Главная Преобразователи механических величин



Следует отметить, что применение СИД в качестве источников анализирующего излучения открывает широкие возможности в разработке миниатюрных датчиков и измерительных устройств для контроля различных физических параметров. Эти устройства могут найти применение во многих областях народного хозяйства, а также при разработке роботов.

3.4. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ В УСТРОЙСТВАХ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И КАЛИБРОВКИ

В настоящее время СИД находят широкое применение в метрологии при создании стабильных излучателей для контроля параметров элементов и систем.

В области энергетической фотометрии средств метрологического обеспечения измерений лучистого потока и освещенности сталкиваются с необходимостью градуировки и калибровки данных средств измерений. Особенно актуальна эта задача для УФ- и ИК-областей спектра.

Наличие у СИД таких положительных свойств, как высокая стабильность излучения, длительный срок службы, малые размеры, малая ширина спектра излучения (квазимонохроматичность), простота управления интенсивностью излучения путем изменения тока, дают возможность их использования в метрологическом обеспечении в качестве эталонной или образцовой меры лучистого потока.

Единицу лучистого потока светодиода можно определить косвенным методом путем определения разности между подводимой к СИД электрической мощностью и мощностью, превращаемой в тепловую [65]:

где /п, Un - ток в прямом направлении и напряжение на СИД; St - чувствительность термопреобразователя; U"r - ЭДС термопреобразователя; G - систематическая погрешность из-за неэквивалентного действия на термопреобразователь электрической мощности светодиода.

При испытаниях термопреобразователя с различными экземплярами СИД систематическая погрешность не превышала 1,4%.

Размер единицы лучистого потока от одного калиброванного СИД к другому (калибруемому) передается с помощью фотометрического шара диаметром 200 мм методом фотометрического сличения. На рис. 3.12 приведена схема измерительной установки [65]. Для компенсации темнового тока фотодиода его включают в электрический мост, в другом плече которого находится фото диод. Добиваются полной компенсации темнового тока, изменяя сопротивление в цепи компенсационного СИД. В диагональ мосте включен цифровой вольтметр ВК2-20.

Передача лучистой энергии осуществляется следующим образом. При прямом направлении тока через калиброванный СИД и



Рис. 3.12. Схема измерительной установки для калибровки светоизлучающих диодов:

/ - датчик термопреобразователя; 2 - фотометрический шар; ФД] - измерительный фотодиод; ФД; - компенсационный фотодиод; СДз - светоизлучающий днод, подсвечивающий компенсационный фотодиод; У1199, У1136 - источники тока; Р345, Р321, Р313 - магазины сопротивлений; ВК2-20 - цифровой вольтметр


СНЯТОЙ заглушке термопреобразователя одновременно измеряют ток, напряжение на СИД и ток фотодиода. Затем включают калибруемый СИД и подбирают проходящий через него ток, при котором ток фотодиода достигает прежнего значения. При этом поток излучения калибруемого СИД

Р = Р

ПР>

где [7фд, [/фд - напряжение на фотодиоде в первом и втором случаях; Gen, Gnp - систематические погрешности измерений, связанные с различием спектров излучения сличаемых СИД и их пространственного разделения излучения соответственно.

Следует отметить, что при использовании СИД для калибровки первичных измерительных преобразователей необходимо обеспечить температурную и временную стабилизацию интенсивности излучения, которую можно осуществить методами, описанными в гл. 1.

Для температурной компенсации интенсивности излучения СИД необходимо измерить зависимость потока излучения от температуры. Эти исследования можно провести на установке, схема которой приведена на рис. 3.13 [10].

Светоизлучающие диоды применяются также при исследовании широкополосных фотоприемных устройств, имитации лазерного излучения [67] и контроля, стабилизации спектрометрического тракта [68].

Рис. 3.13. Установка для измерения температурной зависимости потока излучения светодиодов:

/ - источник питания; 2, 4, 10 - ампервольтметры; 3 - образцовое сопротивление; 5 - магазин сопротивлений; й- блок питания микрохолодильника 7; 8, 9 - оптическая система




При разработке оптоэлектроиных устройств необходимо знать такие параметры фотоприемного тракта, как амплитудно-частотные характеристики, быстродействие, переходные характеристики, и их зависимости от элементов схемы. Для использования СИД в таких устройствах на первый план выдвигаются модуляционные световые характеристики [69]. Например, для СИД АЛ 106 при токе 40... 60 мА модуляционная характеристика равномерна до 5 МГц.

При засветке фотоприемника излучением СИД в спектре флуктуации фототока появляется низкочастотная составляющая шума, простирающаяся до частоты 30 кГц [69]. Подобный характер излучения СИД необходимо иметь в виду при его использовании для калибровки измерительной аппаратуры.

Для измерения линейности фотометрических устройств применяют обычно метод, основанный на законе обратного квадрата расстояния или используют калиброванные ослабители. Упрощение этого метода без потерь в точности измерений достижимо с помощью двух СИД [70]. Сущность его заключается в следующем. Два СИД располагают перед фотоприемником, линейность которого измеряют. Включают один СИД и измеряют сигнал фотоприемника Л, затем его выключают; включают второй СИД и измеряют сигнал фотоприемника h. Не выключая второго СИД, включают первый и измеряют сигнал фотоприемника /1,2 от двух СИД, работающих одновременно. О линейности фотоприемника судят по отличию отношения hit{h~\rh) от единицы при различных уровнях сигнала.

Применение СИД позволяет значительно упростить измерения и получить погрешности, определяемые только уровнем сигнала и классом измерительного прибора.

Глава 4

ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ

4.1. ИМПУЛЬСНЫЕ И ИНДИКАТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

В настоящее время наша промышленность выпускает СИД со спектром излучения в видимом и ближнем ИК-Диапазо-нах. С каждым годом совершенствуется технология выпуска этих приборов и разрабатываются излучатели со спектром излучения в длинноволновой области оптического диапазона.

Светоизлучающие диоды с видимым спектром свечения применяются как индикаторы изменения режимов в электронных целях (рис. 4.1-4.5) [6, 72]. 66



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


0.0125