Совершенствование фотоэлектрических преобразователей для контроля механических перемещений

• Автор: Иванов, Юрий Борисович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1 Аналитический обзор способов построения и характеристик фотоэлектрических преобразователей механических перемещений

1.1 Классификация и структура приборов фотоэлектрического контроля

1.2 Оценка возможности повышения чувствительности фотоприемников

1.3 Оценка частотного диапазона фотопреобразователей

1.4 Сравнительный анализ параметров световых излучателей

Выводы по первой главе

Глава 2 Способы улучшения характеристик преобразователей

перемещений в модуляцию потока излучения

2.1 Сравнительный анализ способов преобразования механических перемещений в модуляцию светового потока
2.2 Особенности линейного преобразования механических перемещений в модуляцию светового потока
2.3 Особенности уменьшения влияния фоновой засветки
на чувствительность фотодатчиков
2.4 Анализ параметров фотодатчиков механических перемещений
Выводы по второй главе
Глава 3 Разработка способов повышения чувствительности
фотодатчиков
3.1 Анализ фотопреобразователей на операционных усилителях
с комбинированной обратной связью
3.2 Анализ фотопреобразователей переменного тока
3.3 Разработка и анализ высокочувствительных преобразователей фототока в частоту импульсов
3.4 Разработка и анализ фотопреобразователей с аддитивной коррекцией инструментальных погрешностей

Выводы по третьей главе
Г лава 4 Разработка и исследование характеристик функциональных
узлов фотоэлектрических преобразователей
4.1 Разработка и исследование лазерного источника
светового излучения
4.2 Исследование фотоэлектрического частотного преобразователя
4.3 Исследование оптоэлектронного преобразователя
для контроля вращения анода рентгеновской лампы
4.4 Особенности применения высокочувствительных фотопреобразователей для контроля электрических величин
4.5 Оценка погрешностей фотоэлектрических преобразователей механических перемещений и вибрационных колебаний
Выводы по четвертой главе
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие современного промышленного производства и строительной индустрии характеризуется повышением требований к качеству выпускаемой продукции, выполнение которых позволяет обеспечить ее конкурентоспособность по сравнению с зарубежными аналогами. Особое внимание в этом плане отводится фотоэлектрическим приборам, применяемым для неразрушающего бесконтактного контроля механических перемещений и вибрационных колебаний. Такая аппаратура используется при прочностных испытаниях железобетонных изделий и строительных конструкций, выполняемых вибрационным методом. Устройства фотоэлектрического контроля применяют для оценки чистоты поверхности и размеров выпускаемых деталей в области точного приборостроения, в системах позиционирования инструментов станков с числовым программным управлением, для контроля допустимой вибрации промышленного оборудования и т. п.
Широкое распространение фотоэлектрические устройства бесконтактного контроля получили и в ряде других областей: в системах охранной и пожарной сигнализации, в медицинской физиотерапии, в лазерной фотометрии, в газовой и жидкостной хроматографии, а также в системах контроля задымленности и запыленности производственных помещений, в современных системах волоконно-оптической связи и т. п.
Независимо от областей применения, основными требованиями к любым фотоэлектрическим преобразователям являются: обеспечение высокой чувствительности к контролируемым величинам, высокого быстродействия и линейности световой характеристики при минимальных аппаратурных затратах.
Благодаря развитию технологии полупроводникового производства в последнее время на два-три порядка улучшены параметры фотодиодов: тем-новой ток уменьшен от 1 мкА до 1 ... 5 нА, задержка времени срабатывания - от 10 мкс до 1 ...4 не, а световая чувствительность повышена в 2 - 3 раза. В то же время схемотехнические способы преобразования фототока в напряжение практически не изменились. Для получения линейной измерительной характеристики либо подают па фотодиод обратное напряжение через резистор нагрузки (работа в фотодиодном режиме), либо включают фотодиод на входе операционного усилителя с резистором в цепи отрицательной обратной

1.4 Сравнительный анализ параметров световых излучателей
Чувствительность и разрешающая способность приборов фотоэлектрического контроля зависят не только от темнового тока и шумовых параметров приемников излучения, но и от влияния внешней фоновой засветки, для ослабления которой применяют схемотехнические и технологические способы [16]. Наиболее часто для такой цели стараются повысить мощность излучателя и дополнительно используют световые фильтры для ослабления относительного влияния внешних источников света [13].
В общем случае чувствительность фотоэлектрических преобразователей определяется отношением выходного напряжения к силе света, падающего на фоточувствительную поверхность приемника излучения. В цифровых приборах контроля чувствительность обычно выражают в единицах младшего разряда индикатора или аналого-цифрового преобразователя [17].
В большинстве измерительных преобразователей чувствительность выражают в единицах выходной величины (миллиамперах или в милливольтах), приходящихся на единицу измеряемой величины. Например, для фотопреобразователей механических перемещений чувствительность принято выражать в размерности "В/мм", или "мВ/мкм" [18].
Практически на чувствительность фотоприемников влияют условия измерения, она непостоянна в спектральном диапазоне и зависит от длины волны излучения. Поэтому при разработке приборов фотоэлектрического контроля учитывают спектральные характеристики, показывающие зависимость чувствительности фотоприемников от длины волны X, светового излучения.
Применение мощных источников светового излучения в целях повышения чувствительности приборов фотоэлектрического контроля ограничивается рядом существенных недостатков:
- при использовании ярких источников света, например, галогеновых ламп, значительно повышается температура излучателя, что приводит к возрастанию темнового тока полупроводниковых фотоприемников. Поэтому мощные излучатели применяют только в специализированных приборах (в хроматографах и в устройствах контроля оптической плотности дыма) [36];