Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Симметричный чувствительный элемент монтируется на подложке (рис. 30), чтобы обе части датчика при воздействии на них одинаковых внешних факторов вырабатывали идентичные выходные сигналы. В любой момент времени оптический элемент детектора фокусирует тепловое изображение объекта на поверхность только одной части датчика, на которой расположена единственная пара электродов. Очевидно, что при этом заряд возникает только на одной паре электродов, подверженных действию теплового потока. При перемещении теплового изображения объекта от одного электрода к другому ток i, текущий от чувствительного элемента через резистор R (рис. 30б), меняется от нуля до положительного максимума, затем до нуля и до отрицательного максимума и опять до нуля (нижняя часть рис. 30а). Полевой транзистор Q с управляющим р-п-переходом используется в качестве преобразователя импе-
66
данса. Значение резистора R должно быть очень большим. Переменный
ток, вырабатываемый детектором при обнаружении движущегося чело-
12
века, составляет порядка 1 пА (10 A). Если требуется получить на выходе напряжение U = 50 мВ, величина резистора должна быть: R = U/I = 50 ГОм (5-1010 Ом). Такой резистор не может быть напрямую включен в электронную схему, поэтому и необходим транзистор Q,, исполняющий роль повторителя напряжения, коэффициент усиления которого близок к единице, а выходной импеданс составляет несколько кОм.
Помимо чувствительных пироэлектрических элементов в состав ИК детекторов движения входят фокусирующие устройства. Такими устройствами могут быть параболические зеркала и пластиковые линзы Френеля. Популярность последних в настоящее время увеличивается, что связано с их низкой стоимостью, возможностью придания им заданной формы и тем, что помимо фокусировки они выполняют функции окон, защищающих внутренние части детектора от влаги и загрязнений.
На рис. 31 показан детектор движения, реализованный на основе полиэтиленовой многогранной выпуклой линзы Френеля [10] и чувствительного элемента из PVDF пленки. В этом датчике объединены два метода, описанные выше: использование фасетной линзы и составного электрода. Линза и чувствительный элемент имеют одинаковые радиусы кривизны, равные половине фокусного расстояния f. Это необходимо для того, чтобы активный участок сенсорной пленки всегда находился на фокальной плоскости соответствующей грани линзы.
пироэлект-
Рис. 31. Детектор движения, работающий в дальнем ИК диапазоне спектра, состоящий из линзы Френеля и пироэлектрического сенсора из PVDF: внутренняя структура датчика
В состав чувствительного элемента входит пара больших гребенчатых электродов, подсоединенных к положительному и отрицательному входам дифференциального усилителя, расположенного в электронном модуле. Усилитель подавляет синфазные помехи и усиливает напряжение, индуцированное тепловым потоком. На пленку чувствительного элемента со стороны линзы нанесено органическое покрытие, повышающее его поглощающую способность в дальнем ИК спектральном
67
диапазоне. Описываемый детектор обладает хорошей разрешающей способностью (обнаруживает незначительные перемещения объекта на большом расстоянии до него) и очень маленькими размерами. Миниатюрные детекторы широко применяются в устройствах, где габариты играют решающее значение. Например, в выключателях освещения, где детектор должен монтироваться в стенку переключателя. Такие детекторы также часто применяются в охранных системах.
ЛЕКЦИЯ 9 9.1. Болометр
Болометр (от греч. bole - луч и ...метр), прибор для измерений энергии электромагнитного излучения (главным образом инфракрасного), основанный на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента в результате поглощения им энергии измеряемого излучения. Чувствительный элемент, металлический или полупроводниковый, имеет форму ленты, тонкой пленки или пластинки, поверхность которой, подвергающаяся воздействию излучения, зачернена. В зависимости от материала чувствительного слоя различают болометры металлические и полупроводниковые. Металлические болометры - тонкие зачерненные пленки РЬ, Аи, Ni, Bi. Полупроводниковые болометры - пленки оксидов Мп, Со, Ni, а также Ое и Sb [12].
Обычно болометры включают в цепь по мостовой схеме, позволяющей скомпенсировать влияние изменения температуры окружающей среды (рис. 1). Чувствительная площадка BT используется для регистрации потока излучения, а Бv - является компенсационной, не подвергающейся облучению. При изменении внешних условий сопротивления обеих площадок изменяются одинаково, и равновесие моста сохраняется. При поступлении потока Ф на площадку BT равновесие моста нарушается и возникает сигнал рассогласования. Нагрев ДТ болометра обычно слабый, так что изменение сопротивления ДЯ является малым по сравнению с темновым сопротивлением болометра Ro. При таких условиях можно написать ДЯ=а^Я0ДТ, (87)
и напряжение разбаланса моста Уитстона
г
Ub
Ri
Bv
G
Or
Я2
Bt
Рис.32. Измерительная схема (мост Уитстона) для болометров.
Um,, четыре сопротивления которого в состоянии равновесия одинаковы,
