8.3 Оптронные преобразователи

Оптроном называется преобразователь, в котором имеются источники и приемники излучения с оптической и электрической связью между ними, конструктивно объединенные в одном корпусе.

Если L – оптический сигнал, а Е – электрический, то в оптроне с электрическим входом и выходом осуществляется преобразование Е^/ → L → Е^//, а в оптроне с оптическим входом и выходом L^/ → Е → L^//. При этом сигнал L от излучателя по оптическому каналу попадает на приемник,. на выходе которого получается Е. В свою очередь сигнал Е по электрическому каналу поступает в излучатель, на выходе которого получается L.

Для эффективной работы оптрона необходимо согласовывать его элементы по спектральным характеристикам, быстродействию, габаритным размерам, температурным свойствам. Следует отметить важное значение оптической среды в передаче сигнала от источника к приемнику.

Достоинства: наличие полной гальванической развязки выхода и входа, однонаправленность потока информации и отсутствие обратной реакции приемника на источник, возможность реализации бесконтактных связей, широкая полоса пропускания оптрона. Недостатки: узкий диапазон рабочих температур, сильная температурная зависимость параметров [6,12].

9 Волоконно-оптические преобразователи

Это новый вид преобразователей, который не полностью еще изучен, но уже обладает рядом преимуществ по сравнению с другими видами преобразователей.

Оптическое волокно представляет собой очень тонкую длинную нить, состоящую из сердечника и наружной оболочки. Сердечник служит каналом для передачи энергии излучения. Оболочка предохраняет поверхность сердечника от загрязнений и повреждений, а также препятствует рассеянию передаваемого излучения с поверхности волокна в стороны. Сердечник волокна обычно имеет форму правильного вытянутого цилиндра, а оболочка – форму трубки, насаженной на цилиндр. И сердечник, и оболочка делаются из материалов, прозрачных для передаваемого излучения. Но оптические свойства этих преобразователей не одинаковы: сердечник имеет более высокий коэффициент преломления, чем оболочка. Диаметр отдельного волокна в пределах 5 – 50 мкм, толщина оболочки 0,5 – 2 мкм. Такая конструкция дает главное свойство волокну – способность его передавать энергию излучения за счет полного внутреннего отражения лучей от поверхности раздела сердечника и оболочки.

Толстое волокно обладает меньшими потерями энергии, и его легче изготовить, но в этом случае ухудшается разрешающая способность пучка волокон, следовательно, снижается возможная плотность передачи информации. Тонкие волокна трудно вытягивать, собирать и укладывать в пучки. Распространение световых лучей в оптическом волокне и расчет можно рассмотреть в [2].

Мембрана 2 диаметром 1 мм и толщиной 18 мкм изготовлены из металлизированной полиэфирной пленки (рис. 9.1). Пучок осветительных световодов 4, соединенных с источником света, отдален от пучка приемных световодов 2 непрозрачной перегородкой 3. Торцы обоих световодных жгутов установлены на расстоянии 50 мкм от светоотражающей поверхности мембраны; при этом световой поток, поступающий из осветительных световодов в приемные, зависит от прогиба мембраны под действием давления.

Рис. 9.1. Волоконно-оптический преобразователь давления

Достоинства: бесконтактность, миниатюрность. Недостатки: трудность в изготовлении, дороговизна.