8 Оптико-электронные преобразователи

Оптико–электронный преобразователь включает: источник излучения, среду распространения оптического излучения, оптическую систему, приемник излучения, устройство обработки и выдачи сигналов.

Источник излучения служит для генерирования лучистого потока носителя полезной информации. В некоторых случаях сам объект исследования является источником излучения, поэтому источник излучения не нужен. Лучистый поток попадает в оптическую систему через среду распространения, которая является иногда объектом исследования; но во всех случаях она служит каналом передачи информации. Оптическая система формирует лучевой поток, перерабатывает переносимую им информацию и направляет поток на приемник. Воспринимаемый приемником оптический сигнал преобразуется в электрический сигнал. Устройство обработки формирует сигнал требуемой модальности и передает его на систему индикации или управления.

В качестве источников излучения используются лампы накаливания, газоразрядные лампы, светорезисторы, светодиоды, Солнце, звезды. Приемником излучения называется устройство, преобразующее энергию оптического излучения в электрическую энергию. Такие приемники нередко называют фотоприемниками. Приемники излучения делятся на фотоэлектрические и тепловые.

8.1 Лазерные преобразователи

В лазерных преобразователях параметров движения основным элементом является оптический интерферометр. Принцип действия интерферометра основан на явлении интерференции, т. е. на явлении наложения двух совмещенных в пространстве волн, в результате чего образуются интерференционные полосы, несущие информацию об измеряемых параметрах. Интерферометры могут быть одночастотными, двухчастотными и многочастотными.

Подробно лазерные интерферометры рассмотрены в п. 13.

Лазерные преобразователи параметров линейных движений отличаются бесконтактностью измерения, высокой четкостью интерференционных полос и возможностью локализации на малой площади (диаметром до 10 мкм). Точность измерения определяется стабильностью частоты лазера и вибрациями, передаваемыми на корпус прибора, нечувствительность к большим ускорением, мгновенным выходом на режим, большим диапазоном измерения угловых скоростей.

8.2 Оптоэлектрические преобразователи

Оптоэлектрические преобразователи основаны на двойном лучепреломлении, возникающим в прозрачных изотропных телах, под действием механических напряжений электрического и магнитного поля.

Преобразователи предназначены для измерения механических величин, электрических напряжений и магнитных полей.

В преобразователях используются три алгоритма работы:

а) измерение потока Ф_х;

б) измерение отношения потоков Ф₁/Ф₂, где один поток принимается за эталонный;

в) измерение разности потоков Ф₁ - Ф_2.

Рис. 8.1. Оптоэлектрическое устройство бесконтактного контроля

диаметра проволоки

Световой поток, создаваемый источником 1, делится диафрагмой 2 с двумя отверстиями на два луча (рис. 8.1). Верхний луч частично перекрывается проволокой 3, нижний луч проходит через оптический клин 6. Пластинка 4 рассеивает свет, чтобы облучение фотоприемника ФП было равномерно. Заслонка 7 модулирует световой поток на входе ФП. Если интенсивности верхнего и нижнего лучей не равны, то на выходе ФП появляется составляющая напряжения, управляемая двигателем Д. Двигатель перемещает клин 6 до уравнивания интенсивностей лучей. Выходная величина отсчитывается по шкале 5.

Достоинства: высокая чувствительность. Недостатки: неидентичность, трудно подобрать пару фотоприемников, обладающих совершенно идентичными характеристиками не только при начальных условиях, но и под действием всех влияющих факторов.

Подробнее узнать об этом можно в [5,6,12].