Главная Преобразователи механических величин



Основными недостатками фоторезнсторов являются высокая инерционность и сильная зависимость параметров о г температуры. В общем случае практически все фоторезисторы обладают нелинейной люкс-амперной характеристикой, которую упрощенно можно представить в виде [ili5]

где /ф~ фототок; с - постоянная, определяемая свойствами материала; f/- напряжение, приложенное к фоторезистору; Ф - поток излучения, падающий на светочувствительную поверхность фоторезистора; у, а - коэффициенты нелинейности.

Полный ток /ж, протекающий через фоторезистор, /п = /ф + /т.

где /т-темповой ток, протекающий через неосвещенный фоторезистор; /т = = UlRx\ Rt - темновое сопротивление.

Люкс-омическую характеристику принято описывать выражением

где Ro - сопротивление фоторезистора при освещенности Eg.

Инерционность, как отмечалось выше, является одним из недостатков, так как в устройствах с СИД в большинстве случаев используется импульсный режим работы. Инерционность характеризуется постоянными времени нарастания Тн и спада тс фототока При выборе фоторезистора по быстродействию принято считать, что длительность импульса излучения должно в три-четыре раза превышать постоянную времени нарастания, так как за это время фототок достигает своего максимального значения.

Сопротивление нагрузки можно определить по формуле

Фотодиоды, в отличие от фоторезисторов, представляют собой пластину полупроводникового материала, внутри которой имеются области электронной (/1-область) и дырочной (р-область) проводимостей, разделенные р-п переходами. У фотодиодов различают два режима работы фотодиодный и фотогенераторный. При засветке фотодиода в фотодиодном режиме ток неосновных носителей возрастает, причем прирост этого тока значительно превосходит прирост тока основных носителей, т. е. отношение светового тока к темповому у фотодиодов намного превышает то же отношение у фоторезистора. Полный ток через фотодиод при обратном смешении

ф /,(еУ 1),

где /ф - фототок; - обратный ток через р-п переход; U - напряжение на фотодиоде; D - коэффициент; 1ф-5Ф; s - интегральная токовая чувствительность фотодиода.

В фотогенераторном режиме, т. е. без внешнего источника питания, роль р-п перехода сводится в основном к разделению пар носителей заряда (электронов и дырок), возникающих под действием света, в результате которого фотодиод вырабатывает фото-ЭДС. В режиме холостого хода напряжение иа фотогенераторе пропорционально логарифму от светового потока:

и= - In с



Следует отметить, что инерционность фотодиода в режиме фотогенератора намного выше, чем в фотодиодном режиме. Спектральная характеристика фотодиода определяется материалом, на основе которого он изготовлен. Большинство фотодиодов изготовляется из германия и кремния. Спектральная характеристика кремниевых фотодиодов имеет максимум в области 0,8... 0,9 мкм. У германиевых фотодиодов максимум смещен до 1,2 мкм

Фототранзисторы обладают свойством усиления фототока Конструктивно фототранзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя чередующимися областями электронной и дырочной проводимостей, снабженными выводами для включения в схему, причем базовая область доступна для воздействия на нее светом.

При необходимости фотоприемнлки с высокой инерционностью можно использовать для регистрации импульсов излучения малой длительности Для этого в качестве нагрузки включается катушка индуктивности [16]

Глава 2

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ

i\)W СИД



ZLKB

2.1. УСТРОЙСТВА ИНДИКАЦИИ, ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

Появление СИД позволило создать малогабаритные бесконтактные устройства переключения и защиты от перегрузок и короткого замыкания. Во время контроля технологических процессов иногда возникает не-обходимость бесконтактного дистанционного переключения (например, во взрывоопасных средах). Для этого можно применять дистанционные выключатели на основе СИД - фотоприемник с открытым оптическим каналом.

На рис. 2.1 приведены структурные схемы дистанционных выключателей, которые состоят из излучателя (СИД), фотоприемника (рис. 2.1,а,б) и световодов

(рис. 2.1,0,2).


Рис. 2 1 Оптические схемы дистанционных выключателей

световод

КО \



Принцип действия этих устройств основан на том, что контролируемый объект КО (узел или шторка) прерывает световой поток или, попадая между излучателем и фотоприемником, отражает световой поток, который далее падает иа фотоприемник и преобразуется в фотоэлектрический сигнал. Применение переключателей со световодами целесообразно в тех случаях, когда по условию технологических процессов излучатели и фотоприемники невозможно располагать непосредственно у контролируемого объекта, например при высоких температурах, в агрессивных средах и взрывоопасных помещениях [17].

Если между СИД и фотоприемником разместить управляемый оптический канал (УОК), изготовленный из призмы, то это устройство можно использовать в качестве бесконтактного переключателя [18].

Установлено, что луч отражается не в месте падения, а проходит некоторое расстояние в оптически менее плотной среде и выходит на некотором расстоянии От места падения под углом, равным углу отражения [19]. Тогда смещение луча

В = 0,5п..,. =2 , (2.1)

где /11, /12 - показатели преломления материала УОК и внешней среды соответственно; 6 - угол падения луча света на поверхность УОК; -длина волны в среде. При этом открывается возможность влияния на световой поток, распространяющийся в УОК, путем воздействия на поверхностную волну, существующую за его границей [19]. Такой принцип управления световым потоком дает значительные преимущества по сравнению с емкостными и резисливными сенсорными переключателями.

На рис. 2.2 приведена схема бесконтактного переключателя [18], который содержит корпус 1 из светонепроницаемого материала, СИД 2, фототранзистор 5, призму 4 из оптически прозрачного материала, электропроводящее зеркальное покрытие 5, электрически связанное с дополнительным контактом 6, генератор 7, формирователь 8.

-0 +



Рис. 2.2. Конструкция (a) и схема (б) оптоэлектронного сенсорного переключателя



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


0.0108