới

 Vận chuyển hạt dẫn và khuếch đại dòng hạt dẫnbằng một cơ chế nào đó có thể

 Cho dòng điện tác dụng vào mạch ngoài gây ra tínhiệu điện ở nối ra Phôtôđêtectơ được sử dụng trong rất nhiều lĩnhvực từ các cảm biến hồng ngoại đến các bộ thu trong thông tinquang

Photođêtectơ có nhiều đặc tính quý

Độ nhạy cao

Thời gian đáp ứng ngắn

Mức nhiễu thấp

Gọn nhẹ

Nguồn nuôi (dòng, điện áp ) nhỏ

II.4.1 Đặc điểm của Camera CCD:

Máy thu CCD viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh: Charge Coupled Device

có nghĩa là thiết bị thu gom điện tích Chức năng của nó là thay đổi các photonánh sáng tới thành các quang điện tử Do đó bộ phận quan trọng nhất của CCD

là tế bào quang điện, bộ phận này được chế tạo từ nhiều tế bào quang điện nhỏ(mà chúng ta thường gọi là 1 ô hay 1 pixel hoặc 1 ảnh điểm) Một tế bàoquang điện nhỏ gồm 1 đế Silic (loại p), một lớp SiO2 mỏng cách điện và mộtđiện cực

Các photon tới bị hấp thụ bởi chất bán dẫn Si (hoặc Ge nếu đế là Ge), táchelectron ra khỏi mối liên kết với nguyên tử bởi hiệu ứng quang điện Một dòngđiện được tạo thành có cường độ tỷ lệ thuận với thông lượng ánh sáng tơi

Dòng này được khuếch đại, đi qua bộ chuyển đổi tín hiệu, sau đó lưu trữ tạmthời trong bộ nhớ và hiển thị trên màn hình của máy tính.

Các máy thu quang điện được lắp tại vị trí thuận lợi để ghi lại các thông sốtheo phương pháp điện bằng cách sử dụng một máy thu 2 chiều được tạo bởihàng nghìn tế bào như trên Vì hiệu ứng quang điện ở tế bào quang điện làhiệu ứng quang điện trong, nên thiết bị này nhạy hơn kính ảnh 30 lần, dải sóngcủa CCD là 3000o - 10000Ao trong khi đó kính ảnh chỉ là 4000o - 7000Ao,CCD có nhiều ưu điểm vượt trội hơn kính ảnh rất nhiều, do vậy, CCD ngàycàng phổ biến hơn so với kính ảnh trong lĩnh vực chụp ảnh, trặc quang

Trong CCD, điện tử được đọc từ tế bào quang điện và chuyển vào bộchuyển đổi A/D nhiều Ýt khác nhau theo từng ô Thông qua dữ liệu là cácnhóm điện tử này (các dòng điện) mà bộ chuyển đổi A/D có thể tạo ra cácmức logic cao thấp tương ứng, nó là dữ liệu để máy tính hiển thị được ảnh với

độ sáng, tối khác nhau

Cứ một nhóm điện tử trong một ô thì tạo nên một ảnh điểm tương ứng trênmàn hình máy tính, như đã nói trên, một tế bào quang điện trong CCD cónhiều ô, vì vây, trên màn hình ta thấy được nhiều chi tiết của đối tượng cầnquan sát

Quá trình nêu trên được thực hiện như là ví dụ được mô tả sau đây: Để biết

sự phân bố lượng mưa trên một cánh đồng, người ta dùng nhiều xô hoặc chậu

và đặt chúng ở các vị trí khác nhau Sau cơn mưa, những xô nước này đượcchuyển về trạm đo lường nhờ một băng truyền Căn cứ vào lượng nước trongtừng xô, trạm đo lường sẽ “sô hoá” được lượng nước mưa ở các điểm khácnhau Cuối cùng, căn cứ vào số liệu đó, chúng ta có thể biểu diễn trên tranggiấy bức tranh toàn cảnh về sự phân bố lượng mưa trên cánh đồng

Ta có thể hiểu: mỗi hạt mưa như một photon ánh sáng, mỗi xô đựng nướcnhư là một ô (1 pixel), có điều khác là xô thì chứa nước còn pixel chứa điệntích Hệ thống đo lường chính là bộ chuyển đổi A/D Trang giấy như là mànhình của máy tính ở đó hình ảnh được hiển thị

Hình ảnh tạo bởi CCD qua 4 khâu chính:

+ Tạo ra các hạt mạng điện (quang electron): hoạt động dựa trên hiệu ứng

quang điện, khi những photon ánh sáng đập vào vật liệu bán dẫn, các điện tích

tự do được giải phóng

Sở dĩ năng lượng nhỏ nhất giải phóng electron là 1,14eV, những photonánh sáng với năng lượng khoảng 1,1 đến 5eV chỉ tạo ra một cặp electron – lỗtrống, những photon có năng lượng lớn hơn sẽ tạo ra được nhiều cặp hơn, ví

dụ, photon có năng lượng 10eV (tương ứng với vạch Anpha trong dãyLaiman) sẽ tạo ra 3 cặp, photon trong tia X mềm sẽ tạo ra hàng trăm cặp

Để có bức tranh ở vùng hồng ngoại người ta sẽ dùng Geemany vì Ge có nănglượng giải phóng electron thấp hơn (0,55eV).

+ Tập trung tích tụ điện tử: Hạt quang điện được tạo thành sẽ tập trungngay trong mỗi ô của tế bào CCD đến chừng nào nó được lệch và truyền tải ra

bộ chuyển đổi A/D Sự lưu trữ điện tử trong một ô của tế bào CCD là có hạn,nếu đối tượng quan sát quá sáng hoặc thời gian phơi sáng quá dài thì sẽ ảnhhưởng đến chất lượng hình ảnh, và kích thước vật thu được

+ Dẫn truyên, khuyếch đại và chuyển đổi A/D: các hạt quang điện trongtừng ô sẽ được truyển tải tới bộ chuyển đổi A/D, hết ô này đến ô khác, từ hàngnày đến hàng khác, cũng giống như nguyên tắc quét hình trong vô tuyến làquét từ trái sang phải và từ trên xuống dưới Tế bào quang dẫn lớn của CCDhai chiều có N hàng và M cột (tức là có N.M tế bào con), mét thanh ghi đượcđặt ở hàng Y = 0 Hàng đầu tiên Y = 1 sẽ được đọc trước: Y giữ nguyên giá trị

1 còn X thay đổi từ 1 đến M Sau khi một hàng kết thúc, hàng Y = 2 sẽ đượctiếp tục và cứ như vậy cho tới hàng Y = N Công việc này tương đối chậm dovậy tuỳ thuộc vào đối tượng quan sát mà ta chọn sô hàng và cột tương ứng

Vì dòng điện của các quang electron này rất nhỏ nên chúng sẽ đượckhuếch đại trước khi đi tới bộ chuyển đổi A/D

Trong bản luận văn này, ta không quan tâm nhiều tới kỹ thuật dẫn truyền,khuyếch đại và phương pháp chuyển đổi A/D Tuy nhiên sự tổn hao, sai sóttrên đường truyền, sai lệch trong khuếch đại đã ảnh hưởng như thế nào đếnchất lượng và độ trung thực của hình ảnh, kích thước đo được

+ Hiển thị hình ảnh: CCD được kết nối với máy tính thông qua một cáptruyền Chức năng của cáp truyền này là:

+ Thứ nhất: truyển tải các lệch từ phần mềm CCDOPS đã cài đặt trongmáy tính để thiết lập và điều khiển sự hoạt động của CCD như nhiệt độ, thờigian chụp, đo kích thước, kiểm tra các thông số

+ Thứ hai: truyển tải dữ liệu số từ bộ chuyển đổi A/D trên CCD về CPU đểmáy tính hiển thị hình ảnh

Sự biểu diễn một hình ảnh, kích thước lưu trữ trong bộ nhớ máy tính dướidạng một tập hợp các bit Mỗi phần tử ảnh (pircture element-pixel) tương ứngvới một điểm nhỏ trên màn hình và được điều khiển với một mã sáng hoặc tắt,được lưu trữ dưới dạng một bit (1 ứng với sáng hoặc 0 ứng với tắt) đối với cácmàn hình đen trắng Màu và các bóng xám đòi hỏi nhiều thông tin hơn ảnh làmột mạng lưới các mức 1 và 0 xếp thành nhiều cột và hàng, và sẽ được máytính chuyển đổi thành các pixel để thể hiện trên màn hinh

Cùng với thời gian và sự phát triển của khoa học công nghệ, CCD ngàycàng được cải tiến, thế hệ sau hơn hẳn thế hệ trước, cho đến nay, thế hệ CCD

camera ST10 với nhiều tính năng vượt trội của nó được sử dụng một cách cóhiệu quả ở trong nhiều lĩnh vực khác nhau

II.4.2 Các đặc trưng của Camera CCD:

Khi nói về camera CCD, người ta thường quan tâm đến chất lượng của nóthông qua các đại lượng đặc trưng như loại chất bán dẫn, kích thước mỗipixel, kích thước CCD, đáp tuyến tần số, dung lượng mỗi pixel, độ ổn nhiệt,phương thức làm lạnh, mã chuyển đổi A/D

Kích thước của mỗi pixel càng nhỏ thì hình ảnh tạo ra càng mịn, độ phângiải càng cao, tuy nhiên, mong muốn làm nhỏ kích thước pixel còn phụ thuộcrất nhiều vào công nghệ chế tạo và chi phí sản xuất

Số lượng pixel cũng như kích thước của CCD càng lớn thì thị trường quansát được càng rộng, tuy nhiên chi phí cho mét CCD càng lớn, thời gian đọc dữliệu càng lâu Tuỳ vào kinh phí, mục đích và giới hạn sử dụng mà người tachọn CCD có kích thước phù hợp

Đáp tuyến tần số của CCD phụ thuộc vào độ nhạy của pixel với các tần sốphoton tới khác nhau Ta biết rằng năng lượng photon tỷ lệ với tần số của nó,ánh sáng từ một thiên thể gửi tới với dải tần số biến thiên liên tục do đó khảnăng giải phóng điện tích ở mỗi tần số là khác nhau, CCD là CCD ghi nhận vàphản ánh được sự khác nhau đó

Dung lượng pixel là khả năng chứa số electron tối đa của mỗi pixel, dunglượng càng lớn khả năng chụp các đối tượng có độ sáng tối khác nhau trongcùng một bức ảnh càng nhiều, bởi vì, khi ta xét trường hợp ngược lại tức làdung lượng pixel nhá, trong cùng một bức ảnh, nếu vừa sáng cho đối tượngyếu thì sẽ quá sáng đối với đối tượng mạnh, pixel ở vị trí ngôi sao sáng sẽ có

số electron vượt quá khả năng chịu đựng, do vậy diện tích dư sẽ bị tràn sangpixel lân cận và làm cho bức ảnh không còn trung thực nữa

Điều mà ta mong muốn là quang electron chỉ được giải phóng khi cóphoton của ánh sáng tới, thực tế là, electron vẫn cứ được tạo ra mà nguyênnhân của nó là nhiệt độ, điều này tạo ra sự ổn nhiệt, ở nhiệt độ nào đó,electron sẽ thu được năng lượng (dưới dạng động năng) và có thể giải phóng

ra khỏi mối liên kết, vậy nếu giảm được nhiệt độ thì độ ổn nhiệt sẽ giảm bớt.Tuỳ thuộc vào chất liệu làm CCD và công nghệ pha tạp chất mà mỗi CCD có

độ ổn nhiệt riêng, ngày nay, nhà sản xuất đã đạt được tới mức 1 electron/1pixel/1 giây ở 0oC

Nhiệt độ là một trong những nguyên nhân tác động trực tiếp tới độ trungthực của hình ảnh, do đó, để tăng được độ tin cậy người ta phải giảm nhiệt độtới mức có thể chấp nhận được

Trước hết tránh được sự bay hơi cũng như sự tích tụ hơi nước trên bề mặtCCD.

Mã chuyển đổi A/D: Tuỳ thuộc vào chi phí sản xuất, giá thành bán ra vàmục đích của người sử dụng mà nhà sản xuất tạo ra các mã chuyển đổi khácnhau: 2 bit, 4 bit, 8 bit, …, 32 bit Như ta đã biết, bit là đơn vị của thông tintheo hệ thống số nhị phân (Blnary digiT) Mạch chuyển đổi A/D sẽ phát hiện

sự khác nhau giữa hai trạng thái (dòng điện mức cao và dòng điện mức thấp)

và biểu diễn các trạng thái đó dưới dạng một trong hai số nhị phân 1 hoặc 0

Vì việc chế tạo một mạch chuyển đổi A/D tin cậy có thể phân biệt được sựkhác nhau giữa 1 và 0 là tương đối dễ dàng và rẻ tiền, hơn nữa, máy tính lại cókhả năng xử lý nội bộ các thông tin nhị phân một cách rất chính xác (theo tiêuchuẩn thiết kế thì nó mắc Ýt hơn 1 lỗi nội bộ trong 100 tỷ thao tác xử lý), do

đó người ta sẽ chuyển các tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để máy tính xử lý

và hiển thị Tuy nhiên, sự phân giải, tín hiêu số có phản ánh đúng tín hiệutương tự hay không còn tuỳ thuộc rất nhiều vào số bít Số bít càng nhiều thì độtrung thực càng cao, lúc đó, trong kỹ thuật người ta nói rằng đường nối giữacác điểm bậc thang của tín hiệu đã trùng với đường tín hiêu tương tự, còntrong kỹ thuật CCD người ta nói rằng hình ảnh tạo ra sẽ mịn hơn, sắc nét hơn Theo trên thì số bít trong mã chuyển đổi càng nhiều thì hình ảnh hiển thịcàng trung thực, tuy nhiên một vấn đề nữa mà ta phải lưu ý, đó là sự đồng bộtrong mã chuyển đổi của CCD và mã nhận tín hiệu của máy tính

*.Với camera CCD thường có hai loại là dạng ma trận(gồm các hang vàcác cột), và dạng đường(chỉ có một hàng hoặc một cột)

Trong đồ án này sử dụng loại CCD có kích thước: 510 hàng,1cột tức là có

510 pixel (ô,ảnh điểm) Mỗi pixel có kích thước 99 (m), kích thước củaCCD là 459009 (m) Số lượng pixel, kích thước pixel liên quan đếncông nghệ chế tạo Nó tác động đến độ chính xác khi đo lường và hiển thịhình ảnh trong các thiết bị như kính thiên văn, máy ảnh kỹ thuật số, máyquay camera…

II.5 Các đặc điểm kỹ thuật của đầu đo LS 7000:

II.5.1 B ng thông s k thu t: ảng thông số kỹ thuật: ố kỹ thuật: ỹ thuật: ật:

Từ đầu phát đến đầu thu 16040mm

độ chính xác 2m

độ chính xác lặp lại 1.5m

Số lần lấy mẫu 2400lần/s

Nhiệt độ giới hạn 0 500C (không đóng băng)

II.5.2 Phạm vi đo và độ chính xác:

2

±2 m 5

±2 m

Hình 2.8 Sơ đồ phạm vi đo của LS7000.

Phạm vi đo của đầu đo LS.7000 là 0.3mm  30mm những vật màLS.7000 đo được chỉ được phép nằm trong phạm vi này, để kiểm tra độ chínhcủa đầu đo người ta dùng 1 thanh tròn với đường kính 10mm , có thể dichuyển trong phạm vi 1020mm

Độ chính xác lặp lại kiểm tra bằng thanh tròn có đường kính ngoài 10mmđặt vào giữa phạm vi đo để kiểm tra đường kính ngoài với 512 lần lấy giá trịtrung bình và  2 set

II.6 Đăc điểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000: điểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000: ểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000:c i m v nhi t ề nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000: ẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000: điểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000:ộ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000: ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000: nh hưởng đến đầu đo LS.7000:ng điểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000:ến đầu đo LS.7000: điểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000:ầu đo LS.7000: điểm về nhiẹt độ ảnh hưởng đến đầu đo LS.7000:n u o LS.7000:

Nhiệt độ hoạt động 00C 100C 200C 300C 400C 500C