Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
где N—целое число; А— длина волны источника света. При использовании СИД с длиной волны 0,94 мкм, измерительной решетки с шагом 200 мкм, индикаторной решетки с шагом 100 мкм величина зазора составляет 20 мм.
Я= A (h + v)
32
Глава 3
устройства контроля И ИЗМЕРЕНИЯ
НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ
3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ и ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ
НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ
Такие преимущества СИД, как быстродействие, значительная монохроматичность спектральных характеристик, малые габариты, высокая надежность, 100%-ная модуляция светового потока посредством тока, протекающего через СИД, и другие, позволяют разрабатывать различные устройства для контроля и измерения параметров широкого класса веществ и материалов.
Оптоэлектронные устройства можно классифицировать по следующим основным признакам, лежащим в основе принципа построения этих устройств: виду измеряемой физической величины; числу используемых участков спектра или СИД с различными длинами волн спектральных характеристик; числу используемых кювет или СИД, излучающих на одной длине волны (каналы); способу преобразования измеряемого параметра в фотоэлектрический сигнал; способу обработки фотоэлектрического сигнала.
По виду измеряемой физической величины оптоэлектронные измерительные устройства (ОИУ) подразделяются на фотометры и анализаторы состава веществ и материалов
По числу используемых участков спектра ОИУ подразделяются на одноволновые, двухволновые и многоволновые, а по числу каналов (числу используемых кювег или СИД, излучающих на одной длине волны) — на одноканальные, двухканальные и многоканальные устройства.
Понятия «волна» и «канал» очень важны для структурного анализа, поэтому для различения этих понятий введем обозначения: В — волна, К — канал, М—многоканальный, многоволновый, а цифрами перед буквами обозначим число длин волн и каналов. Например: 2В1К—двухволновая одноканальная структурная схема.
В табл. 3.1 приведены основные (базовые) структурные схемы устройств на СИД согласно приведенной классификации. Математические модели этих схем составлены согласно основному закону фотометрии ¦— закону Бугера — Бера, где ИП — источник питания СИД; СИД—светоизлучающий диод; ФП — фотоприемник; БОФС •—¦ блок обработки фотоэлектрического сигнала; РП — регистрирующий прибор; Ф01 и Ф02 ¦—потоки излучения на опорной и измерительной длинах волн, излучаемых СИД, 1\, /2—-токи светоизлучающих диодов; Ф] и Ф2 — потоки, прошедшие через контролируемый объект (КО) и эталонный объект (ЭО); К\, Къ, КЛ и Ki — коэффициенты; Ш\ — неинформативный параметр контро-
2—53 33
Таблица 3.1
ние Структурная схема Математическая модель
1В1К
Ф1 = Фое-Кт2; Фо1 = Д’о.д/о; u = S е-кт2а
1В2К
СИД,
ип
СИД2-
h
ко
609С
30
РП
Ф1=Кс.Д1/1е--к1тг, <Pi=Kс.д/i;
Ф<
Ф^=Кс.я2.Ье к2т2] U = S —— -
2В2К
Световод
Ф1\=Кс.щ11 е kioti; /Сс.д1/1 = Фо1; Ф2=.Кс.д2^2 e~KiOTie_K2m2; /г^(с.д2=Фо2; u=S ек2т2
2В2К
ф1 = ф01 e~Kimi; Фг=Фо2 e-Kimie_H2m2; Ф71 — Ф7(м e-Kimi;
ф/2(=ф/02 е-К,т'1е-Н2т'2
МВ1К
Я/7
СИД3
боте
РП
РП
Ф1 = /(о.д1/1 /Сс.д1/1 = Фо1;
Ф2=Яс.„2/2 е-*2»2; ^С.„2/2=Ф02; Фз = -Кс.дз/з е~кзтз; Кс.д3^з = Фоз
лируемого объекта (масса, плотность и т. п.); т2 — значение контролируемого параметра.
При составлении математических моделей считаем, что зависимость интенсивности излучения от тока имеет линейный характер, что справедливо для большинства типов СИД.
34
По способу преобразования измеряемого или контролируемого параметра в фотоэлектрический сигнал различают устройства непосредственной оценки и устройства с функциональной разверткой потока излучения СИД по закону, обратному или совпадающему с законом поглощения [31].
По способу обработки фотоэлектрического сигнала различают: схемы непосредственной оценки, дифференциальные, автоматические равновесные с компенсацией измерительного и опорного каналов; логометрические с частотным выходом и время-импульсные схемы.
Принцип преобразования контролируемого параметра в фотоэлектрический сигнал основан на следующем. Контролируемый объект облучают потоком излучения (для одноволновых, одноканальных структурных схем) или двумя потоками на разных дли-
Таблица 3.2
Оптическая схема I Область применения
Прозрачные в диапазоне 0,75...2,5 мкм материалы: хлопок, шерсть, бумага, ткани, нить, лента, воздушная среда, жидкости, бензин
ИИ \ / Сыпучие и волокнистые материалы, отражаю-
щие ИК-излучение в диапазоне 0,75...2,5 мкм: ксилит, минеральные удобрения, сахар, хло-КО пок, ткани и др.
Жидкости, сыпучие и волокнистые материалы, нефть и нефтепродукты, хлопок и др.
Бурты хлопка, зерно, сыпучие материалы, окружающая среда, хлопковые семена, хранилища различных продуктов и др.
Примечание. ИИ — источник излучения; КО — контролируемый объект.
2*
.35
нах волн, одна из которых лежит на полосе поглощения контролируемым параметром, другая — вне полосы, принимают долю интенсивности излучения, прошедшего или отраженного от поверхности объекта, преобразуют в электрический сигнал, пропорциональный значению контролируемого параметра. В табл. 3.2 приведены различные оптические схемы преобразователей и области их применения.
