Лабораторные работы по электротехнике Сопротивление в цепи синусоидального тока Работа трансформатора под нагрузкой Асинхронные двигатели Электромагнитные преобразователи Оптикоэлектронные преобразователи


Оптикоэлектронные преобразователи

Применение оптических методов измерения физических величин как параметров технологических процессов исключает влияние средств измерений на технологический процесс, повышает точность измерений.

Изменение интенсивности поглощения света в зависимости от толщины слоя, а также селективность поглощения лежат в основе действия целого ряда оптических преобразователей, предназначенных для определения толщины, уровня, концентрации, структуры и химического состава веществ.

Оптический преобразователь включает в себя: источник излучения; оптический канал; приемник излучения.

Источник излучения

Требования:

- высокая эффективность преобразования энергии возбуждения в энергию оптического излучения;

- узкая полоса излучения;

- направленность излучения;

- быстродействие, т.е. быстрое возникновение и гашение потока;

- высокая технологичность;

- низкая стоимость;

- совместимость с микросхемами;

- устойчивость к жестким механическим, температурным, радиационным воздействиям;

- долговечность;

- надежность;

- миниатюрность;

- когерентность генерируемого излучения.

Когерентность – это согласованность между фазами колебаний в различных точках пространства в один и тот же момент времени – пространственная, а в различные моменты времени – временная.

Излучатели: лампы накаливания – физический эффект свечения нагретого тела – спектр излучения инфракрасный.

Газоразрядные источники дугового, тлеющего и импульсного разряда – потребляют большую мощность при относительно высоких напряжениях, имеют большие размеры, плохо поддаются минютиризации, обладают невысокой стабильностью. Их быстродействие достигает 103-104 Гц.

Наибольшее распространение получили светодиоды с красным, зеленым и желтым цветом свечения.

Их достоинства: высокий КПД; низкие токи и напряжения питания, малые размеры, относительно высокая частота переключений.

Основные недостатки – зависимость их параметров от температуры и продолжительность эксплуатации.

Лазеры – источники когерентных монохроматических излучений, позволяют получить чрезвычайно интенсивные остронаправленные пучки света. Различают твердотельные, газовые, полупроводниковые.

Однако большие размеры источников питания и излучательных трубок газовых лазеров ограничивает их применение.

У полупроводниковых лазеров высокий КПД, проста модуляция оптического излучения.

Приемники излучения. Преобразуют энергию излучения в электрический и оптический сигналы. Действуют по принципу фотоэффекта. Это фоторезисторы, фотодиоды, фототиристоры, фототранзисторы.

Сопротивление фоторезисторов изменяется под действием светового излучения, они обладают высоким быстродействием, чувствительностью. Основной недостаток – низкие рабочие частоты (103-105 Гц), высокая температурная нестабильность, влияние влажности.

Фотодиоды – аналог обычного диода. Отличие состоит в том, что его p-n – переход одной стороной обращен к стеклянному окну, через которое поступает свет и защищен с другой стороны. Может работать в двух режимах: фотодиодным (фотопреобразовательным) и вентильном (фотогенераторном). Их недостаток – существенная зависимость параметров от температуры. Бывают германиевые и кремневые.

Фототранзисторы – комбинация фотодиода и транзистора. Это позволяет одновременно с преобразованием световой энергии в электрическую осуществить усиление фототока. Два типа p-n-р и n-р-n.

На вход фототранзисторов можно подавать оптический и электрический сигналы. Характеристики фототранзисторов аналогичных характеристикам обычных транзисторов. Их темповой ток значительно больше, чем у фотодиодов, но и интегральная чувствительность выше.

Основной недостаток – значительно меньшая граничная частота по сравнению с фотодиодами. Для них характерны высокий уровень шума и сильная температурная зависимость темпового тока.

В последнее время стали часто использовать специфические оптоэлектронные полупроводниковые приборы – оптроны, объединяющие в одном корпусе источник излучения и фотоприемник, связанные между собой оптически, электрически или обеими связями одновременно.

В зависимости от типа и схемы включения оптроны обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей, коммутацию цепей с частотой до 107 Гц могут работать в ключевом и налоговом режимах. Темповое сопротивление может достигать 1010 Ом, а в освещенном состоянии снижаться до сотен Ом.

Многие физические величины, преобразованные в линейное или угловое перемещение, можно перевести в электрический сигнал с помощью фотоэлектрических преобразователей.

Наиболее просто можно получить изменение светового потока Ф, а следовательно, и фототока, изменяя расстояние от источника излучателя до фотоприемника.

Использование фотоэлектрических преобразователей позволяет получить информацию о контролируемом параметре в виде параллельного цифрового кода – кодирующие измерительные преобразователи. С их помощью можно измерять линейное или угловое перемещение, вращающий момент, частоту вращения, предварительно преобразованные в перемещение.

Принцип их действия заключается в том, что для углового измерения перемещения используют кодирующий диск, устанавливаемый на оси подвижной части первичного преобразователя. При линейном перемещении используют кодирующую линейку.

Если диск (линейка) изготовлены из непрозрачного металла, то в нем в определенном порядке вырезают отверстия. Число рядов отверстий соответствует разрядности кода, его выбирают исходя из требуемой точности измерений.

Если используют прозрачный материал, то на нем формируют прозрачные и непрозрачные участки. Напротив каждого из рядов отверстий диска устанавливают с одной стороны источник излучения, с другой фотоприемник. Каждая пара (излучатель – фотодиод) выдает информацию о состоянии соответствующего разряда цифрового кода. Обычно применяют двоичный код.

Пьезоэлектрические преобразователи Принцип действия таких датчиков основан на использовании прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта.

Основы теории горения и гашения электрической дуги Коммутация контактных силовых аппаратов может сопровождаться возникновением электрической дуги.

Область дугового столба Энергия, приобретенная заряженными частицами в электрическом поле дугового столба, столь мала, что практически ионизация толчком не происходит.


Разъединители, отделители и короткозамыкатели