4.4 Оптикалық сәулеленуді өлшейтін қабылдағыштардың негізгі сипаттамалары
Оптикалық сәулеленуді өлшейтін қабылдағыштардың сипаттамалары олардың пайдалану орындарын және өлшейтін құрылғылардың құрастырылымы мен сапасын анықтайды.
Мұндай қабылдағыштардың интегралды және спектрлік сезгіштігі, жарық немесе фотоэлектрлік сипаттамасы, вольт-амперлік сипаттамасы, бұрыштық сипаттамасы, жиіліктік сипаттамасы, инерциялығы, шаршауы және ескіруі олардың негізгі сипаттамалары болып табылады.
Қабылдағыштың сезгіштігі - оның реакциясын (ток, кернеу) сипаттайтын шаманың осы реакцияны тудыратын шамаға (сәулелену ағыны) қатынасы. Қабылдағыштың күрделі (бейбіртекті) сәулеленуге сезгіштігі интегралды, ал біртекті (монохромат) сәулеленуге сезгіштігі спектрлік деп аталады.
Жылулық қабылдағыштардың сезгіштігі интегралды болады. Олар толқындар ұзындығы 200 нм-ден 1000 нм-ге дейін келетік сәулелерді толғамайды. Олардың салыстырмалы спектрлік сезгіштігі түзу сызық дерлік.
Фотоэлектрлік қабылдағыштар сәулелерді іріктеп қабылдайды, сондықтан олардың спектрдің қандай болса да бір бөлігіне жататын сәулеленуге спектрлік сезгіштігі максимал болады. Мысалы, селенді фотоэлементтердің толқын ұзындығы λ=400-700 нм, фоторезисторлардың толқын ұзындығы λ=300-400 нм, фотоэлектрондық күшейткіштердің толқын ұзындығы λ=250-280 нм сәулелерге спектрлік сезгіштігі максимал болады.
Қабылдағыштардың сезгіштігі жұмыста тұрақты және сыртқы әсерлерден (температура, ылғалдық, электр және магнит өрістері) тәуелсіз болуы керек. Қабылдағыштардың спектрлік сипаттамасының қажетті түрден өзгешелігі сәуленуді өлшеу жағдайларымен өлшейтін приборлардың құрастырылымдық ерекшеліктерімен өтемделінуі немесе өлшеу нәтижелерін өндеуде түзету коэффициенттерін енгізумен есепке алынуы керек.
Фотоэлектрлік сипаттама - қабылдағыш фототогының оған түсетін сәулелену ағынына тәуелділігі. Қабылдағыштардың қолданылу диапазоны әдетте фотоэлектрлік сипаттаманың түзу сызықтық шектерімен анықталады. Қабылдағышты сипаттаманың түзу сызықтық шектерінен тыс пайдаланғанда өлшеу қателігі үлкен болады.
Сыртқы фотоэффектігі негізделген вакуум фотоэлементтердің фотоэлектрлік сипаттамасы қоректендіру кернеуіне тәуелсіз тек сәулелену ағынының кіші мәндерінде ғана түзу сызықты болады. Газ толтырылған фотоэлементтер сипаттамасының түзу сызықсыздығы айтарлықтай болады және сәулелену ағыны мен қоректендіру кернеуі өскен сайын ол арта түседі.
Фоторезисторлар мен селенді фотоэлементтердің сипаттамасы қысқа тұйықталуға жақын режимде ғана түзу сызықта болады. Сыртқы тізбектің кедергісін селенді фотоэлементтер үшін 10... 15 Ом шамасында қабылдайды, ал фоторезисторларға бұл шама 0,1 кОм-нан 1 кОм шегінде болады.
Вольт-амперлік сипаттама - сәулелену ағыны тұрақты болғанда қабылдағыш фототогының оны қоректендіретін кернеуге тәуелділігі.
Вакуум фотоэлементтерінде қоректендіру кернеуінің белгілі шамасында фототок қанығу мәніне дейін көтеріледі де кернеуді одан әрі жоғарылатқанда фототок өспейді. Қанығу кернеуінен жоғары кернеуде қабылдағыш фототогы тек сәулелену ағынына ғана тәуелді болады. Сондықтан вакуум фотоэлементтерінің қоректендіру кернеуі қанығу кернеуінен жоғары болады.
Фоторезисторлардың вольт-амперлік сипаттамасы түзу сызықты, өйткені олардың өздері физикалық табиғаты бойынша активтік кедергі болады. Фоторезисторларды сәулелендіру өскен сайын сітаттаманың көлбеулігі артады.
Бұрыштық сипаттама қабылдағыш реакциясының оның қабылдайтын бетіне тұрақты сәулелену ағынының түсу бұрышына тәуелділігін анықтайды. Қабылдағыштың қажетті бұрыштық сипаттамасын алу үшін жартылай сфера немесе қуыс шар түрінде жасалынған арнайы құрылғылар пайдаланылады. Олар пластмассадан немесе күнгірт шыныдан дайындалады.
Жиіліктік сипаттама - қабылдағыш реакциясының оған түсетін сәулелену ағынының өзгеру жиілігіне тәуелділігі. Фоторезисторларда бұл тәуелділік күшті болады. 1 кГц-те фоторезистордың сезгіштігі оның модуляцияланбаған (жиілігі өзгермеген) ағынға сезгіштігінің 20%-ті болады. Басқа қабылдағыштарда бұл тәуелділік 5 МГц-тен жоғары жиіліктен бастап әсер етеді.
Сәулеленуді қабылдағыштың инерциялығы - қабылдағыш реакциясы кезінің оған түсетін сәулелену ағынының өзгеру кезінен кешігіп артта қалуы. Мысалы, селенді фотоэлемент фототогының орнау уақыты 1,5... 3 секунд болады және сәулеленудің толқын ұзындығына тәуелді келеді.
Сәулеленуді қабылдағыштың шаршауы - ұзақ уақыт сәулелендіргенде оның сезгіштігінің төмендеуі. Вакуумды фотоэлементтер газтолтырған фотоэлементтерге қарағанда аз шаршайды. Селенді фотоэлементтер 1...3 сағат үзіліссіз сәулелендірілгенде өзінің сезгіштігін 10%- тен көп төмендетеді. Фотоэлектрлік қабылдағыштардың шаршауы - қайтымды құбылыс.
Қараңғыда 2...20 сағат ішінде демалғаннан кейін қабылдағышттардың сезгіштігі қайтадан қалпына келеді.
Ескіру - уакыт өткен сайын қабылдағыштың сезгіштігінің қайтымсыз өзгеруі (жиірек төмендеуі). Сезгіштігі жоғары болатын фотоэлементтер тез шаршайды. Уакыт өткен сайын сәулеленуді қабылдағыштардың спектрлік сезгіштігі де өзгеруі мумкін.
4.5 ЛЮКСМЕТР
Люксметр -жазықтықта жарықталынуды өлшеуге арналған прибор. Ю-116 және Ю-117 маркалы люксметрлер жиі пайданылады. Ю-116 люксметр BL селенді фотоэлементтен және РА микро амперметрден тұрады (4.6 сурет).
4.6 сурет – Ю-116 люксметрдің негізгі сұлбасы.
SA1 немесе SA2 аустырып-қосқыштың көмегімен R1 немесе R2 кедергіні микроамперметрге паралель жалғаумен прибор шкаласының өлшеу шегін өзгертуге болады.
Люксметрдің құрамында өлшенетін жарық ағынының диапазонын кеңейтуге арналған жұту коэффициенттері әр түрлі болатын М-10, Р-100 және Т-100 типті үш жарықсүзгілер және бұрыштық қателікті азайтуға арналған пластмассадан жартылай сфера ретінде жасалған арнайы құрылғы болады.
Люксметрдің өлшеу диапазоны - 5...105 лк; негізгі кателігі - өлшенетін шамадан - 10 %.
Ю-117 люксметрде кіші деңгейлі жарықталынуды өлшеуге мүмкіншілік беретін транзисторлы күшейткіш болады. Бұл люксметрдің өлшеу диапазоны- 0,1... 105лк.[kgl]
[gl]ЭЛЕКТРЛІК ОПТИКАЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУ КӨЗДЕРІ[:]
Оптикалық сәулелену көзі деп оптикалық сәулеленуді генерациялайтын табиғи немесе жасанды пайда болған кез келген материалдық жүйені айтуға болады. Қазіргі жасанды көздерінде оптикалық сәулелену электр энергиясын түрлендіру арқылы алынады. Электр энергиясын түрлендіру тәсіліне байланысты оптикалық сәулелену көздері жылулық және газ-разрядтық болып бөлінеді. Жылулық сөулелену көздерінде өз бойымен өтетін электр тогымен жоғары температурада қызатын дене (вольфрам сым) сәуле шығарғыш болады. Газ-разрядтық сәулелену көздерінің жұмысы газдағы немесе металл буларындағы электрлік разрядпен бірге өтетін құбылыстарға негізделген.
Типі, қуаты, кернеуі және атқару міндеті әр түрлі болатын көптеген оптикалық сәулелену көздері шығарылады. Жарықтандыратын немесе - сәулелендіретін қондырғыларды жобалауда ең қолайлы сәулелену көзін тандап алу негізгі мәселелердің бірі болады. Осы мақсатпен сәулелену көздерінің негізгі сипаттамалары мен көрсеткіштерін салыстырып талдау жүргізіледі.
1. Сәуле шығару көздері сәуленуінің спектрлік құрамының аса маңызды мәні бар. Себебі бұл көрсеткіш сәулелену көзін қажетті мақсатта пайдалануға болатындығы туралы пікір айтуға мүмкіншілік береді. Сәуле шығару көзі сәулеленудің спектрлік тығыздығының қисығы сәулеленудің спектрлік құрамын бағалауға мүмкіншілік беретін сипаттама.
2. Тиімді ағын шамалардың тиісті жүйесінің өлшем бірлігінде (лм, вит, бакт, фит) өлшенеді.
3. Сәулелену ағынының тиімді бергіштігі - тиімді ағынның сәулелену көзінің толық куатына қатынасы:
мұндағы λ1 және λ2 - мәлім эталон қабылдағыштың спектрлік сезгіштігінің шектері.
4. Сәулелену көзінің тиімді бергіштігі - тиімді ағынның сәулелену көзінің электр куатына қатынасы:
(5.2)
Сәулелену көзінің пайдалану мақсатына байланысты тиімді бергіштік тусініктемесі нақты айқындалуы мүмкін: жарық бергіштік (лм/Вт), бактерицидтік бергіштік (бакт/Вт), эритемдік бергіштік (эр/Вт) және т.б.
5. Сәулелену көзінің толық және пайдалы қызмет ету мерзімі болады. Толық қызмет ету мерзімі - сәулелену көзінің пайдалана бастағаннан жанып (сынып) жұмыстан шыққанға дейінгі жұмыс істеу уақыты.
Пайдалы қызмет ету мерзімі - сәулелену көзінің пайдалана бастағаннан оның ағынының мемлекеттік үлгіқалып тағайындаған деңгейге төмендеуге дейінгі жұмыс істеу уакыты.
Сәулелену көзі мен қажетті жүргізу – реттеу аппаратының кұны, олардың сенімділігі мен пайдалану қүны сәулелену көзінің типін таңдап алуда маңызы зор келеді.
ЖЫЛУЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУГЕ НЕГІЗДЕЛГЕН КӨЗДЕР