8. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Основной частью фотоэлектрических преобразователей является фотоэлемент, служащий для преобразования световой энергии в электрическую энергию фототока. Наибольшее распространение получили преобразователи с непрерывной характеристикой. Принцип действия их состоит в преобразовании линейного перемещения в изменение величины светового потока, падающего на фотоэлемент. В последнее время получают распространение фотоэлектрические преобразователи на фоторезисторах, имеющих дискретную характеристику.

Рис. XVI.66. Схема фотоэлектрического преобразователя с перекрытием светового потока

Световой поток, падающий на чувствительный элемент фотоэлектрического преобразователя, чаще всего модулируется с помощью шторок, флажков или заслонок, перемещение которых связано с изменением преобразуемой линейной или угловой величины. На рис. XVI.66 приведена схема, показывающая принцип действия фотопреобразователей. При измерении размера детали 1 или другой, линейной величины смещаются измерительный стержень 2 и закрепленная на его конце заслонка 3, что приводит к изменению величины светового потока, идущего от осветителя 4 через диафрагму 5 и объектив 6 к фотоэлементу 7. Соответствующий

величине светового потока фототок усиливается с помощью усилителя 5 и измеряется прибором 9, градуированным в линейных величинах.

На рис. XVI.67 представлены статическая и динамическая характеристики фотопреобразователей. В качестве статической характеристики дается зависимость фототока от преобразуемой линейной величины Динамической характеристикой является кривая переходного процесса при быстром изменении входной величины

Инерционность преобразователя определяется временем (рис. XVI.67, б), необходимым для приближения величины у к установившемуся значению с допустимой неточностью

Рис. XVI.67. Характеристики фотоэлектрических преобразователей: а — статическая; б — динамическая

Погрешность фотоэлектрического преобразователя может быть определена по формуле

где — погрешность настройки;

— температурная погрешность, вызванная отклонением температур измеряемой величины, преобразователя и окружающей среды от нормальной;

— инструментальные погрешности преобразователя;

— погрешность от колебания светового потока, вызванного старением источника света, влажностью, запыленностью среды и

— погрешность от изменения характеристики фотоэлемента с течением времени;

— прочие погрешности.

На рис. XVI.68 показаны чувствительный элемент, принципиальная схема и конструкция фотоэлектрического преобразователя с дискретной характеристикой. Такие преобразователи предназначаются для преобразования линейной величины в определенное число импульсов с помощью ряда фотоэлементов. Этот прибор имеет высокую чувствительность и стабильность статической характеристики благодаря использованию в качестве чувствительного элемента тонкой скрученной металлической ленты. Принцип

действия прибора основан на зависимости между растяжением скрученной ленты, вызванным изменением линейной величины, и поворотом ее среднего сечения. Если плоскую ленту скручивать от ее середины в направлении стрелки М, как это показано на рис. XVI.68, а, то она будет укорачиваться в направлении стрелок Если предварительно закрученную стабилизированную ленту растягивать в направлении стрелок то она будет раскручиваться. При этом наибольший угол раскручивания имеет среднее сечение.

Рис. XVI.68. (см. скан) Фотоэлектрический преобразователь с дискретной характеристикой: а — конструкция преобразователя; б — чувствительный элемент — скрученная металлическая лента; в - зависимость угла раскручивания среднего сечения ленты от величины ее растяжения

На рис. XVI.68, в показана зависимость угла раскручивания среднего сечения от величины растяжения для ленты, изготовленной из бериллиевой бронзы с размерами сечения . Эта зависимость на участке от 100 до 200 мкм практически линейна. Толщина лент, применяемых в рассматриваемых приборах, берется в пределах мм, а ширина — мм. Наиболее подходящим материалом является бериллиевая бронза. Преобразователь работает следующим образом (рис. XVI.68). Луч света от источника 1, падает на зеркало 3 и отражается им на блок фотосопротивлений 2. Подлежащее преобразованию

линейное перемещение, вызванное, например, изменением размера детали, воспринимается измерительным штоком 5. Перемещение последнего отклоняет угольник 6, от чего происходит изменение натяжения скрученной металлической ленты 4. Лента раскручивается и отклоняет укрепленное в ее средней части зеркало 3. Вместе с ним поворачивается отраженный луч, скользя по фоторезисторам блока 2. В зависимости от величины перемещения измерительного стержня 5 луч света попадает на тот или иной фоторезистор, резко уменьшая его омическое сопротивление.

Рис. XVI.69. Принципиальные схемы комбинированных фотоэлектрических преобразователей с набором фотоэлементов: а — пневмофотоэлектрический; б — индуктивно-фотоэлектрический

В результате ток, протекающий через фоторезистор и составляющий обычно возрастает и достигает значения, необходимого для срабатывания высокоомного реле, включенного последовательно с фоторезистором. Получают распространение также комбинированные фотоэлектрические преобразователи с блоками фотоэлементов.

На рис. XVI.69 показана схема пневмофотоэлектрического преобразователя. В зависимости от размера детали 1 изменяется давление в камере 2 манометрического прибора, что приводит к перемещению жесткого центра мембраны 3 и повороту рычага 4 с закрепленным на конце зеркалом 9. На зеркало при помощи оптической системы 10 проектируется световое пятно, которое после отражения попадает на ряд фоторезисторов 6. При повороте зеркала смещается относительно фоторезисторов и световое пятно. По положению светового пятна относительно шкалы 7 можно определить численное значение отклонения контролируемой линейной величины. Шторки 5, 8 и заслонка 11 служат для настройки датчика на предельные значения контролируемого размера. На рис. XVI.69, б

показана схема комбинированного преобразователя, в котором поворот рычага с зеркальцем происходит от притяжения намагниченной пластинки 1 рычага деталью 2, выполненной из ферромагнитного материала. Восстанавливающий момент создается спиральной пружиной 3.