+86 0755 83233703
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷地向檢測技術(shù)提出新的要求，同時也推進了檢測技術(shù)的發(fā)展，新的傳感器不斷出現(xiàn)，使檢測技術(shù)產(chǎn)生了巨大的變化。那么，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，就成了工程技術(shù)人員經(jīng)常遇到的問題。
1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型
要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。
在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。
2、靈敏度的選擇
通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。
傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
3、頻率響應(yīng)特性
傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。
傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。
在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。
4、線性范圍
傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。
但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來大的方便。
5、穩(wěn)定性
傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。
6、精度
精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。
如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。
對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。
目前，如何選擇機器視覺傳感器在當(dāng)代的應(yīng)用可謂是越來越廣泛，如何選擇機器視覺傳感器是值得我們好好學(xué)習(xí)的，現(xiàn)在我們就深入了解如何選擇機器視覺傳感器。
相機是機器視覺系統(tǒng)的眼睛，而相機的心臟是圖像傳感器。傳感器的選擇取決于準確性、輸出、靈敏度、機器視覺系統(tǒng)的成本以及對應(yīng)用要求的充分理解。對傳感器主要性能的基本理解能夠幫助開發(fā)人員迅速縮小他們的查找范圍，找到合適的傳感器。
大多數(shù)的機器視覺系統(tǒng)的用戶認識到相機是系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，經(jīng)常把它當(dāng)作視覺系統(tǒng)的“芯片”。相機本身是一個復(fù)雜的系統(tǒng)：包括鏡頭、信號處理器、通訊接口，以及核心的部分——把光子轉(zhuǎn)換成電子的器件：圖像傳感器。鏡頭和其它的部件共同配合來支持相機的功能，傳感器決定相機的高性能。
在指定的應(yīng)用中，三個關(guān)鍵的要素決定了傳感器的選擇：動態(tài)范圍、速度和響應(yīng)度。動態(tài)范圍決定系統(tǒng)能夠抓取的圖像的質(zhì)量，也被稱作對細節(jié)的體現(xiàn)能力。傳感器的速度指的是每秒鐘傳感器能夠產(chǎn)生多少張圖像和系統(tǒng)能夠接收到的圖像的輸出量。響應(yīng)度指的是傳感器將光子轉(zhuǎn)換為電子的效率，它決定系統(tǒng)需要抓取有用的圖像的亮度水平。傳感器的技術(shù)和設(shè)計共同決定上述特征，因此系統(tǒng)開發(fā)人員在選擇傳感器時必須有自己的衡量標準，詳細的研究這些特征，將有助于做出正確的判斷。
正確理解動態(tài)范圍
傳感器的動態(tài)范圍是容易使人疑惑和誤解的地方，這是因為機器視覺系統(tǒng)是數(shù)字的。圖像的動態(tài)范圍包括兩部分：一是傳感器能夠工作的曝光范圍（亮度的倍數(shù)）；其次是傳感器能夠數(shù)字化像素信號的電平的數(shù)量，用位數(shù)表示。這兩部分通常是緊密相關(guān)的。
曝光的動態(tài)范圍表示傳感器能夠正常工作的亮度水平。當(dāng)光子撞擊圖像傳感器的活動像素區(qū)域時產(chǎn)生電子，傳感器將其捕獲并存儲起來以備系統(tǒng)讀取。撞擊活動區(qū)域的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的電子數(shù)就越多，在讀取的間隔中，該過程持續(xù)的時間越長，被存儲的電子就越多。決定傳感器曝光動態(tài)范圍的參數(shù)之一就是填充存儲阱的曝光。制造傳感器的半導(dǎo)體加工工藝和電路設(shè)計共同決定阱的容量或深度。
電子噪音是傳感器能夠工作的min曝光水平，盡管沒有任何光子撞擊活動的像素區(qū)域，圖像傳感器也將以熱量發(fā)射的形式產(chǎn)生電子。要產(chǎn)生可識別的信號，必須有足夠的光子撞擊活動的像素區(qū)域，以便在存儲阱中有比暗電流噪音所產(chǎn)生的電子數(shù)更多的電子。傳感器的min曝光率是產(chǎn)生至少與噪音電子同樣多的光電子數(shù)。只有在超過噪音等量的曝光水平時，傳感器才能產(chǎn)生有用的信息。
傳感器的曝光動態(tài)范圍是由其物理和電路設(shè)計所決定的功能，而數(shù)字動態(tài)范圍只是由電路設(shè)計所決定的功能。圖像傳感器的數(shù)字動態(tài)范圍只是說明它能夠提供給視覺系統(tǒng)的明顯的曝光值。8位的傳感器有256個灰度級，10位的有1024個，以此類推。表示動態(tài)范圍的位數(shù)并不是反映傳感器能夠響應(yīng)的max曝光的必須要素，但是這兩者通常是相對應(yīng)的。
比暗電流噪音水平小的等量的信號度不能產(chǎn)生有用的信息，類似地，如果數(shù)字化值大于傳感器的max信號值，也不會產(chǎn)生額外的信息。在實踐中，傳感器需要設(shè)計成等量信號度與暗電流噪音水平等值，并有足夠信號步進度達到飽和的曝光信號水平。按此方式設(shè)計，傳感器的數(shù)字動態(tài)范圍與其曝光動態(tài)范圍說明的是同一事物：飽和等量曝光與噪音等量曝光的比率。
交互作用決定取舍
傳感器的動態(tài)范圍一定程度上決定機器視覺系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像質(zhì)量，位數(shù)越高，系統(tǒng)能夠分辨的圖像的細節(jié)就越細微。對更低的暗電流噪音和高精度的需求的日益提高，使傳感器的成本變得越來越昂貴。然而，不是所有的應(yīng)用都需要精細的圖像。因此，設(shè)計師們設(shè)計了不同動態(tài)范圍的傳感器供選擇。例如，郵包分揀或電子生產(chǎn)檢查，8位的動態(tài)范圍就可以有效地工作。但是，醫(yī)療和空中偵察就需要14位的動態(tài)范圍。應(yīng)用需求還對傳感器的第二項特征速度提出了要求
速度是比動態(tài)范圍更直觀的特征，它只是衡量傳感器采集和傳送圖像到系統(tǒng)的速度有多快。傳感器的速度也包括兩個方面：一個是幀頻，也就是傳感器傳送像素數(shù)據(jù)到系統(tǒng)所需要的時間。另外就是傳感器為了采集一幅有用的圖像所需的曝光時間。幀頻永遠都不會比曝光時間快，因此幀頻是用來說明傳感器性能的通用量值。
在加工檢查類的應(yīng)用中，傳感器的速度決定系統(tǒng)的輸出。如果每一幅圖像代表待檢的一個零件，那么系統(tǒng)每秒能夠檢查的零件數(shù)量不會高于傳感器每秒能夠發(fā)送的幀數(shù)。當(dāng)成像的物體處于運動狀態(tài)時，為防止出現(xiàn)圖像模糊，必須要求高的采集速度。因此對于高輸出量的檢測系統(tǒng)和對高速運動物體的成像應(yīng)用需要高速的傳感器。
速度和動態(tài)范圍是相互關(guān)聯(lián)的，為了快速地傳送圖像，傳感器必須快速地對每一個像素的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化。這就意味著模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器需要快速地形成一個穩(wěn)定的輸出。
從物理層面和設(shè)計角度上講，速度應(yīng)該讓步于動態(tài)范圍。電路運行的速度越快，產(chǎn)生的熱量就越多。傳感器的暗電流噪音隨著溫度的增加而增加，因此傳感器的速度越高，其噪音就越大，動態(tài)范圍就越低。高速的傳感器比低速的傳感器的噪音更大，而且能提供的動態(tài)范圍更低。
傳感器的速度與其第三項特征響應(yīng)度也是相關(guān)聯(lián)的
應(yīng)用中所需的幀頻越高，用于曝光的時間就越少。為了減少曝光時間，設(shè)計師需要增加光照的亮度，如果不增加亮度，就只能選擇高響應(yīng)度的傳感器。
響應(yīng)度是指在給定的曝光條件下，所產(chǎn)生的信號的強度（V）。在圖像傳感器中，有三個因素控制響應(yīng)度：第一是量子的效率，或者說是每個光子所產(chǎn)生的電子的數(shù)量。第二個要素是存儲電荷（q）的傳感器輸出電路的電容（C）的大小，電荷的信號電壓公式是V=q/C。第三個要素是傳感器的輸出放大器增益。如果傳感器在與噪音等量的曝光水平下運行時，增益本身并不能提高傳感器的響應(yīng)度。
開發(fā)人員在為他們的機器視覺系統(tǒng)選購傳感器時，必須在動態(tài)范圍，速度和響應(yīng)度這三個關(guān)鍵要素之間做出取舍。高速度和低光照度將導(dǎo)致噪音增加并降低動態(tài)范圍。在動態(tài)范圍允許的情況下，對成像細節(jié)的高要求也需要提高光照強度以彌補較低的響應(yīng)度。傳感器本身所具有的物理屬性，不可避免地要在這三項關(guān)鍵要素之間做出平衡。
以上提到的三項關(guān)鍵要素并不是構(gòu)成傳感器選擇的唯一考量，另外還有兩項重要的因素：傳感器的分辨率和像素間距，其中任何一項都能夠影響圖像的質(zhì)量，并且與上述三項關(guān)鍵要素相互作用。
分辨率是指由多少個像素構(gòu)成一幅圖像，它是反映傳感器尺寸和像素間距的量值。應(yīng)用所需要的傳感器的分辨率決定于幾項相關(guān)的要素：包括視野、工作距離、傳感器大小和像素間距以及系統(tǒng)所要求的采集空間細節(jié)所需的像素的數(shù)量等。傳感器的分辨率越高，其時鐘必須運行得越快，以獲得需要的幀頻。因此，傳感器的分辨率對速度有非常大的影響。
像素間距定義單個像素區(qū)域的大小，與傳感器的大小共同作用來決定傳感器的分辨率。由于傳感器通常只有有限的大小可選，所以像素的間距越小，其分辨率就越高。像素間距能夠影響響應(yīng)度，但是間距越小，每個像素能夠采集光子的活動區(qū)域就越小。
最終，所有這些傳感器的要素都要與相機的其它部件相互影響。相機鏡頭的分辨率是通過調(diào)制解調(diào)函數(shù)（MTF）來衡量的，例如，鏡頭的分辨率必須與傳感器的像素間距相匹配，才能獲得理想的成像質(zhì)量。在傳感器分辨率允許的范圍內(nèi)，一個5微米MTF的鏡頭在3微米的像素間距的傳感器上所成的黑白線模式只能形成灰色的圖像。因此，在選購傳感器時必須采購與之匹配的其它系統(tǒng)部件。
重要的一點是要充分理解應(yīng)用對傳感器動態(tài)范圍、速度和響應(yīng)度的需求。需求決定哪些性能是在可接受的范圍之內(nèi)，最終決定系統(tǒng)的其它部件的要求。
（來源：網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者）
電話： 0755-83233703
