Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
Реализовать одноволновые устройства контроля можно также, используя эффект нарушения полного внутреннего отражения с помощью линз, призм и световодов. В этом случае контролируемый объект контактируется с линзой или призмой.
Одной из областей применения преобразователей на основе световодных структур является использование их для определения вида жидкостей в резервуарах по их показателю преломления [35]. Работа индикаторов вида жидкости, приведенного на рис. 3.4, основана на различии показателей преломления контролируемых жидкостей (например, для воды «2 = 1,33, керосина п2=1,41), приводящих к изменению пропускания оптического канала [36].
На измерении показателя преломления основан также оптоэлектронный рефрактометр (рис. 3.5) [37—39]. Рефрактометр предназначен для контроля содержания хлористого натрия в рассолах хлорных производств. Измерения показателя преломления в пределах 1,364 ...1,369 показали достаточную стабильность рабо-
Рис. 3.5. Структурная схема оптоэлектронного рефрактометра:
1, 8 — модуляторы; 2, 9 — преобразователи напряжения в ток; в— призма; 4— преобразователь тока в напряжение; 5 — усилитель; 6 — синхронный детектор; 7 — фильтр; 10 — зеркало; 11 — светоделительная пластина; Uc — стабильное напряжение
43
Измерительная
зеркало
г)
Рис. 3.6. Оптические схемы гигрометров с использованием полусферической линзы (а), световодов (б), отражающих поверхностей (в), зеркала (г), цилиндрической камеры ((3) и двух фотоприемников для компенсации (е)
ты устройства. Основная погрешность измерения составила ±0,5-10~4 с доверительной вероятностью 0,95.
Светоизлучающие диоды с успехом применяются в гигрометрах [40—43]. Здесь они используются в основном в качестве индикатора момента выпадания росы. На рис. 3.6 приведены оптические схемы гигрометров. Рассмотрим одну из схем гигрометра точки росы [44].
Датчик гигрометра (рис. 3.7) содержит измерительное зеркало 3, которое охлаждается термоэлектрическим модулем, и примыкающее к нему сухое зеркало 4 для компенсации влияния загрязнений. Температура сухого зеркала поддерживается выше температуры измерительного. На мокрое и сухое зеркала в противо-фазе подается излучение от СИД 1 я 2, установленных над мокрым и сухим зеркалами соответственно. Отраженные от сухого и влажного зеркал сдвинутые во времени потоки принимаются фототранзистором 5 и преобразуются в фотоэлектрический сигнал.
В измерительном устройстве эти потоки разделяются и обрабатываются. Сигнал разности управляет работой термоэлектрического модуля. Настройка нуля выполняется при отсутствии росы уравновешиванием потоков обоих каналов путем изменения тока СИД. Температуру точки росы измеряет встроенный в датчик терморезистор.
Рис. 3 7 Индикатор датчика гигрометра:
1, 2— светоизлучающие диоды; 3 ~ измерительное (мокрое) зеркало; 4 — компенсационное (сухое) зеркало; 5 — фототранзи-
44
3.3. МНОГОВОЛНОВЫЕ МНОГОКАНАЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ
Многоволновые устройства предназначены для определения содержания одного вещества в другом и основаны на том, что контролируемый объект облучается двумя и более потоками излучения, один из которых лежит на полосе поглощения контролируемым параметром (измерительный), другой — вне полосы поглощения (опорный). Эти устройства применяются для определения влажности, загазованности, концентрации жидкостей и газов и т. п.
Наиболее широкое применение СИД нашли во влагометрии, так как вода обладает рядом спектральных полос поглощения и на эти полосы разработаны и выпускаются высокоэффективные СИД [8].
Как и в одноволновых устройствах, преобразование влажности или какой-либо компоненты среды в фотоэлектрический сигнал можно производить, используя импульсный режим питания СИД или функциональный режим питания [47]. При импульсном режиме питания процесс преобразования контролируемого параметра сводится к следующему. Контролируемый объект облучается как минимум двумя потоками излучения на опорной и измерительной длинах волн. Прошедшие через объект потоки:
Фг = Фо1 e-Kimt .
Ф2 = Ф02 е-к2т2)
где Фоь Ф02 — начальные значения потоков; Ки Кч — коэффициенты передачи опорного и измерительного каналов; mi, т2 —• массы вещества и контролируемой компоненты соответственно.
Следует отметить, что коэффициент К\ в выражениях в некоторой степени зависит от длины волны. Для простоты изложения считаем эти коэффициенты равными.
Потоки преобразуются фотоприемником в электрический сигнал, и если применяется временное разделение потоков опорного и измерительного СИД, а один фотоприемник имеет спектральную характеристику, чувствительную к обоим потокам, то получим:
иг = S<2>01 .
щ = S<?>02 е-К^сс Q-KzmtO'
где S — чувствительность фотоприемника; а — показатель нелинейности фотоприемника.
Чтобы получить значение контролируемого параметра, необходимо реализовать операцию отношения сигналов от потоков опорного и измерительного каналов и, предварительно выравнив начальные значения потоков, получим из=АеКгтга. Таким образом, в Двухволновых устройствах с импульсным режимом питания СИД На результат измерения влияют нелинейности световых характеристик фотоприемника и контролируемого объекта, а также не
