Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
ф(^), совпадающей с %{х) или обратной ей, функция Ф(0 может
быть приведена к видам:
Ф (*) = Ф; I (х + ;
Ф (t) = Ф*0 X (x—t) ; (3.11)
Ф (*) = Ф; I (x/t) ;
ф (t) = ф; х (х().
При измерении, например, диаметра отверстия прошедший через отверстие поток излучения
Ф^К*Ф0сР, (3.12)
где К* — коэффициент пропорциональности; d — измеряемый диаметр
Если изменять Ф0 по закону Ф0{()=Фo*t2, то предыдущее выражение примет вид
Ф(Ц = К*Ф* (dt)2. (3.13)
Если изменять Фо по закону Фс(0=Фо* — , то получим
t2
Ф (0 = /С*Ф; (d/02. (3.14)
38
Настроив измерительную систему на некоторый постоянный уровень Ф0(0. получим следующую связь между диаметром и временем, за которое контролируемый сигнал достигнет заданного порогового уровня: dt = C\\ djt=C2, где Ci и с2 — некоторые постоянные.
Следовательно, диаметр будет равен соответственно d—ci/t\ d = tc2, т. е. использование управляемого источника излучения (диода) с соответствующим законом изменения потока во времени позволяет использовать фотоприемник и измерительный тракт в пороговом режиме, что существенно повышает точность измерения.
При измерении плотности или массы объекта прошедший через объект поток излучения подчиняется закону Бугера — Ламберта, и если изменять облучающий поток во времени по экспоненциальному закону с постоянной времени т
Фо(0 = Ф^/\ (3.15)
где Фо* = const, то информативный поток
, —--km
Фан Ф(*) = Фое’ , (3.16)
где k — коэффициент, зависящий от длины волны.
Фиксируя время, за которое сигнал фотоприемника достигает установленного значения (порога), получаем
* -km
Фин* (*ср) = Фо е * , (3.17)
где с2 = const — установленный порог. Отсюда m = atcv—b,
где а = —; b = In —— . (3.18)
Ф“0к '
tcp — время срабатывания (от начала экспоненты до момента ее пересечения с порогом).
Таким образом, связь между массой (плотностью) объекта и временем tcp оказывается линейной. Пороговый режим фотоприемника плотностью устраняет влияние нелинейности световой характеристики.
Аналогично можно применить изменение потока по спадающей экспоненте. В этом случае получается следующая зависимость:
m = b—atc р. (3.19)
На рис. 3.2 приведена структурная схема устройства для контроля плотности, основанного на этом способе. Оно имеет те же недостатки, что и описанный выше концентратомер.
Таким образом, одноволновые одноканальные устройства обладают существенным недостатком, связанным с нестабильностью интенсивности излучения СИД, и, следовательно, имеют ограниченную область применения.
39
9ВП
<РП
ПУ
ЗГ
иди Рис. 3 2. Структурная схема уст-11 ройства с функциональной разверткой потока излучения:
ЗГ — задающий генератор; ФБП— функциональный блок питания; И — излучатель (светоизлучающий диод); О — объект; ФП — фотоприемник; ПУ — пороговое устройство; Т — триггер; ИВИ — измеритель временных интервалов
В одноволновых двухканальных устройствах контроля, в отличие от одноканальных, вводится второй эталонный канал или второй опорный СИД, излучающий на той же длине волны, что и основной.
На рис. 3.3 приведена структурная схема одноволнового двухканального фотометра с отрицательной обратной связью по оптическому каналу [33]. Выделим в структурной схеме фотометра два контура. Первый контур (отрицательной обратной связи — ООС) содержит функциональный генератор 1, дифференциальный усилитель 2, сумматор 3, устройство управления интенсивностью излучения 4, СИД 5, оптический разделитель 6, оптический канал 7, включающий рабочую кювету 8 и фотоприемник 10. Второй контур (измерительный) содержит СИД 5, оптический разделитель 6, оптический канал с эталонной кюветой 9, фотореле 11, элемент И 12, генератор 13 счетных импульсов и цифровой регистратор 14.
Рассмотрим работу контура отрицательной обратной связи. Пусть на выходе функционального генератора 1 формируется, например, импульсное линейное нарастающее напряжение
«п (<) = at,
(3.20)
Рис. 3 3. Структурная схема фотометра:
/ — функциональный генератор; 2 — дифференциальный усилитель, 3 — сумматор; 4 — устройство управления; 5 — светоизлучающий диод; 6 — оптический разделитель; 7 — шоветное отделение; 8, 9—рабочая и эталонная кюветы; 10 — фотопрн-емник; // — фотореле; /2— элемент И; 13 — генератор счетных импульсов; 14 — цифровой регистратор
где a = UmaxT — крутизна линейно нарастающего напряжения; Umax — наибольшее напряжение в момент окончания импульса длительностью Г; t — текущее время, в течение которого формируется очередной сигнал генератора 1 (O^ts^T).
Это напряжение поступает на входы дифференциального усилителя 2 и сумматора 3. Пройдя через сумматор 3, сигнал поступит на вход устройства управления интенсивностью излучения 4. Это устройство регулирует световой поток СИД 5, не изменяя спектрального состава светового потока.
40
Линейно нарастающий во время действия импульса ип (/) световой поток Ф0|(/) СИД 5, проходя оптический разделитель 6, делится на два потока. Один поток <Pi(<t) = Ki&o{t), где К\<\ — коэффициент деления оптического разделителя 6 для первого потока, поступает в кюветное отделение 7. Поток /СгФо(0> проходя через рабочую кювету 8 с коэффициентом оптического пропускания Кр, уменьшается до и падает на фотоприемник 10 с ли-
