13.3 Основні структурні схеми оптоелектричних перетворювачів

Структурні схеми оптоелектричних перетворювачів можуть бути розділені на три групи:

1) схеми вимірювання інтенсивності випромінювання;

2) схеми вимірювання зсуву фаз і кута повороту площини коливань;

3) схеми вимірювання частоти і довжини хвилі коливань.

В перетворювачах першої групи використовуються три алгоритми:

а) вимірювання потоку Ф_х ;

б) вимірювання співвідношення потоків Ф₁/Ф₂, де Ф₂ – еталонний;

в) вимірювання Ф₁-Ф₂, де Ф₁=Ф_х, Ф₂-еталонний, або Ф₁=Ф₁₀+∆Ф і Ф₂=Ф₂₀+∆Ф.

Фотоелектричні перетворювачі широко використовуються для вимірювання переміщень. Особливою чутливістю вирізняються перетворювачі з растрами. Геометричні структури елементів, які створюють растр, досить різноманітні. Перетворювач з плоскими паралельними растрами показаний на рисунку 13.2,а. між джерелом світла і приймачем розміщені два растра, один з яких нерухомий, а інший переміщується. Висока чутливість до переміщення отримується за рахунок того, що переміщення ∆У в багато разів більше, ніж ∆Х. при накладанні двох паралельних растрів під кутом α отримуємо комбінацію світлих і темних смуг (рисунок 13.2,б).

Рисунок 13.2 – Схема перетворювача з плоскими паралельними растрами

Перетворювачі другої групи.

На рисунку 13.3 приведена схема світлодальноміра, який складається з генератора Г₁ гармонічних коливань, напівпровідникового лазера Г, фотоприймача ФП і фазометра. Випромінювання лазера Г, модульовані по амплітуді розповсюджуються до відбивача встановленого на відстані Д_х від дальноміра. Випромінювання повертається до приймача ФП, час розповсюдження хвилі:

t=2Д_хn/c (13.2)

Рисунок 13.3 – Схема світлодальнеміра

За цей час фаза напруги живлення лазера змінюється на величину: φ_х=ω₀t = ω₀2Д_х n/c; φ_х вимірюється за допомогою фазометра.

Поріг чутливості фазометра 0,1° (що при частоті модуляції f₀ = 10МГц і n≈1 складає Д_хmin = 4мм).

Перетворювачі третьої групи.

На рисунку 13.4 показана структурна схема перетворювача з гетеродинним перетворенням частоти.

Рисунок 13.4 – Схема перетворювача частоти

Перетворювач містить джерело опорного сигналу NOC частоти ν₀, світлодільник СД, фотоприймач ФП, підсилювач У_с і частотомір. На світодільник поступає два пучки світла: пучок, частоту якого ν_х необхідно визначити, і опорний пучок. Ці пучки накладаються і посилаються на фотоприймач. Якщо частота ν_вих=ν_х–ν_о знаходиться в смузі пропускання електронної схеми, то вимірювання цієї частоти частотоміром при відомому ν₀ дозволяє знайти

ν_х = ν_вих + ν_{о .} (13.3)

Контрольні запитання до 13 розділу

1. Що собою являє оптоелектричний перетворювач?

2. Принцип дії та область застосування оптоелектричних перетворювачів.

3. Наведіть приклади джерел випромінювання. Чи може бути джерелом випромінювання об'єкт дослідження?

4. Коротко опишіть фізичні процеси, які відбуваються у теплових та фотоелектричних випромінювачах.

5. Що таке внутрішній та зовнішній фотоефект?

6. Область використання ОЕП.

7. Що таке ефект Доплера? Як він використовується в ОЕП.

8. Наведіть схему ОЕП для вимірювання параметрів вібрації, швидкості переміщення тіл та геометричних розмірів.

9. Яким чином ОЕП використовуються для вимірювання концентрації речовини?

10. Наведіть приклад ОЕП гігрометрів.

11. Наведіть приклад ОЕП тепловізорів.