Оптический датчик фирмы « FESTO»
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Севастопольский национальный технический университет
Кафедра АТПП
Отчёт по лабораторной работе №2
по дисциплине: «Сенсорные и электронные элементы мехатронных систем»
«Исследование оптического датчика»
Выполнил: ст.гр. АКТ-42д
Шмидман А.А.
Проверил: Сопин Ю. К.
Севастополь
2011
Цель работы: изучение принципа действия оптоэлектронных преобразователей, исследование их характеристик и способов применения в системах автоматизации.
Краткие теоретические сведения:
Оптический датчик (ОД) включает излучатель и приемник светового потока, объединенные оптическим каналомсвязи. Для создания светового излучения используются, светодиоды, а для приема − фотодиоды, фототранзисторы фоторезисторы. Светодиоды− полупроводниковые диоды, излучающие пучки света при прохождении электрического тока в проводящем направлении. В зависимости от состава полупроводникового материала, создается световой поток различной длины волны 
. Стабилизация прямого тока светодиода и предотвращение лавинообразного пробоя 
перехода осуществляется при помощи последовательного резистора 
. Фотодиоды – полупроводниковые диоды, принцип действия которых основан на фотоэлектрическом эффекте в полупроводнике (монокристаллическом кремнии или германии), имеющем обедненный носителями заряда слой. При облучении перехода диода световым потоком фотоны (кванты оптического излучения), проникающие в кристалл, поглощаются, а в обедненном слое создаются пары носителей электрического заряда (дырок или электронов), которые, разделяясь, формируют электрический фототок.
|
|
|
В параметрическом режиме под действием светового потока изменяется рабочее (внутреннее) сопротивление фотодиода. В этом режиме к фотодиоду приложено обратное напряжение смещения 
через ограничивающий резистор . Световой поток обусловливает увеличение обратного тока 
фотодиода. В генераторном режиме при номинальном прямом токе излучателя на выводах фотодиода генерируется разность потенциалов 
фото-ЭДС. Если сопротивление внешней нагрузки 
фотодиода значительно превышает его рабочее сопротивление (режим холостого хода), то 
статический потенциал открытого pn-перехода (для кремния 
; для германия 
). При работе на низкое сопротивление нагрузки (режим короткого замыкания) в цепи фотодиода формируется фототок , пропорциональный силе светового излучения.
Для измерения фототока и фото-ЭДС применяются схемы с операционным усилителем (ОУ). При использовании повторителя напряжения на базе ОУ с высоким входным сопротивлением выходное напряжение 
(Рисунок 2, а). Поскольку дифференциальные входы ОУ эквипотенциальны (напряжение 
), фототок 
проходит через резистор обратной связи , а выходное напряжение 
.
|
|
|
Фототранзисторы обладают внутренним усилением фототока базы. Базово-коллекторный переход фототранзистора соответствует фотодиоду, а остальные параметры аналогичны транзистору в ключевом режиме.
Фоторезисторы – пассивные компоненты (полупроводниковые кристаллы, диэлектрики), изменяющие свое электрическое сопротивление под воздействием светового потока. Полупроводниковые кристаллы имеют обедненный слой зарядов, поэтому их сопротивление не зависит от направления тока. Диэлектрики (например, сульфид кадмия) также изменяют свое электрическое сопротивление под влиянием света и радиации.
Оптический датчик фирмы « FESTO»
Для дистанционного измерения объектов используются оптические рассеивающие датчики, которые чувствительны к отражающей способности поверхностей. Внешний вид оптического рассеивающего датчика фирмы «FESTO» представлен на рисунке 1.
|
|
|
Оптический датчик (ОД) включает фотоэлектронный ресивер (передатчик и приемник светового потока), волоконно-оптический кабель и электронику, обрабатывающую информационный сигнал приемника. Передатчиком является инфракрасный светодиод, а приемником − фотодиод, активный в инфракрасном спектре излучения. Световой поток передатчика, отражаясь от объекта, попадает на приемник. При помощи оптико-волоконного кабеля ОД может быть установлен вблизи контролируемого объекта.
Структурная схема оптического рассеивающего датчика представлена на рисунке 2.
Рисунок 1 - Внешний вид оптического рассеивающего датчика
Рисунок 2 - Структурная схема оптического рассеивающего датчика
1 – Осциллятор.
2 – Фотоэлектрический передатчик.
3 – Фотоэлектрический приемник.
4 – Логический оператор. 5-Усилитель. 6-Линеаризатор.
7 – Преобразователь напряжение/ток. 8-Внешний источник напряжения.
9 – Внутренний источник напряжения. 10-Оптическое расстояние.
11 – Информационный токовый сигнал.
Принцип действия оптического рассеивающего датчика заключается в следующем. Осциллятор 1 управляет фотоэлектрическим передатчиком 2, излучающим пульсирующий световой поток (частота пульсаций 
). Фотоэлектрический приемник 3 распознает частотныйсигнал осциллятора 1 с помощью схемы логического умножения 4. Выходной сигнал логической схемы 4 усиливается по напряжению усилителем 5 и линеаризуется в блоке 6. На выходе преобразователя 7 формируется токовый сигнал ОД.
|
|
|
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 85; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!