Министерство высшего и профессионального образования РФ.

Саратовский государственный технический университет.

БИТТиУ.

Кафедра УИТ.

Лабораторная работа по курсу:

Элементы и устройства СУ.

Исследование принципа действия оптико-электрического преобразователя».

Выполнили студенты группы УИТ 42В

Бармин А

Васенин А

Колчанов В

Манышев Ю

Проверил преподаватель

Токарев АН

Балаково 2002 г.

Цель работы: ознакомиться с принципом действия оптико-электрического преобразователя и снять статическую характеристику фотореле.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Развитие всех областей техники в настоящее время характеризуется широкой автоматизацией различных производственных процессов, а также управлений ими. При решении современных задач автоматизации в промышленности возникает сложный комплекс взаимосвязанных проблем. Прежде всего следует отметить значительно возросшую в настоящее время сложность самих объектов автоматизации, связанную, в первую очередь, с совершенствованием технологии производственных процессов и постоянно возрастающими требованиями к точности автоматического управления. В системах регулирования для автоматизации различных технологических процессов используют оптоэлектронные и оптико-электронные преобразователи.

Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны с длиной 10^-4 — 10⁵ мкм.

Для описания оптических явлений используют три системы величин: энергетическую, световую или фотометрическую, квантовую.

К основным параметрам оптоэлектронных преобразователей относятся: сила света, энергия светового потока, световой поток, освещенность.

Пространственная плотность светового потока внутри телесного угла с вершиной в центре светового прибора называется силой света.

где Ф — световой поток, — телесный угол.

Пространственный угол в форме конуса с вершиной в центре сферы и опирающийся на часть ее поверхности называется телесным утлом. Измеряется телесный угол в стерадианах (ср.).

Сила света измеряется в канделлах (кд). 1 кд — сила света, даваемая световым потоком в 1 лм внутри телесного угла в 1 ср.

Лучистый поток в 1 лм эквивалентен лучистому потоку длиной в 555 н м мощностью в 1/633 Вт.

Световой поток является главной характеристикой источников света всех сред — отражающих, поглощающих и пропускающих свет.

Часть лучистого потока, которая вызывает световое излучение глаза, называется световым потоком.

Освещенность — это отношение светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий данную точку и площади этого элемента.

, единицы измерения Люкс (Лк.).

В измерительных преобразователях в качестве источника излучения используются лампы накаливания, светодиоды и т.д. Принцип действия основан на преобразовании электрической энергии в оптический сигнал. Основными характеристиками этих источников являются: характер свечения, спектральный состав излучения, мощность излучения, потребляемая мощность, габариты.

Принцип действия прямых оптико-электронных преобразователей основан на преобразовании световой энергии в электрический сигнал. Эти преобразователи используют для обнаружения источника излучения,

для определения интенсивности излучения, для измерения времени, для управления технологическим процессом и т.д.

Различают три основных типа:

1) с внешним фотоэффектом (фотоэлемент);

2) с внутренним фотоэффектом (фоторезистор),

3) вентильные, основанные на явлении р — п перехода. Характеристики преобразователей.

Чувствительность — отношение приращения фотона к изменению мощности потока с длиной волны.

— спектральная характеристика.

На практике используется отношение спектральной характеристики

Световая характеристика — зависимость фото потока от значения светового потока в неизменном спектральном составе. Характеризует нелинейность фотоприемника.

Порог чувствительности — характеризуется минимальным значением потока излучения, который вызывает на выходе сигналов заданное число раз превышающий уровень шума. Уровень шума задается, обычно, как дисперсия.

, р— порог чувствительности; S— чувствительность; U_m — дисперсия; т — количество раз.

Рассматриваемый в лабораторной работе БУССТП является фотореле. Оно представляет собой устройство автоматики для контроля и управления, чувствительным органом которого является фотоэлектрический прибор, регулирующий на изменение параметров электромагнитного излучения, структурная схема которого имеет вид (рис. 2)

И — источник излучения

ОС — оптическая система

ФП — фотоприемник

СУ — сравнивающее устройство

ЗУ — задающее устройство

УПЭ — усилительный преобразовательный элемент

ИО — исполнительный орган

Выходной величиной фотореле является контролируемая физическая величина или параметры лучевого потока, на который она воздействует. Выходной величиной фотореле является сигнал исполнительного органа.

Статическая характеристика имеет релейный характер, т.е. непрерывному изменению входной величины соответствуют скачкообразные изменения выходной ( рис-3 ).

Положение резистора r1	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
V1, кд	0	0.02	0.03	0.2	0.6	1.4	2.8	4.7	7.8	11	16
V2, В	0	0	0	1.5	4.35	7.35	11.25	15.23	19.65	23.7	27.75