识别图E-7是什么测量仪器的原理接线图。

线阵CCD的原理及驱动

  实验目的

  (1)掌握用双踪示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。

  (2)通过对典型线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系的观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲在ccD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，以及电荷转移的过程。

  实验前准备内容

  (1)阅读实验指导书，了解实验目的及内容；

  (2)学习线阵CCD的基本工作原理(参考《光电检测技术》教材第5章第4节有关内容)，阅读双踪示波器的使用说明书。

  (3)学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理与驱动波形图(参考附录)。

  (4)掌握双踪示波器的基本操作方法，尤其是它的同步、幅度、频率、时间与相位的测量方法。

  实验所需仪器设备

  (1)双踪同步示波器(带宽50MHz以上)一台。

  (2)彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD-IV一台。

  (3)万用表一台。

  实验内容

  1．驱动脉冲相位的检测

  根据线阵CCD的基本工作原理，观测转移脉冲SH与F1(CR1)、F2(CR2)的相位关系，理解线阵CCD的并行转移过程；观测F1与F2及F1与CP、SP、RS间的相位关系，理解线阵CCD的串行传输过程和复位脉冲RS的作用。

  2．驱动频率和积分时间的检测

  测量CCD在不同驱动频率的情况下的F1与F2、F1、RS的周期与频率值，以及它的行周期(FC)值，理解线阵CCD的驱动频率、周期与积分时间的关系。

  3．CCD输出信号的检测

  检测CCD的输出信号，观测积分时间、SH与FC信号波形等同CCD的输出信号间的关系。

  实验基本原理

  CCD的基本结构是MOS(金属一氧化物一半导体)电容结构。它是在半导体P型硅(Si)作衬底的表面上用氧化的办法生成一层厚度约100nm～150nm的SiO₂，再在SiO₂表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个MOS电容器。所以，CCD是由一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列构成的。其基本工作原理有如下的三个过程：

  1．光电转换

  当有光线投射到MOS电容上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型硅(Si)衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带，从而形成电子—空穴对，这种电子—空穴对在外加电场的作用下，就会分别向电极两端移动，因而产生光生电荷，即将光信号转换为电信号。

  对于Si材料来说，因其E_g=1.12eV，所以其上限截止波长为λ_c=1.11μm。也就是说，波长小于和等于1.11μm的光子能使硅衬底中的价带电子跃入导带，产生电子—空穴对；而大于1.11μm波长的光子则会穿透半导体层而不起作用。对于不同的衬底材料，将具有不同的E_g值，因而器件将具有不同的光谱特性，从而可适用于不同的场合。

  2．电荷存储

  由上述知，构成CCD的基本单元是MOS结构。如下图(a)所示，在栅极G施加正偏压U_G之前，P型半导体中的空穴(多数载流子)的分布是均匀的。当栅极施加正偏压U_G(此时U_G小于P型半导体的阈值电压U_th)后，空穴被排斥，产生耗尽区，如图(b)所示。如偏压继续增加，耗尽区将进一步向半导体体内延伸。当U_G＞U_th时，半导体与绝缘体界面上的电势(常称为表面势，用ΦS表示)变得如此之高，以致于将半导体体内的电子(少数载流子)吸引到表面，形成一层极薄的(约10^-2μm)但电荷浓度很高的反型层，如图(c)所示。反型层电荷的存在表明了MOS结构存储电荷的功能。

 

  电子之所以被加有栅极电压U_G的MOS结构吸引到氧化层与半导体的交界面处，是因为那里的势能最低。在没有反型层电荷时，势阱的“深度”与栅极电压U_G的关系恰如与U_G的线性关系(如下图(a)空势阱的情况)。图(b)为反型层电荷填充1/3势阱时，表面势收缩。当反型层电荷足够多，使势阱被填满时，降到2，此时，表面势不再束缚多余的电子，电子将产生“溢出”现象。这样，表面势可以作为势阱深度的量度，而表面势又与栅极电压U_G、氧化层的厚度d_OX有关，即与MOS电容容量C_OX与U_G的乘积有关。因此，势阱的横截面积取决于栅极电极的面积A，所以MOS电容存储信号电荷的容量为：

  Q=C_OXU_G·A  (8-1)

 

  3．电荷转移

  为了理解在CCD中势阱及电荷如何从一个位置移到另一个位置，可参见下图。取CCD中四个彼此靠得很近的电极来观察。若开始有一些电荷存储在偏压为10V的第二个电极下面的深势阱里，其他电极上均加有大于阈值的较低电压(例如2V)。设图(a)为零时刻(初始时刻)，过t₁时刻后，各电极上的电压变为如图(b)所示，第二个电极仍保持为10V，第三个电极上的电压由2V变到10V，因这两个电极靠得很近(间隔只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起。即原来在第二个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有，如图(b)和(c)。若此后电极上的电压变为图(d)所示，第二个电极电压由10V变为2V，第三个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第三个电极下面的势阱中，如图(e)。由此可见，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。

 

  通常把CCD电极分为几组，每一组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。CCD的内部结构决定了使其正常工作所需的相数。上图所示的结构需要三相时钟脉冲，其波形图如图(f)所示，这样的CCD称为三相CCD。三相CCD的电荷传输方式必须在三相交迭脉冲的作用下才能以一定的方向，逐单元地转移。

  值得指出的是，我们通常所说的CCD的位数的位，不是这里的一个栅电极。对三相CCD来说，电荷包转移了三个栅电极是时钟脉冲的一个周期，我们把这三个栅电极称之为CCD的一个单元，或CCD的一位，也就是我们通常所说的一个像元；显然，对二相CCD来说，就是二个栅电极为一位；对四相CCD则一位是四个栅电极了，所以千万不能混淆。

  需要强调指出的是，CCD电极间隙必须很小，电荷才能不受阻碍地自一个电极下转移到相邻电极下。如电极间隙比较大，则两相邻电极间的势阱将被势垒隔开，而不能合并，电荷也不能从一个电极向另一个电极平滑地转移。这样，CCD便不能在外部脉冲作用下正常工作。能够产生电荷完全耦合(这就是电荷耦合器件名称的由来)条件的最大间隙一般由具体电极结构、表面态密度等因素决定。理论计算和实验证实，为了不使电极间隙下方界面处出现阻碍电荷转移的势垒，间隙的长度应小于3μm，这大致是同样条件下半导体表面深耗尽区宽度的尺寸。当然，如果氧化层厚度、表面态密度不同，结果也会不同。但对绝大多数CCD，1μm的间隙长度是足够小的。

  以电子为信号电荷的CCD称为N型沟道CCD，简称为N型CCD。而以空穴为信号电荷的CCD称为P型沟道CCD，简称为P型CCD。由于电子的迁移率(单位场强下的运动速度)远大于空穴的迁移率，因此，N型CCD比P型CCD的工作频率高得多。

  实际上，目前的CCD器件均采用光敏二极管代替过去的MOS电容器。空间电荷区(即耗尽区)对带负电的电子而言、是一个势能特别低的区域，因此也称之为势阱。投射光产生的光生电荷就储存在这个势阱之中，势阱能够储存的最大电荷量又称之为势阱容量，势阱容量与所加栅压近似成正比。

  光敏二极管和MOS电容器相比，光敏二极管具有灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小等特点。如果将一系列的MOS电容器或光敏二极管排列起来，并以两相、三相或四相工作方式把相应的电极并联在一起，并在每组电极上加上一定时序的驱动脉冲，这样就具备了CCD的基本功能。

  4．CCD的外围驱动电路

  CCD需要外围驱动电路才能工作，现以日本东芝生产的线阵2048位TCD142D为实例作一介绍。TCD142D器件为二相CCD：需要相差180°的二路驱动脉冲与，一路转移控制脉冲，一路复位脉冲。其驱动脉冲的波形如下图所示。

 

  值得注意的是，由于结构上的安排，器件的OS输出端首先输出12个虚设单元的脉冲，再输出51个暗信号脉冲后才连续输出2048个信号脉冲，最后输出11个暗电流脉冲，接下去输出多余无信号脉冲。由于该器件是两列并行传输，所以在一个周期中至少要有1061个脉冲，即T_SH＞1061T₁。图中的是复位脉冲，复位一次输出一个光信号。器件的补偿输出DOS端，用于检取驱动脉冲(尤其复位脉冲)对输出电路的容性干扰信号，若将OS端与DOS端的输出分别送到差分放大器的两个输入端，则在输出端将得到被放大的没有驱动脉冲干扰的光电信号。

  TCD142D的外围驱动电路原理框图如下图所示。

 

  由图可知，由晶体振荡器输出频率为4MHz的方波脉冲，经J·K触发器分频得到频率为2MHz的方波脉冲，将4MHz与2MHz脉冲相与即经脉冲形成电路而形成脉冲占空比为1:3的频率为2MHz的脉冲；将脉冲再经J·K触发器分频而产生频率为1MHz的脉冲；经脉冲形成电路而形成脉冲为1MHz的脉冲；将脉冲经反相器反相后而形成脉冲(1MHz)；将1MHz的脉冲送入分频器，经译码电路而由脉冲形成电路而产生周期T_SH＞1061μs的转移控制脉冲。至此，TCD142D所需的四路脉冲均已产生。这四路脉冲经反相器反相，再经阻容加速电路送至DS0026驱动器以驱动TCD142D进入正常工作。DS0026驱动器实际是一驱动门电路，它将电平由5V转为12V，并反相。

  TCD142D的驱动电路如下图所示。

 

A、A型超声诊断仪是采用幅度调制型的显示方法

B、M型超声诊断仪是采用辉度调制型的显示方法

C、D型超声诊断仪是利用多普勒效应原理，对运动的脏器和血流进行检测

D、M型超声诊断仪是采用幅度调制型的显示方法

E、B型超声诊断仪是利用声束进行一维扫查，并用辉度表示回波幅度大小显示组织或器官的切面图

因果图能有效地检测输入条件的______可能会引起的错误。因果图的基本原理是通过______，把用自然语言描述的功能说明转换为______，最后为______设计一个测试用例。

色谱方法的种类很多，并且各类方法的原理、操作也不尽相同，但由不同方法检测得到的色谱图却是大同小异。色谱图的纵坐标为检测器的相应信号，横坐标通常为流出物流出时间。欲使色谱峰宽减小，可以采取A、降低柱温

B、减少固定液含量

C、增加柱长

D、增加载体粒度

E、增加流动相体积

定量分析通常采用色谱图中的参数是A、色谱峰

B、区域宽度

C、面积

D、基线

E、保留值

通常用作定性分析的参数是A、色谱峰

B、区域宽度

C、峰面积

D、基线

E、保留值

A.布线图

B.线束图

C.接线图

D.原理图

如图5-3(a)，(b)所示，分别为三相电源绕组作Y形与△形连接时的检测原理图。在检测接法无误后，才通过输电线为负载供电。(1)若接法正确，仪表读数如何?(2)若有一相接反了，仪表读数又如何?

微波干涉测量金属丝杨氏模量的原理如下图所示。发射天线将信号源传来的微波发射出去，经过分波板(分波比1:1，即A₁=A₂)后分成两束，一束微波经全反射板M₁后反射至接收天线；另外一束微波经全反射板M₀和全反射板M₂后也反射至接收天线。由于两束波的波源相同，因此满足波的相干条件。接收天线将接收到的微波通过晶体检波器转换成电信号输入检流计，接收天线上的晶体检波器以平方律方式进行检波，检流计检测到的电流I与振幅A的转换关系为I=kA₂。

 

  全反射板M₁固定不动，全反射板M₂和金属丝相连，当金属丝在砝码的拉力下伸长△L后将带动全反射板M₂向下相应地移动△L。若用微波干涉法测量铁丝的杨氏模量，所用铁丝的直径D=0.822mm，长L=93cm，拉力F=68.6N，检流计测得I/I_max=0.9962，实验用微波的λ=32.2mm。试推导测量金属丝杨氏模量的公式并计算铁丝的杨氏模量。