Главная Преобразователи механических величин



Глава 3

устройства контроля и измерения на светоизлучающих диодах

3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ и ИЗМЕРЕНИЯ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ

Такие преимущества СИД, как быстродействие, значительная монохроматичность спектральных характеристик, малые габариты, высокая надежность, 100%-пая модуляция светового потока посредством тока, протекающего через СИД, и другие, позволяют разрабатывать различные устройства для контроля и измерения параметров широкого класса веществ и материалов.

Оптоэлектронные устройства можно классифицировать по следующим основным признакам, лежащим в основе принципа построения этих устройств: виду измеряемой физической величины; числу используемых участков спектра или СИД с различными длинами волн спектральных характеристик; числу используемых кювет или СИД, излучающих на одной длине волны (каналы); способу преобразования измеряемого параметра в фотоэлектрический сигнал; способу обработки фотоэлектрического сигнала.

По виду измеряемой физической величины оптоэлектронные измерительные устройства (ОИУ) подразделяются на фотометры и анализаторы состава веществ и материалов

По числу используемых участков спектра ОИУ подразделяются на одноволновые, двухволновые и многоволновые, а по числу каналов (числу используемых кювег или СИД, излучающих на одной длине волны) - на одноканальные, двухканальные и многоканальные устройства.

Понятия «волна» и «канал» очень важны для структурного анализа, поэтому для различения этих понятий введем обозначения: В - волна, К - канал, М-многоканальный, многоволно-вый, а цифрами перед буквами обозначим число длин волн и каналов. Например: 2В1К-двухволновая одноканальная структурная схема.

В табл. 3.1 приведены основные (базовые) структурные схемы устройств на СИД согласно приведенной классификации. Математические модели этих схем составлены согласно основному закону фотометрии--закону Бугера - Бера, где ИП - источник питания СИД; СИД-светоизлучающий диод; ФП - фотоприемник; БОФС - блок обработки фотоэлектрического сигнала; РП - регистрирующий прибор; Фо1 и Фо2-потоки излучения на опорной и измерительной длинах волн, излучаемых СИД, 1\, /г--токи светоизлучающих диодов; Ф] и Фз - потоки, прошедшие через контролируемый объект (КО) и эталонный объект (ЭО); К\, /Сг, и Ki - коэффициенты; nii - неинформативный параметр контро-

2-53 33



Обозначение

Структурная схема

Математическая модель

1В1К


Ф1 = Фое->»2; Фо1 = /(с.д/о; u = S е-"2а

1В2К


Ф1 = Кс.д1/1е--к."г, Ф1=/(с.д/1;

Ф2:=<с.д2/2е-2"2; U = S

2В2К

/7--- «

гад,

Световой

Ф11=/(с.д1/1е--К1">.; /(с.д1/1 = Фо 02 = Kc.n2h e--K:i"ie-«2"2; кКс.п2=ФоГ, u=Se«2"2

2В2К


Ф21=Фо2 e-"i"ie~"2™2

MBIK

Ф1 = Со.д1/1е-Я1".; /(с.д1/1 = Фо1;

Ф2 = /(с.д2/2е-К2>»2; /(с.д2/2=Ф02;

Фз = Сс.дз/з е-кз">з; Кс.дз/з = Фоз

лируемого объекта (масса, плотность и т. п.); тг - значение контролируемого параметра.

При составлении математических моделей считаем, что зависимость интенсивности излучения от тока имеет линейный характер, что справедливо для большинства типов СИД.



По способу преобразования измеряемого или контролируемого параметра в фотоэлектрический сигнал различают устройства непосредственной оценки и устройства с функциональной разверткой потока излучения СИД по закону, обратному или совпадающему с законом поглощения [31].

По способу обработки фотоэлектрического сигнала различают: схемы непосредственной оценки, дифференциальные, автоматические равновесные с компенсацией измерительного и опорного каналов; логометрнческие с частотным выходом и время-импульсные схемы.

Принцип преобразования контролируемого параметра в фотоэлектрический сигнал основан на следующем. Контролируемый объект облучают потоком излучения (для одноволновых, однока-нальных структурных схем) или двумя потоками на разных дли-

Таблица 3.2

Оптическая схема

Область применения

(1 -

Прозрачные в диапазоне 0,75...2,5 мкм материалы: хлопок, шерсть, бумага, ткани, нить, лента, воздушная среда, жидкости, бензин


ии


Сыпучие и волокнистые материалы, отражающие ИК-излучение в диапазоне 0,75...2,5 мкм: ксилит, минеральные удобрения, сахар, хлопок, ткани и др.


Жидкости, сыпучие и волокнистые материалы, нефть и нефтепродукты, хлопок и др.


Бурты хлопка, зерно, сыпучие материалы, окружающая среда, хлопковые семена, хранилища различных продуктов и др.

Примечание. ИИ - источник излучения; КО - контролируемый объект.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


0.0287