Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Позиционно-чувствительные детекторы



Для точного измерения положений объектов и их перемещений на длинных и коротких расстояниях подходят оптические системы, работающие в ближнем ИК спектральном диапазоне. Примерами таких систем являются позиционно-чувстви­тельные детекторы (ПЧД), часто используемые в устройствах автофокусировки фото- и видео- камер. Модуль определения положения объекта является актив­ным устройством: в его состав входит светоизлучающий диод (СИД) и ПЧД с фо­тодетектором. Принцип действия этого устройства основан на геометрических свойствах треугольников. На рис. 7.35 показано, как можно найти расстояние до объекта. Излучение от СИД, работающего в ближней ИК области спектра, про­ходя через линзу коллиматора, формирует луч с малым углом отклонения (менее 2 °). Луч представляет собой импульс длительностью 0.7 мс. Сталкиваясь с объек­том, лучи отражаются назад на детектор. Полученное излучение (низкой интен­сивности) фокусируется на чувствительной поверхности ПЧД. Выходные сигна­лы ПЧД(токи |IВ и IА) пропорциональны расстоянию х между центром детектора и световым пятном. Интенсивность дошедшего излучения сильно зависит от отра­жательных свойств объекта. Диффузионная отражающая способность в ближнем



(7.10)


Для исключения зависимости выходных токов от фотоэлектрического тока (а, следовательно, и от интенсивности света) найдем отношение токов:



(7.11)


которое можно переписать в виде:



(7.12)


На рис. 7.35 показана геометрическая модель описываемой измерительной сис­темы. Решая задачу с двумя подобными треугольниками, получим выражение:

(7.13)

где f — фокусное расстояние принимающей линзы. Подставляя сюда уравнение (7.12), найдем зависимость между искомым расстоянием и отношением выход­ных токов:


(7.14)

в котором к называется геометрической константой модуля. Очевидно, что эта зависимость является линейной.

На этом же принципе работы реализован промышленный оптический дат­чик перемещений (рис. 7.37), в котором ПЧД используется для измерения неболь-



Рис.7.37. Оптические датчики на основе ПЧД (фирмы Keyence Corp. Of America, Fair Lawn, NJ)

 


ших перемещений на расстоянии нескольких сантиметров. Эти датчики эффек­тивно работают в реальном масштабе времени и применяются при измерениях:

- высоты в таких устройствах, как системы контроля: качества печатных
плат, уровня жидких и твердых сред, и т.д.,

- эксцентриситета вращающегося объекта,

- толщины,

- перемещений,

а также для обнаружения присутствия в рабочей зоне определенных объек­тов. Основным достоинством датчиков на основе ПЧД является то, что их точ­ность может превышать точность самого ПЧД [12].

ПЧД выпускаются двух типов: одно и двухмерные. Эквивалентные схемы ПЧД обоих типов показаны на рис. 7.38. Поскольку в состав эквивалентных схем вхо­дят распределенные емкости и сопротивления, постоянные времени ПЧД зави­сят от положения светового пятна. При подаче на выход ступенчатой функции постоянная времени ПЧД с небольшой чувствительной зоной меняется в диапо-зоне 1...2 мкс. Спектральный диапазон ПЧД составляет 320...1100 нм, следова­тельно, они работают в УФ, видимом и ближнем ИК областях спектра. Чувстви­тельная поверхность небольших одномерных ПЧД лежит в пределах 1x2... 1x12 мм, в то время как больших двухмерных ПЧД ее сторона равна 4...27 мм.


Р - генератор тока D - идеальный диод С\ - емкость перехода Rsh - шунтирующее сопротивление Rp - сопротивление позициониро­вания луча

(смещение)

Рис.7.38.Эквивалентные схемы: А — одно­мерного ПЧД, Б — двухмерного ПЧД. (Перепечатано с разрешения Hamamatsu Photonics К.К., Japan)


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.