Тема 3.5. Оптоэлектронные преобразователи.

В настоящее время возрастает преобладание волоконно-оптических датчиков, которые обеспечивают стабиль­ную работу в условиях сильных электромагнитных полей, а также в агрессивных и взрывоопасных средах.

Оптоэлектроника сочетает в себе оптические и электронные методы измерений. На основе оптоэлектронных преобразователей созданы датчики давления, силы, переме­щения, скорости, акустических параметров, напряженности элек­трического и магнитного полей.

Оптоэлектронные системы состоят из излучателей и приёмников излучения.

Излучатели.

Известно, что видимый свет вместе с ультрафиолетовым (УФ) и инфракрасным (ИК) излучением составляет лишь небольшую часть всей полосы частот электромагнитного излучения, называе­мой областью оптических частот. Измерения в области оптических частот называются радиометрией. Радиометрия, использующая видимый свет, называется фотометрией.

Для описания оптических явлений используются три системы величин: энергетическая, световая и квантовая.

В энергетической системе поток измеряется в ваттах, а в свето­вой - в люменах. В квантовой системе свет рассматривается как поток частиц - квантов.

Обычно световой поток состоит из излучений с различными частотами, но при создании оптических преобразователей жела­тельно использовать световой поток, состоящий из излучения одной какой-либо частоты. Такой одночастотный поток называют монохроматическим.

В качестве источников света широко применяются обычные лампы накаливания с вольфрамовой нитью, которые име­ют непрерывный спектр излучения, охватывающий видимую и инфракрасную области. Недостатком ламп накаливания является их малый коэффици­ент полезного действия: только 2 % подводимой к ним электри­ческой мощности преобразуется в видимое излучение.

В настоящее время все более широкое применение получают лазерные источники излучения. Лазеры бывают газовыми, твер­дотельными и полупроводниковыми. Наибольшее распростране­ние получили именно газовые лазеры, характеризующиеся моно­хроматичностью и поляризованностью излучаемого ими когерент­ного света.

Рис. 30. Схема газового СО2-лазера с диффузионным охлаждением: 1 - система электродов; 2 - газоразряд­ная плазма; 3 - глухое зеркало; 4 - раз­рядная трубка, охлаждаемая проточной водой; 5 - полупрозрачное зеркало или зеркало с отверстием.

Устройство лазера, работающего на углекислом газе (СО₂), показано на рис.30.

Газовый СО₂-лазер состоит из охлаждаемой проточной водой разрядной трубки 4, внутри которой с помощью системы элект­родов 1 создается газоразрядная плазма 2. По торцам газоразряд­ной трубки размещаются зеркала резонатора: глухое зеркало 3 и полупрозрачное зеркало (зеркало с отверстием) 5.

В настоящее время наиболее распространенными источниками светового излучения, которые используются для автоматизации в машиностроении, являются светодиоды, принцип действия которых основан на генерировании светового излучения при ре­комбинации электронов и дырок в полупроводниковом материа­ле. Основные материалы, используемые для изготовления таких светодиодов - арсенид и фосфид галлия.

3.5.2. Приемники излучения.

Практически использующиеся для целей автоматизации в машиностроении, можно подразде­лить на две группы: интегральные и селективные.

К интегральнымотносятся приемники излучения, базирующи­еся на преобразовании энергии излучения в температуру незави­симо от длины волны этого излучения.

К селективнымотносятся фотоэлектрические преобразовате­ли, реагирующие на ту или иную определенную длину волны из­лучения.