102. Некоторые принципиальные схемы оптических фотоэлектрических систем

Фотоэлектрические приборы являются комплексом оптических, электронных и электромеханических устройств, предназначенных для преобразования энергии излучения в электрический сигнал, который после преобразования может быть использован для приведения в действие систем регистрации или управления, а также для воздействия на органы чувств человека. В этом сложном комплексе особо важную роль играет оптическая система, которая осуществляет первичную обработку поступающей информации. В соответствии с этим оптическая часть фотоэлектрической системы должна обеспечивать: необходимый поток излучения, поступающий на приемник; требуемый размер и качество оптического изображения; спектральную фильтрацию полезного сигнала на фоне внешних помех.

С помощью современных фотоэлектрических оптических устройств решаются следующие задачи:

исследование объекта, размещаемого на пути пучков лучей, идущих от источника излучения с известным спектральным составом и мощностью к приемнику с известными характеристиками (например, определение коэффициента пропускания, спектральной характеристики объекта, коэффициента поглощения при отражении и др., что позволяет регистрировать различные параметры объекта и управлять их изменением);

исследование объекта, являющегося источником излучения, в целях определения силы и спектрального состава его излучения, что позволяет, например, осуществлять опознавание объекта и т. п.;

измерение характеристик и параметров приемника излучения; нахождение координат объекта или его установка; измерение параметров и характеристик оптических систем, а также многие другие задачи — регистрации, управления, наблюдения, передачи информации и т. п.

Рассмотрим наиболее распространенные виды принципиальных схем фотоэлектрических устройств, предназначенных для решения указанных задач.

Рис. 243. Принципиальные схемы оптических фотоэлектрических систем: а — двухобъективная; б - зеркальная двухобъективиая

Рис. 244. Схема оптической фотоэлектрической системы для измерения коэффициента поглощения при отражении

На рис. 243, а показана схема для исследования объекта 4, расположенного в пучках параллельных лучей между компонентами 2 и 6. Для изменения спектрального состава излучения источника 1 в схеме предусмотрен светофильтр 3. При выделении узкого спектрального интервала необходимо применение интерференционного светофильтра, который целесообразно устанавливать в параллельных пучках лучей. Приемник излучения 7 может быть размещен либо в плоскости изображения источника (или вблизи нее), либо в плоскости выходного зрачка оптической системы. Для изменения потока излучения в оптической схеме используют компенсатор 5—5, выполненный, например, в виде двух клиньев, образующих при их взаимном перемещении плоскопараллельную пластину переменной толщины. Это позволяет получить нейтральный светофильтр переменной плотности.

Рассмотренную схему можно использовать для измерений по методу с нулевым отсчетом.

Линзовые элементы компонентов 2 и 6 в некоторых случаях

Рис. 245. Схема для регистрации перемещения излучающего объекта

Рис. 246. Схема оптической фотоэлектрической системы с дифференциальным включением приемника

могут иметь селективное пропускание, что может приводить к погрешностям измерений. Кроме того, при использовании в качестве материалов для изготовления линз оптического стекла следует иметь в виду, что оптическое стекло большинства марок прозрачно в диапазоне длии волн Поэтому в ряде случаев в качестве компонентов оптической системы целесообразно использовать зеркальные системы 2 и 6 (рис. 243, б).

Схема с нулевым отсчетом для измерения коэффициента поглощения при отражении от поверхности объекта 5 показана на рис. 244. В этой схеме излучение от источника 1 после прохождения компонента 2 и светофильтра 3 направляется через полупрозрачную пластину 4 на исследуемый объект 5. Отраженное объектом излучение возвращается на пластину 4 и после отражения от полупрозрачной поверхности проходит через компенсатор 6—6, компонент 7 и поступает на приемник 8. Данная схема может быть использована и для измерения коэффициента отражения.

Схема для регистрации перемещения бесконечно удаленного объекта дана на рис. 245. Изображение объекта с помощью объектива 1 образуется в задней фокальной плоскости, где установлено анализирующее устройство 2. Конденсор 3 собирает поток излучения от источника на светочувствительной поверхности приемника излучения 4, который может быть расположен, например, в плоскости выходного зрачка оптической системы. В зависимости от положения изображения источника относительно оптической оси системы изменяется поток излучения, проходящий через анализирующее устройство, следовательно, изменяется сигнал, снип маемый с приемника.

В схеме с дифференциальным включением приемников (рис. 246) излучение от источника 1 после отражения от плоских зеркал 2 и 2 поступает в объектив 3 измерительной ветви, в которой установлен исследуемый объект 4, и в объектив 3 эталонной ветви. Для изменения потока излучения в эталонной ветви устанавливается компенсатор 5—5 с переменным коэффициентом пропускания (или диафрагма переменного диаметра). Объективы 6 и 6 концентрируют излучение соответственно на приемниках 7 и 7. В схеме используется встречное включение цепей приемников, что исключает реакцию при одинаковых потоках излучения, поступающих на приемники. По шкале клинового компенсатора снимается значение измеряемой величины.

Достоинством данной схемы является независимость результатов измерений от колебаний потока излучения источника. Однако схема требует применения приемников с одинаковыми и стабильными характеристиками.