На головну

Принцип дії оптоелектронних приладів. Властивості приладів і області їх застосування

  1. I. У галузі продуктивності праці
  2. I. Поняття, основні принципи, цілі, завдання та напрями забезпечення безпеки дорожнього руху.
  3. I. Процесуальний документ як акт застосування норм права.
  4. I. Структурні принципи
  5. I. нейманівському для фону ПРИНЦИП АРХІТЕКТУРИ КОМП'ЮТЕРІВ
  6. II. В області будівництва промисловості
  7. II. Заходи, що виконуються при появі небезпеки радіоактивного зараження (після застосування противником ядерної зброї або радіаційної аварії).

Оптоелектронні прилади (ОЕП) це засоби вимірювання з принципово новим видом відлікового пристрою, заснованого на використанні різних оптоелектронних ефектів і забезпечує аналогове сприйняття результату вимірювання людиною.

Принцип дії ОЕП складається в безпосередньому або опосередкованому впливі вимірюваної величини на розміщене уздовж шкали або поєднане з нею спеціальне індикаторне речовина, в якому виникає певний фізико-хімічний ефект, що дозволяє по зміні електрооптичних, магнітооптичних, електротеплооптіческіх, електрохімікооптіческіх або електромеханікоптіческіх характеристик судити про значення вимірюваної величини . Зняття показань роблять по візуальному прояву ефекту. Найчастіше використовують зміна оптичних властивостей речовини (колір, яскравість, прозорість). Про значення вимірюваної величини судять і по зміні геометричного положення оптичного параметра, наприклад, але переміщенню світлового стовпа. Сучасні ОЕП будуються в основному на електрооптичних ефекти з світловипромінювання єлектра і катодолюмінесценція, а також газовий розряд. Перспективні ефекти без світловипромінювання, в яких під дією електричного поля змінюється оптичне стан речовини (коефіцієнти поглинання, відбиття, розсіювання, заломлення або спектральний склад світла). Найбільш цікаві в цій групі ефектів це ефекти в рідких кристалах. В даний час налагоджено промисловий випуск матеріалів і елементів на цих ефектах (світлодіодів, порошкових люмінофорів, хемотронних осередків і т. Д.) З електрофізичними параметрами, що дозволяють створювати на їх основі ОЕП з досить високими метрологічними характеристиками.

На рис. 2.41. показана спрощена структурна схема, яка пояснює принципи роботи оптоелектронного приладу з відліковим пристроєм ОУ, Що складається з шкали Ш, Проградуірованной в одиницях вимірюваної величини X, І оптикоелектричного покажчика У.

.

Мал. 2.41. Спрощена структурна схема ОЕП

При подачі вимірюваної величини X на вхід вимірювального перетворювача П з чутливістю аY?, в останньому формується електричний сигнал Y = aY? X, що забезпечує надійне функціонування впливає пристрої ВЗП. В якості П використовують нормують підсилювачі, перетворювачі імпедансу, ємності, функціональні перетворювачі і т. п. ВЗП виробляють сигнал управління Z того виду, який необхідний для збудження в індикаторному речовині ІВ візуального оптоелектронного ефекту. Найчастіше Z забезпечує створення електричного, магнітного та теплового полів.

У загальному випадку залежність Z від Y нелінійна і може бути представлена ??наступним чином: Z = aZ? Ym, Де m - коефіцієнт, який визначається видом оптоелектронного ефекту (для більшості електрооптичних ефектів m = 1); аz? -чувствітельность ВЗП.

З ріс.2.41. з урахуванням зазначених перетворень отримуємо

 , (2.61)

де аY = 1 /аY?, az = az? - коефіцієнти перетворення.

оптичний параметр ІВ є покажчиком У, По положенню якого щодо шкали Ш визначають показання ХП, Що відповідає значенню вимірюваної величини X.

Залежно від способу переміщення та принципу формування покажчика розрізняють оптоелектронні прилади з аналоговими і дискретно-аналоговим відліковими пристроями. На рис. 2.42. представлені різні типи і форми відліку у сучасних ОЕП.

б)  
а)  

д)
г)
в)

Мал. 2.42. Типи відлікових пристроїв ОЕП

аналогове ОУ (Рис. 2.42, а) має покажчик у вигляді безперервного порушеної (світиться, затемненого і т. П.) Стовпчика, довжина якого 1 визначає значення вимірюваної величини X. Для дискретно-аналогового ОУ характерна наявність покажчика, що складається з набору окремих індикаторних елементів К (Індексів відліку ІВ) У вигляді штрихів, смужок, точок, розташованих уздовж всієї прямолінійною шкали приладу, причому про значення вимірюваної величини судять по положенню щодо шкали одного порушеної ІВ (Рис. 2.42, б) або за кількістю ІВ (Рис. 2.42, в), розташованих лівіше відмітки шкали, відповідної значенням вимірюваної величини. Аналогове сприйняття показань при цьому способі відліку забезпечується конструкцією оптоелектронного лічильного пристрою і електричною схемою управління індексами відліку. Чисто аналогове шкальної пристрій найчастіше представляє собою два суцільних проводять електрода, між якими поміщають индикаторное речовина. У дискретно-аналогового ОУ один електрод виконують суцільним, а інший - з безлічі дискретних провідних елементів, розташованих уздовж шкали відповідно до її поділами. У ОЕП підвищеної точності застосовують порозрядному відлік вимірюваної величини. В цьому випадку ОУ містить кілька паралельних шкал, розташованих один під одним, наприклад Ш1 для відліку десятків, а другий Ш2 - Для відліку одиниць (Рис. 2.42, г).

Модифікація цього способу відліку, яка використовує тільки одну шкалу, але з двома різними за формою або кольором відліковими індексами, наведена на рис. 2.42, д, де верхній індекс у (10) фіксує десятки, а нижній у (1) служить для відліку одиниць. У деяких випадках застосовують комбінований порозрядному відлік, при якому індикація десятків проводиться в цифровій формі, а одиниць в аналоговій або навпаки. Аналогове оптоелектронні відліковий пристрій має невисоку точність, так як для більшості ефектів спостерігається розмивання краю отсчетного стовпа 1, Що призводить до невизначеності відліку. У дискретно-аналогових відлікових пристроях цей недолік усунуто шляхом застосування дискретного покажчика. У ОЕП з таким видом відліку необхідно забезпечити однозначну залежність положення оптичного покажчика (номера індексу відліку До або числа включаються індексів К, см. Рис. 2.42, б, в) від значення вимірюваної величини. На метрологічні і експлуатаційні характеристики ОЕП істотно впливають властивості індикаторного речовини (нелінійність функції перетворення, яскравість або контрастність, споживана потужність, часи спрацьовування і релаксації, стійкість до впливу зовнішніх факторів). При виборі ІВ для серійного виробництва ОЕП слід враховувати також його термін служби і вартість.

Основними параметрами ІВ з найбільш поширеною Електрооптичного характеристикою (Рис. 2.43) є порогове значення ZП впливає значення Z, при якому виникає оптикоелектричного ефект; діапазон наростання ефекту ?Z, т. е. те прирощення Z, яке треба докласти для повного настання ефекту.

Мал. 2.43. Електрооптична характеристика індикаторного речовини (ОП - оптичний параметр)

При проектуванні ОЕП використовують поняття відносного діапазону наростання ефекту ?Z / Z. За значенням цього параметра прийнято розділяти ІВ на речовини, що володіють порогової характеристикою (?Z / ZП <0,8) і без неї (?Z / ZП > 0,8). Більшість електрооптичних ефектів з світловипромінювання, в яких яскравість світіння змінюється в досить широких межах при малих змінах прикладеної напруги, не мають різко вираженою порогової характеристики. Електрооптичнихвластивостям ефектів в рідких кристалах при певних умовах притаманні високі порогові властивості.

Розглянемо умову, за якої наведена на рис. 2.41 структура працює як вимірювальний прилад, т. Е. Забезпечує однозначну залежність між номером отсчетного індексу К і вимірюваноївеличиною X. Для приладу з рівномірною шкалою повинно виконуватися співвідношення Х = СК, де с - постійна приладу. Виходимо з того, що кожне значення вимірюваної величини X має бути зафіксовано на відліковому пристрої за рахунок збудження (включення) з Відповідність йому індексу відліку К, т. Е. Отсчетное значення вимірюваної величини на К-му індексі ХК має дорівнювати Х (ХК = X). Для збудження електрооптичного ефекту саме на цьому індексі, необхідно, щоб значення вихідної величини Zk впливає пристрою у цього індексу дорівнювало граничного значення ефекту ZП на даному індексі. З урахуванням (2.61) шукане умова набуде вигляду:

 , (2.62)

для рівномірної шкали

 . (2.63)

Умова (2.62) реалізується функціональним позиційним перетворенням вимірюваної величини X в вихідний параметр використовується ефекту, наприклад, за рахунок застосування функціональних спеціальних перетворювачів або іншим шляхом Побудова ОЕП більш високого класу точності з розширеними функціональними можливостями засноване на цифрових методах перетворення вимірюваної величини при збереженні оптоелектронного шкального пристрої .

Електровимірювальні прилади з оптоелектронними відліковими пристроями (ОЕП) є перспективними засобами ІІТ в сферах експлуатації і виробництва, так як вимір і індикація показань в них здійснюється новими методами на базі оптоелектронних шкал без використання традиційних електромеханічних вимірювальних механізмів.

Розвиток ОЕП йде за трьома основними напрямками. Перший напрямок включає в себе розробку показують ОЕП невисокого класу точності (1.5, 2.5, 4.0), що відрізняються від електромеханічних приладів, що показують поліпшеним комплексом техніко-економічних показників. Вони володіють високими міцністю і стійкістю до механічних впливів (до 250 м / с2 в діапазоні частот до 2500 Гц), підвищеним швидкодією (0,5 - 0,8 с). У цих приладів відсутні додаткові похибки від впливу нахилу, феромагнітних мас, тертя, зменшені похибки від впливу температури, електричних і магнітних нулів. Простота конструкції, мала кількість механічних деталей (в три, чотири рази менше, ніж у електромеханічних приладів) дозволили підвищити технологічність виготовлення ОЕП і практично автоматизувати процес їх виробництва.

Другий напрямок пов'язаний з проектуванням і випуском ОЕП - аналогів електромеханічних приладів типу АСК. Ці прилади крім функції вимірювання забезпечують регулювання та сигналізацію про вихід вимірюваної величини з зони регулювання. Вони є приладами більш високого класу точності (0,5; 1,0; 1,5), мають аналогову і в ряді випадків цифрову індикації, кодовий вихід, забезпечують позиційне регулювання з похибкою по спрацьовуванню 0,5 1.5%.

Третій напрям ставить за мету створення багатофункціональних оптоелектронних приладів па основі мікропроцесорних засобів, для багатоканальних вимірювань. У сферу їх роботи також входять обробка результатів вимірювань, регулювання за спеціальним законом і т. І. завдання. Точність цих ОЕП по індикатору 0,5 1,5%, по кодовому виходу 0,05 - 0,2%.




Граничне значення похибки цього методу можна визначити з співвідношення | Похибка такого виміру | Аналізатори спектра. Призначення. Елементи. Характеристики | Апаратурно можна отримати поточний спектр сигналу | Структурні схеми аналізаторів спектра | Нормовані параметри і класифікація вимірювальних генераторів | ІГ синусоїдальних сигналів. загальні характеристики | Генератори LC | Генератори RC | Генератори на биття |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати