6.4.1.4. Специальные оптроны

Как уже указывалось выше в разделе 3 специальные оптроны отличаются от оптопар и ОИС конструкцией ОК. В основном специальные оптроны классифицируются по типу оптического канала:

рис.47

Оптроны с открытым ОК используются в качестве оптоэлектронных датчиков , которые работают в режимах:

• прерывания светового сигнала (оптронные датчики прерыватели или оптороны-прерыватели),

• отражения излучаемого светового пучка от объекта (оптронные отражательные датчики или оптроны-отражатели).

В качестве оптронов-прерывателей и отражателей широкое распространение получили оптроны серии АОД111, в которых в качестве СИД используются диоды на основе GaAs, а приемниками служат кремниевые ФД. Оптронные датчики с открытым ОК имеют небольшой коэффициент передачи по току K_I , который составляет единицы-десятые доли %. В связи с этим оптроны-датчики содержат интегральный усилитель, для усиления сигналов до уровня, необходимого для подключения последующих электронных устройств регистрации и отображения информации (индикаторы, экраны, ЭЛТ и т.д.).

Оптроны-прерыватели реагируют на пересечение ОК каким-либо предметом (прерывателем), в результате чего введение в зазор между СИД и ФП тех или иных материальных объектов приводит к изменение уровня потока Ф и вызывает соответственно изменение выходного тока ФП.

Схема датчика оптрона-прерывателя приведена на рис.48, где: СУ -система управления, обеспечивающая рабочий режим СИД (непрерывный или импульсный); СР - система регистрации данных; УС - интегральный усилитель фототока I_ФП(Ф₂) ФП; Ф₁ и Ф₂ - соответственно поток , излучаемый СИД, и измененный поток, засвечивающий ФП.

Поток Ф₂ и I_фп(Ф₂) изменяются в зависимости от прозрачности объекта, поэтому такие датчики могут использоваться для определения коэффициентов пропускания и отражения различных оптических материалов (оптических фильтров, фотоматериалов, голограмм и т.д.).

Если в качестве прерывателя используется непрозрачный объект, то в датчике происходит обрыв связи между парой СИД-ФП (Ф₂ =0) и с выхода УС на вход СР поступает напряжение U_вых логического 0. При отсутствии прерывателя Ф₁ = Ф₂ и с выхода УС поступает уровень логической 1. Такие устройства получили распространение в качестве:

• счетчиков,

• устройств считывания информации с перфолент ЭВМ,

• противопожарных датчиков дыма в помещениях и т.д.

Оптроны- отражатели реагируют на изменение потока Ф, который зависит от:

• расстояния до объекта,

• коэффициента отражения и шероховатости (чистоты) поверхности,

• спектральных свойств объекта (отражение с изменением длины падающего светового излучения).

Схема оптронного отражателя изображена на рис.49.

На рисунке введены обозначения: ГИ - генератор сигналов (непрерывных или импульсных), СР - система регистрации (индикации), УС - интегральный усилитель.

Оптроны-отражатели используются в качестве датчиков:

• автоматического слежения за объектами,

• контроля состояния объектов (дефектов, шероховатости поверхности),

• контроля состава среды (загрязнения, загазованности и т.д).

Оптроны с закрытым ОК , как уже отмечалось выше, представляют собой приборы, в которых ОИ и ФП соединены между собой с помощью гибкого ВОС (волоконно-оптический кабель или оптическое волокно). Протяженность ОК составляет от единиц см до нескольких десятков м. В этом случае оптрон функционирует в виде короткой волоконно-оптической линией связи, которая передает сигналы со скоростью до десятков-сотен Мбит/с. Как правило, такие оптроны используются в цифровых системах передачи и обработки информации, например, в цифровых АТС для бесконтактного соединения между собой межблочных узлов в стойках или для межстоечных соединений в пределах одного или нескольких помещений.

Оптроны с ВОС находят все более широкое применение в разрабатываемой микроэлектронной аппаратуре. Это вызвано не только обеспечением высокой гальванической развязки, но и следующими существенными преимуществами оптронов такого типа:

1. высокая помехозащищенность канала передачи, обусловленная невосприимчивостью к электромагнитному излучению;

2. конфиденциальность (скрытность) передачи информации, благодаря отсутствию излучения ОК, за счет чего обеспечивается высокая степень защиты от несанкционированного доступа, так как для получения информации необходимо физическое нарушение ОК с помощью вскрытия оболочки ОВС;

3. высокая информационная пропускная способность ОК до сотен Мбит/с.