Тема 13. Фотоэлектрические преобразователи (оптоэлектронные)

В основу всех электронных приборов входят электронные приборы.

В современные измерительные системы входят электронные приборы. Но они имеют недостатки:

– низкая помехозащищенность (необходимость экранирования);

– высокая стоимость;

– большая масса первичных измерительных преобразователей и линий связи;

– необходимость электрической изоляции;

– сложность миниатюризации;

– ограниченный диапазон частоты входного сигнала.

Большинство из указанных недостатков обусловлены тем, что для преобразования информации используются заряженные частицы. Устранение этих недостатков возможно при совместном использовании электронных и оптических методов и средств измерений (оптоэлектроника).

Элементную базу оптоэлектроники составляют оптоэлектронные приборы, использующие для своей работы энергию электромагнитного излучения оптического диапазона. Т.е. в оптоэлектронных устройствах передача осуществляется электрически нейтральными фотонами.

Оптоэлектронные приборы имеют следующие преимущества:

– широкий частотный диапазон 10¹⁴ Гц.,

– высокая помехоустойчивость к внешним электромагнитным полям и отсутствии взаимных наводок в линии связи при передачи информации,

– отсутствие обратного воздействия приемника на источник информации,

– возможность миниатюризации преобразователей - переход к интегральной оптике.

13.1 Основные компоненты оптоэлектронных преобразователей

В общем случае оптоэлектронные преобразователи представляют собой совокупность источника излучения оптической системы, оптического канала, приемника излучения и модулятора.

Источники света – могут быть когерентными (лазер) и некогерентными (лампа накаливания, светодиоды). Они могут быть связаны с объектом преобразования и могут быть независимы от него.

Оптическая система – предназначена для перераспределения в пространстве потока воспроизведения (фокусировка, формирование нескольких потоков, изменение направления, вращение плоскости поляризации).

Оптический канал – предназначен для переноса лучистой энергии. Типы каналов. Различают неуправляемые (воздух) и управляемые (светодиодные). Каждый канал характеризуется возможностью изменения направления светового потока.

Приемник излучения – преобразует падающий на него поток света в электрический сигнал.

Модулятор – предназначен для управления параметрами излучения при воздействии на него входной величины (мощность, спектральный состав, плотность поляризации и т.д.). Модуляторами могут быть резисторы управляющие источникам излучения, жалюзи - подвижные звенья, призмы, растровые решетки и т.д.

13.2 Источники излучения

Для генерации оптического канала используются 2 излучения.

Тепловое излучение. Когда энергия излучения образуется за счет преобразования тепловой энергии т.е. излучения нагретого до высокой температуры тела. Лампочка накаливания.

Люминесцентное излучение. Энергия излучения образуется путем преобразования энергии всех других видов кроме тепловой.

В зависимости от характера распределения энергии излучения по полосе частот (спектр) источники излучения делятся на источники с непрерывным, полосовым и линейчатым спектром и источники смешанного типа у которого на ряду со смешанным спектром имеются заметные полосы или линии излучения.