Universitatea tehnic din Cluj-Napoca

SENZORI gI TRADUCTOARE OPTICE

Autor : Gal Attila Grupa 2131 Secia: EA

Cuprins

Traductoare/senzori de proximitate a) Introducere b) Conversia optoelectronic c) Senzori de proximitate optici d) Traductor electrooptic

1

IntroducereSenzorul optic: Senzorul optic emite, prime te, i transform energia luminii ntrun semnal electric. Senzorii optice sunt utilizate n numeroase cercetari, aplica ii comerciale. Ace ti senzori sunt folosite pentru controlul calit ii i de proces, medico tehnologii, metrologie, imagistica, i teledetec ie pentru a men iona doar cteva exemple. Ast zi exist mai multe tipuri de senzori optici, multe bazate pe utilizarea de lasere, sisteme de imagistica, i / sau fibre. Traductoare : Elementele care realizeaz convertirea unei m rimi de intrare neelectric ntr-o m rime de ieire de natur electric ( tensiune, curent , sarcin electric , rezisten ) se numesc traductoare.

2

Conversia optoelectronic

Conceputul conversiei optoelectronic: a. principiul b. domeniu a. b.

3

Fotorezistorul

Componentele unui senzor optic trei categorii: a. Elementul fotosensibil, inclusiv primul nivel de preamplifivare; b. Elemente optice (oglinzi,lentile,filtre) i elemente auxiliare pentru fixare; c. Elementele de circuit electronic pentru prelucrarea informaiei. Fotorezistorul. Structura (fig.a) i caracteristici (fig.b)

Fotorezistorul este format dintr-un strat semiconductor de Se, SPb, Sta, SeCd,SePb depus prin evaporare n vid pe un gr tar metalic, fixat n prealabil pe o plac izolatoare;

Rezistena de ntuneric Rd fotorezistorului este rezistena inclus n circuitul electric de c tre fotorezistorul neiluminat. 4

Sensibilitatea integral

S:

ntrziere n r spuns - inferioar lui 10 ms.

5

Fotodiod

Fotodiod o jonciune p-n de o construcie special face posibil incidena razelor de lumin n domaniul zonei de difuzie a acesteia; Caracteristicile statice ale fotodiodei: Regimul propriu-zis de fotodiod ; Regimul de fotogenerator (transformator al energiei luminoase n energie electric ). n regim de fotodiod jonciunea p-n este polarizat invers cu ajutorul sursei Ui ; Incidena razelor de lumin n zona de difuzie determin o cretere a curentului invers Iinv ;Simbolul de polarizare fotodiodei

6

Fotodiod : a) construcie; b) caracteristici; Timpul de cretere variaz ntre 0.1 i 0.9 din valoarea final , la aplicarea unui salt de iluminare, este de ordinul a 1 s. Caracteristica de sensibilitate spectral - prezint (ca i celelalte fotodetectoare) un maxim. Fotodiod cu Si un maxim pentru max = 800 nm. n infrarou , fotodiodele din Ge au max =1.6 m iar cele din InAs, max =3.5 m. Fotoelementele cu lentil au o directivitate mai pronunat dect cele cu fereastr plan .

7

Fototranzistorul

Fototranzistorul: a) Caracteristici; b) Reprezentare; Fotortanzistorul este o pl cu semiconductoare (npn sau pnp) la care regiunea de baz poate fi iradiat cu lumin ; Ineria fototranzistoarelor n funcionare este mai mare dect cea a fotodiodei. 8

LED, IRED

Fotodiode emisive: Diodele electroluminiscente (LED) (Light Emitting Diode) IRED (Infrared Emitting Diode) Suprafaa activ a diodei: 0,1-10 mm2 Intensitatea radiaiilor emisie este proporional cu curenii direci prin jonciune (1- 100mA) Eficiena transform rii este de 1-5% Radiaia luminoas a unui LED- monocromatic : Cu radiaie roie (LED pe baz de GaAsP); Galben , verde (LED pe baz de GaP); Infraroie (LED pe baz de GaAs). Circuit pentru alimentarea unui:

9

Componente opticePrisme: De reflexie; De refractie; De divizare; Modificarea direciei de propagare a razei optice pe o oglind : a) Plan singular ; b) unghiular Lentile

Refracia luminii printr-o lentil convergent

Filtrele optice lame plan-paralele: Au o transparen selectiv n raport cu lungimile de und ale radiaiei incidente (filtre selective) sau Permit trecerea radiaiilor de orice lungime de und , micornd intensitatea luminoas a ntregului spectru (filtre neutre sau cenuii)

10

Senzori de proximitate opticiFuncionarea acestor senzori se bazeaz pe modificarea fluxului luminos dintre generator i un receptor n prezena obiectului controlat.

Schema principal a senzorului de proximate optic: 1-emitor; 2-receptor; 3-obiect; 4-lentil colimotoare Pentru m rirea rezistenelor la parazii n special n cazul lucrului n lumin puternic , ca surs de lumin (1) , se utilizeaz un generator de impulzuri scurte de frecven 0.1-1 kHz, cu posibilitatea de detectare sincron a acestor impulsuri din partea receptorului. 11

Schema principal a senzorului de proximitate optic pe principiul reflexiei

Ca generatoare se utilizeaz diodele cu radiaii n infrarou, iar ca receptoare (2) fotorezistoare, fototranzistoare, fotodiode. Pentru m rirea sensibilit ii spaiale de detectare, generatorul i receptorul, se prev d cu sisteme optice de focalizare pentru distana prescris . 12

Poziia relativ i modul de conectare la reea a celor doua componente Principiul senzorului de proximate optic (E-emitor; R receptor) a) Obiect nesesizat; b) Obiect sesizat; Utilizarea fibrelor optice

13

Scheme de alimentare ale traductorului

Vedere expandat a senzorului de proximitate optic

14

Senzor de proximitate optic

Domenii de sensibilitate

15

Senzor optic: a) Poziionare n efector; b) Componena (1-emitor; 2receptor; 3- bac

Dependena semnalului de poziia senzorului: a) Funcie de distana d; b) Funcie de unghiul

16

Profilul semnalelor la scanarea piesei: a) Linia de scanare 1; b) Linia de scanare 2; 17

Senzor optic n efectorul final al RI IRb- 60

Dispunerea senzorilor pe efector

18

Traductoare electroopticeTraductoare electro optice permite eliminarea contactului cu elementul sensibil elastci. Schema unui traductor electrooptice (poate avea dimansiuni de ordinul milimetrilor)

Elementul sensibil elastic membran - reflect lumina adus printr-o fibr optic de la o surs de lumin . Lumina reflectat este preluat de c tre o alt fibr optic i adus , la fotodetectorul FD. 19

La apariia unei presiuni p, membran se deformeaz i produce dispersarea fasciculului de lumin , ceea ce va conduce la sc derea fluxului de lumin ce ajunge la fotodetector. Metoda descris mai sus prezint avantajul c partea electric poate fi situat la distan apreciabil de traductor, fapt ce permite reducerea nivelului de perturbaii. Ca dezavantaje pentru traductoarele complexe de presiune cu traductoare electrooptice pot fi citate modificarea factorului de reflexie n timp, precum i influena temperaturii asupra caracteristicilor traductorului.

20