Главная Преобразователи механических величин



Рис 2 6. Схема оптоэлектронного мультивибратора

Рис. 2 7. Схема оптоэлектронного множительно-делительного устройства

нику питания транзистор УТх закрыт, так как темновое сопротивление фоторезистора ФР велико, а транзистор УТг открыт. Через СИД, включенный в эмиттерную цепь транзистора VTi, протекает ток, вызывающий свечение СИД. Последний оптически связан с фоторезистором и поэтому сопротивление фоторезистора снижается с некоторой постоянной времени, зависящей от инерционных свойств фоторезистора и уровня излучения до тех пор, пока ток, протекающий через фоторезистор, не будет достаточен для отпирания транзистора УТь Так как напряжение на коллекторе открытого транзистора VTi невелико, то для отпирания VTi необходимо значительное уменьшение сопротивления фоторезистора. Это приводит к снижению нижней границы частотного диапазона.

При открывании транзистора V7i отрицательное напряжение на его коллекторе уменьшается, и при некотором его значении начинается процесс запирания транзистора VT-i. В этот момент (в момент вывода рабочих точек транзисторов на активный участок характеристик) вступает в действие гальваническая обратная связь через фоторезистор, которая приводит к быстрому переключению схемы. Транзистор УТг полностью запирается, а УТ\ отпирается до насыщения.

При включении СИД сопротивление фоторезистора возрастает до момента, пока ток смещения, задаваемый фоторезистором, не окажется недостаточным для насыщения транзистора Тран-

зистор VTi запирается, а УТг отпирается, затем цикл повторяется.

Следует отметить, что частота генерируемых импульсов зависит от температуры фоторезистора (особенно в области относительно малых частот).

Большие возможности для построения различных нелинейных преобразователей и их моделей дает использование пары СИД - фотоприемник [26].

Схема такого устройства приведена на рис. 2.7 [27]. В ее состав входят: светоизлучающий диод СИДь выходной фоторезистор ФР, 24



источник постоянного смещения 1, преобразователь 2 напряжения в ток, фотодиод ФД, дополнительный источник постоянного смещения 5, дополнительный преобразователь 4 напряжения в ток, дополнительный светоизлучающий диод СИД и источник питания 5.

Светоизлучающий диод СИД, электрически соединенный с преобразователем 4 напряжения в ток, и фотодиод ФД являются первой оптопарой; СИДи соединенный с преобразователем 2 напряжения в ток, и фоторезистор ФР являются второй оптопарой. Оба СИД подключены к источникам постоянного смещения (Го и /"о) и источникам питания 6 я 7. Фотодиод и фоторезистор включены последовательно и подсоединены к источнику питания 5 (Un).

Работа устройства основана на линейной зависимости тока фотодиода от падающего потока света независимо от напряжения питания. Ток фотодиода

фд = Ai/j,

где Kl - коэффициент передачи первой оптопары.

Проводимость фоторезистора определяется падающим световым потоком и может быть записана как

Офр == /Сг 2

где К2 - коэффициент передачи второй оптопары. Выходное напряжение

Ивых = •фД «ФР - -р- - ТГу- - Л - .

Офр А2/2 г

где К - коэффициент передачи устройства.

Как видно из последнего выражения, выходной сигнал пропорционален частному от деления токов /1 и h. Следовательно, если преобразователи напряжения в ток 2 я 4 преобразовывают входные напряжения щ и U2 в пропорциональные им токи Ii и I2, то устройство выполняет функции- делителя. Если преобразователь напряжения в ток 2 (вырабатывает ток, по величине обратно пропорциональный напряжению ыг, то устройство является умножителем.

Выходной сигнал, пропорциональный частному или произведению входных величин, снимается с фоторезистора.

2.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Применение СИД в преобразователях механических величин значительно повышает надежность, быстродействие и обеспечивает высокие чувствительность и помехозащищенность.

На основе СИД можно создать малогабаритные измерители частоты вращения, датчики давления, уровнемеры и преобразователи линейных и угловых перемещений.

На рис. 2.8 приведена схема устройства для измерения частоты вращения вала. Работа устройства основана на стробоскопическом эффекте. Светоизлучающий диод СИД питается от генератора импульсов 1 с регулируемой частотой. Частота генерато-




Рнс 2.8. Стробоскопический измеритель частоты вращения;

/ - генератор с регулируемой ча-.стотой; 2 - движок; 3 - зеркальный •этражатель; 4 - контролируемый

объект

ра изменяется поворотом движка 2, который связан с указателем (стрелкой). Шкала устройства градуирована в оборотах в минуту.

В качестве излучателя в этом устройстве могут использоваться СИД, излучающие в видимой области спектра. Для увеличения интенсивности излучения можно использовать комбинацию из нескольких последовательно включенных СИД. Непрерывный бесконтактный контроль частоты вращения различных электрических машин можно осуществлять, если в вал машины встроить СИД и электрически связать его с несколькими витками катушки, намотанных на якорь машины. При вращении якоря через СИД протекает пульсирующий ток, частота которого .зависит от частоты вращения ротора машины. Этот ток вызывает пульсирующий поток, который принимается фотоприемником и преобразуется в пульсирующий электрический сигнал. Измерив частоту сигнала, можно определить частоту вращения ротора машины.

Применение принципа нарушения полного внутреннего отражения позволяет создавать простые и надежные в эксплуатации датчики давления [И, 28]. Конструкция такого датчика приведена на рис. 2.9. Чувствительный элемент датчика представляет собой стеклянную призму и прикрепленную к гипотенузной грани призмы стеклянную мембрану, разделенные кольцевой прокладкой толщиной около 1 мкм.

Принцип действия датчика заключается в следующем. Если зазор между стеклянной мембраной 6 и верхней гранью призмы 7 примерно равен длине волны используемого излучения, то весь свет от СИД, проходя по световодам /, испытывает полное внутреннее отражение на верхней грани призмы и попадает на фото-


Рис 2 9. Конструкция датчика давления:

/ - световоды; 2 - корпус; 3 -капсула: 4 - прокладка; 5-разделитель; мембрана; 7-призма

Рис. 2 10. Зависимость отражспного светового потока от давления

ош ед 1,0


О 0,1 0,4 0,6 Р.кгс/смг



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


0.0124