Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.
Оптоэлектронные датчики
Автор: Козлов В.Л.Издательство: Радиофизика
Год издания: 2005
Страницы: 116
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
Скачать:
В. Л. Козлов
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ
Конспект лекций по одноименному спецкурсу для студентов специальности G 31 04 02 «РАДИОФИЗИКА»
МИНСК, БГУ 2005
УДК 621.382.4(075.83) ББК 72р.я73 М54
Р е ц е н з е н т ы : доктор физико-математических наук, профессор кандидат технических наук,
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом Белгосуниверситета
Козлов В. Л.
ХХ_ Оптоэлектронные датчики: Конспект лекций по одноименному спецкурсу
для студ. спец. G 31 04 02 «РАДИОФИЗИКА» - Мн.: Белгосуниверситет, 2005. - 116 с.
Рассмотрены классификация, принципы действия, конструкция, параметры и характеристики оптико-электронных и волоконно-оптических датчиков. Анализируется влияние различных факторов на характеристики датчика. Приводятся принципиальные схемы построения электронных и оптических датчиков с использованием современных микросхем для решения различных промышленных, технологических и медицинских задач.
Данный конспект является дополнением к курсу «Оптоэлектроника» и может быть использован студентами при выполнении учебно- и научно-исследовательских, курсовых, дипломных и магистерских работ. Издание может быть полезно аспирантам физических специальностей вузов, преподавателям и научным работникам.
УДК 621.382.4(075.83) ББК 72р.я73
2
ВВЕДЕНИЕ
Развитие микроэлектроники, лазерной и компьютерной техники создало условия для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности и технологиях, в научных исследованиях, в медицине, в быту. Однако реализация этих условий в значительной степени определяется возможностями устройств для получения информации о регулируемом процессе, исследуемом параметре или явлении. Таки устройства, называются датчиками или «сенсорами» (от англ. sence— ощущать, воспринимать). «Сенсоризация» производственной и научной деятельности, т.е. замена органов чувств человека на датчики, может рассматриваться в качестве третьей промышленной революции вслед за первыми двумя - машинно-энергетической и информационно-компьютерной. Потребность в датчиках стремительно растет в связи с быстрым развитием автоматизированных систем контроля и управления, внедрением новых технологий и переходом к гибким автоматизированным производствам. Для использования в этих системах датчики, помимо высоких метрологических характеристик, должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными и компьютерными устройствами обработки информации, низкой себестоимостью. В наибольшей степени, по сравнению с другими типами датчиков, этим критериям удовлетворяют оптико-электронные датчики, описанию которых посвящена данная книга. Автор по мере возможности попытался отразить современный уровень развития техники построения оптико-электронных датчиков, информация о новейших достижениях которых содержится главным образом в журнальных статьях и материалах конференций. Значительное внимание уделяется волоконнооптическим датчикам, как самостоятельному и быстро прогрессирующему направлению техники измерительных пребразователей. Приводятся классификация, принципы действия, конструкция, параметры, а также схемы построения электронных и оптических датчиков с использованием современных микросхем для решения различных промышленных, технологических и медицинских задач.
3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ Лекция 1
Техника конструирования и применения датчиков, или, как ее можно кратко назвать, «сенсорика», за последние годы развилась в самостоятельную ветвь измерительной техники. С ростом автоматизации к датчикам физических параметров стали предъявляться все более высокие требования. При этом наряду с высокими метрологическими характеристиками особое значение придается следующим показателям: миниатюрность (возможность встраивания), дешевизна (серийное производство), эксплуатационная устойчивость и механическая прочность.
По структурному построению автоматизированные измерительные системы на основе различных типов датчиков напоминают такие биологические системы, как, например, человек. На рис. 1 проведена аналогия между человеком и технической измерительной системой (автоматом) [1] по способам получения сигналов, их обработки и накопления, а также по преобразованию информации, полученной от датчиков. Органам чувств человека соответствуют в автоматах (или роботах) датчики, а функции активных органов выполняются исполнительными устройствами. Аналогом мозга как центрального устройства для обработки сигналов служит процессор ПЭВМ с ее системой памяти.
К датчикам относятся все основные узлы электронной схемы для измерения неэлектрических величин, расположенные непосредственно у контролируемого объекта и подвергающиеся воздействию измеряемых величин. Необходимость преобразования измеряемой неэлектрической величины в адекватный ей электрический сигнал послужила основанием для введения термина «измерительный преобразователь», который часто используется одновременно либо вместо термина «датчик». Типичная структура воспринимающей системы с получением, обработкой и преобразованием сигнала на основе «измерительного преобразователя» или «датчика» представлена на рис. 2. В датчике происходит двойное преобразование: с начала оптический поток Ф преобразуется в температуру Т (первичный процесс); затем нагрев T изменяет сопротивление R (вторичный процесс); изменение сопротивления R преобразуется с помощью измерительного моста в напряжение U, усиливается, линеаризуется, компенсируется и поступает на выход системы в аналоговом или после АЦП в цифровом виде.
