Главная Преобразователи механических величин



4 3. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ

Повышение чувствительности и избирательности устройств контроля на светоизлучающих диодах возможно при максимальном согласовании спектральных характеристик контролируемой среды (вещества) фотоприемника и светоизлучающего диода.

Пусть имеется источник распределения интенсивности излучения источника по спектру в виде / (Л). В этом распределении можно выделить некоторую монохроматическую составляющую f{X)dk для интервала бЯ, а для некоторой произвольной точки спектра

с длиной волны X будем иметь распределение вида а (V-%)f{X)dK. Другие монохроматические составляющие также дадут соответствующий вклад в общую интенсивность в точке X. Тогда наблюдаемое распределение интенсивности по спектру определяется интегралом

Ф {X) = fa{X-X)f {X)dX.

Если обозначить через а]{Х) спектр излучения, а через а{Х)- регистрирующую часть, то наблюдаемое распределение энергии в плоскости

0, iX)f a,(-)fWdX;

- оо

а (Я) = Y аг (Х-Х) ai (Х) dX.

р- ро

Следует отметить, что если ширина спектральной линии поглощения или поглощение много меньше ширины спектра излучения, то спектральная характеристика источника не принимается во внимание.

На практике для распространенных источников излучения и полос поглощения справедливы функции в виде прямоугольного треугольника, трапеции или колоколообразной функции. Совместимость по длине волны может иметь определяющее значение, если спектр излучения и спектральная характеристика фотоприемника узкополосные. Для определения эффективной связи по потоку необходимо произвести интегрирование произведения спектров всех элементов, входящих в систему; тогда фототок имеет вид

* 5ийЯ

где Sh-нормализованный спектр излучения источника; М - коэффициент пропускания среды; /ф - чувствительность приемника.

Немаловажное значение имеют предел разрешения и разрешающая способность при использовании светоизлучающих диодов



в двух-, трех- и многоволновых устройствах, так как в ряде случаев из-за максимального сближения спектральных полос происходит взаимное перекрытие спектров.

Предел разрешения - это угловая или линейная величина, характеризующая расстояние между двумя монохроматическими спектральными линиями одинаковой интенсивности.

Для теоретической оценки наиболее часто используют критерий Рэля, согласно которому две спектральные линии одинаковой интенсивности находятся на пределе разрешения, если суммарная интенсивность посередине между линиями составляет приблизительно 80% интенсивности в главных максимумах.

Если спектральные характеристики не имеют точек перегиба, то для оценки предела разрешения используют другой критерий, а именно; две спектральные линии одинаковой интенсивности считаются разрешенными, если они расположены друг от друга на расстоянии бК, равном половине ширины этих линий. В этом случае суммарная интенсивность посередине между ними составит приблизительно 83% интенсивности каждой из спектральных характеристик. Следует отметить, что предел разрешающей способности также зависит от спектральных характеристик фотоприемника.

В общем случае выражение для фототока может быть представлено в виде

1ф = к ехр[-ра(Х)п1]Ф(Я)5(Я)Л«

J [l~pa{%)nL]0{K)S{X)d%,

где pa{X)nL<l; k-контролируемая константа; р - концентрация детектируемого вещества; а(Х)-спектральная зависимость массового коэффициента поглощения; L, п - длина оптического пути при однократном прохождении кюветы и кратность прохол<-дения; Ф(Х)-спектральное распределение излучения излучающего диода; S (Я)-спектральная зависимость чувствительности фотоприемника.

Спектральная чувствительность в данном участке спектра с достаточно высокой точностью может быть аппроксимирована линейной зависимостью вида

S{X)=So + vK,

где v - коэффициент пропорциональности.

Для спектральной зависимости массового коэффициента поглощения а(Х) в настоящее время имеются протабулированные ап-проксимационные соотношения.



Таблица П1. Фотометрические и электрические параметры некоторых типов светоизлучающих диодов

Сила

света

Я та

/„ при /„р

Тип прибора

Исходный материал

Корпус

Цвет свечения, длина

10 мА, мкд

5 ffl «он

о л at

gg Э

волны, им

йч ц Щ

я <и

мии.

макс.

f~. » О w cd

а

>>Ш со

ЗЛ341Б;

GaP:Zn-0

Металло-

Красный,

АЛ341Б

стеклянный

Ятах = 700нМ

ЗЛ341Г;

GaP:N

To же

Зеленый,

АЛ 341Г

Ятм=565нм

ЗЛ314Е;

QaP:N

» >

Желтый,

АЛ314Е

Zn-0

Яэф=580нм

2,0;

АЛ336Б-,

GaAlAs

Полимерный

Красный,

20; 40

50; 150

10; 10

АЛ336К

Ятта = 660им

АЛ336Г;

QaP:N

To же

Зе.леный,

15; 20

25; 50

15; 15

2.8;

АЛ336И

Ятаж=565 нм

АЛ336Е;

GaP:N

Желтый,

10; 15

20; 25

15; 15

2,8;

АЛ336Ж

Zn-0

Яэф=580нм

АЛ307КМ

GaAlAs

Красный,

Хтах = Ш им

АЛ307НМ *

GaP:N

» »

Зеленый,

ЯтиЖ=565 нм

АЛС331А*

Металло-стеклянный

Красный Зеленый

ЗЛС331А

То же

Красный Зеленый

0,25

• При /пр = 20 мА.

Таблица П2

Цвет свечения

Исходный материал

Внешний квантовый выход излучения, %

Сила света Iv при /пр=-=-10 мА, мкд

тип. 1

макс

тип.

макс.

Красный

GaPrZn, 0

Красный

Gao.yAlo.sAs

400.

40, 10

4000

Оранжевый

GaP:N, 0

Желтый

GaP:N, 0

250.

40, 25

Зеленый

1000

GaP:N

0.05

250,

40, 25

2000



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


0.0884