Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
45
Таблица 3.3
Структурная схема
Основные узлы
1— блок питания; 2— коммутатор; 3— источник света; 4 — контролируемая среда; 5 — световоды; 6 — фотоприемник; 7 — усилитель; 8 — синхронный детектор; 9 — регистрирую-
И
1 — СИД; 2 — контролируемая среда; 3—фотоприемник; 4 — терморезистор; 5 — блок модуляции
1 — измерительный блок; 2 — коммутатор; 3 генератор; 4 — линза; 5 — усилитель; 6 — но вета
1,2 — генераторы; 3, 4 — СИД; 5 — световоды; 6¦—концентратор; 7—материал; 8— фотоприемник; 9 — усилитель; 10, 11 — синхронные детекторы; 12 — блок обработки; 13 — регистрирующее устройство
1 — блок импульсного питания; 2,3 — усилители; 4,5 — СИД; 6 —• световод; 7 — контролируемый объект; 8 — фотоприемник; 9 — усилитель; 10 — источник опорного напряжения; 11—14 — ключи; 15—18 — элементы памяти; 19 — пороговый элемент; 20 — регистрирующее устройство; 21, 22 — блоки сравнения
46
Окончание табл. 3.3
Структурная схема
Основные узлы
I — блок импульсного питания; 2, 3 — СИД; 4 —• световоды; 5 — контролируемый объект;
6, 7 — фотоприемники; 8, 9 — усилители; 10,
II — схемы селекции; 12, 13 — блоки сравнения; 14 — опорный сигнал; 15 — регистрирующее устройство; 16 — блок сравнения
исключены инструментальные погрешности, которые обусловлены устройствами получения отношения.
В табл. 3.3 приведены структурные схемы двухволновых устройств. Эти устройства можно использовать для контроля влажности жидких, твердых и газообразных веществ, а также определения содержания одного вещества в другом.
При импульсном режиме питания довольно просто можно реализовать отношение потоков, если использовать переходные процессы в фотоприемниках, спад фотопроводимости в которых с достаточной точностью описывается экспонентой [47]. Действительно, если на светочувствительную поверхность фотоприемника падают потоки Ф\ и Ф2, то величина фотопроводимости будет пропорциональна этим потокам:
и1 max ^01с >
Cln ^ Ь Ф/ЧО в 0~—К.2т2
KJ2max ^02 с с »
где Gimax, G2тах — проводимости фотоприемника, соответствующие установившемуся режиму; а, b — коэффициенты преобразования фотоприемника для опорного и измерительного потоков (если применяется один фотоприемник, то а = Ъ).
После прекращения каждого импульса излучения фотопроводимость спадает во времени по экспоненциальному закону, и если из спадающего участка проводимости сформировать прямоугольные импульсы, начало которых совпадает с началом спада, а конец соответствует моменту достижения фотопроводимостью установленного порогового уровня, то можно записать:
Gx ih) = Gx твя e-/l/Tcn = а Ф01 е~к'т> e~ijx™ = Gnop ; G2 (tz) = G2maxe-h/xси =
= b Ф „ e ~K 'mi е-к°т> е_^/Тсп = п
и 02с с ипоР>
47
Таблица 3.4
мэ
4
КО
КР
-0 ЕЬ
ИРвИ
48
Окончание табл. 3.4
Структурная схема устройства
Временные диаграммы
где ti и t2 — временные интервалы от начала спада до достижения проводимостью установленного порогового уровня Gnop.
Приравнивая начальные значения потоков аФ01 = ЬФ02 (что нетрудно обеспечить, изменяя токи СИД), получаем m2 = c(ti—12), где с — 1//С2ТСП = const.
Для схемной реализации этого метода необходимо выбрать нагрузочное сопротивление фотоприемника так, чтобы обеспечи-
3-53 49
валось неравенство G»^>Gmax, где GH — проводимость нагрузочного резистора.
В табл. 3.4 (поз. 1) приведены структурная схема устройства, построенного на этом методе, и временные диаграммы, поясняющие принцип действия этого устройства.
Следует отметить, что в устройствах с импульсным режимом питания не используются в достаточной мере основные преимущества СИД — быстродействие и линейная зависимость потока излучения от величины тока, протекающего через него. Максимальное использование основных свойств СИД обеспечивается при функциональной развертке потока излучения (функциональный режим питания). В этом случае обеспечиваются упрощение устройства, повышение точности и интенсификация выполняемых математических преобразований.
Функциональную развертку в двухволновых устройствах можно осуществить с непрерывной или дискретной экспоненциальной разверткой. В свою очередь дискретная экспоненциальная развертка может быть опорного потока или измерительного потока излучения.
При функциональной развертке опорного потока излучения по экспоненциальному закону, т. е. Ф01 — Ф*01е~* т® , получим:
Ф1 = Фо1 е—<l/T3 е—^,m';
ф2= ф'02 е~к*т‘.
Приравняв эти потоки с установленным пороговым уровнем, получим
т2 = — (ti) = ctlt К2 тэ
т. е. значение контролируемого параметра пропорционально временному интервалу от начала опорного потока до момента пересечения с измерительным потоком.
Если изменять во времени опорный и измерительный потоки по экспоненциальному закону, то значение контролируемого параметра будет пропорционально разности временных интервалов от начала опорного и измерительного потоков до момента пересечения их с установленным пороговым уровнем:
= ф'01 e~tl,x* <TKim> ;
Ф2= Ф02 е—,,/Тэ е-*1'"1 e~K‘m\
Приравняв начальные значения потоков, при достижении потоками установленного порогового уровня получим щ = —
К2т;э
