Optik datchiklarning ishlash printsipi Optik sensorning asosiy sxemasi 2-2.1 (a)-rasmda ko'rsatilgan. LEDning anodi RE rezistori orqali VCC quvvat liniyasiga ulanadi va katod erga ulanadi. To'g'ridan-to'g'ri oqim IF LED orqali oqadi va ko'zga ko'rinmaydigan infraqizil nurni chiqaradi. Foto tranzistorning kollektori RL rezistori orqali VCC quvvat liniyasiga ulangan va emitent tuproqli. Bundan tashqari, kollektor komparatorning kirish terminaliga yoki keyingi bosqichning ICga ulanishi kerak. Yorug'lik chiqaradigan va aniqlovchi qurilmalar 2-2.1 (b) rasmda ko'rsatilgandek joylashtirilgan. Emitent va detektor orasiga yorug'likni o'chirish plitasi, ya'ni aniqlanishi kerak bo'lgan nishon kelganda, fototranzistor o'chadi va kollektordagi potentsial ko'tariladi. Boshqa tomondan, u chiqarilganda tranzistor yoqiladi va kollektor potentsiali tushadi. Boshqacha qilib aytganda, moddaning mavjudligi aniqlanadi va u bilan aloqa qilmasdan elektr signaliga aylanadi. Odatda, bu signal turli periferik funktsiyalarni boshqarish uchun keyingi bosqichning keyingi signalni qayta ishlash sxemasiga kiritiladi.
Shakl 2-2.1 - Optik sensorning ishlash printsipi
Optik datchiklar davrlarini loyihalash tartib-qoidalari Birinchidan, RE va RL qiymatlarini oling. Shakl 2-2.1 (a), LEDning to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishining pasayishi VF bo'lsa, LEDga oqayotgan IF oqimi quyidagicha ifodalanadi: (1) IF=(VCC-VF) / RE va (2) ni qondirish kerak. ) IF=IF (MAX) (Ta=TOPR (MAX)) (1) va (2) dan RE quyidagi formula bilan aniqlanadi: (3) IF=(VCC-VF) / IF (MAX) Bo'lishi mumkin 2-2.2-rasmda ko'rinib turibdiki, IF qanchalik katta bo'lsa, IE shunchalik ko'p optik chiqish hosil bo'ladi va shuning uchun RE ni hal qilgandan keyin IF va IE ning ruxsat etilgan yo'qotish tebranishini hisobga olgan holda IF (MIN) ni hisoblash kerak. RL ning to'g'ri qiymati: RL ning yuqori chegara qiymatini oling 2-2.1 (b)-rasmda yorug'likni kesish plitasi ichkarida bo'lganda, LEDdan yorug'lik chiqarish natijasida hosil bo'lgan IL foto elektr toki fototranzistorga oqmaydi, lekin oqish fotosurati. joriy IL' va qorong'u oqim, Id, faqat oqadi. Bu vaqtda VOH kollektorining potentsiali: VOH=VCC – RL x (Id +IL') Biroq, keyingi bosqichga/chiqish oqimiga kirish/chiqish oqimini e'tiborsiz qoldirish mumkin deb taxmin qilinadi.
2-2.2-rasm
Id 2-1.5-rasmda ko'rsatilganidek, atrof-muhit haroratining ko'tarilishi bilan tez ortib borishi sababli, keyingi bosqichning yuqori darajadagi kirish kuchlanishini VIH deb hisoblasak, quyidagilarni qondirish kerak: VIH< voh="" da="" ta="Topr" (max)="" rl="(VCC" –="" vih)="" (id="" +="" il="" keyin,="" rl="" ning="" pastki="" chegara="" qiymatini="" oling.="" yorug'likni="" kesish="" plitasi="" ichida="" bo'lmaganda,="" yorug'lik="" fototranzistor="" tomonidan="" qabul="" qilinadi.="" va="" yorug'lik="" oqimi="" il="" va="" yuqorida="" aytib="" o'tilgan="" id="" +="" il'="" fototranzistorga="" oqadi.="" odatda,="" agar:="" il="Id" +="" il'="" bo'lmasa,="" yorug'likni="" o'chirish="" plitasining="" mavjudligini="" nuqtai="" nazardan="" ajratish="" qiyin="" bo'ladi.="" s/n="" nisbati="" bo'lsa,="" hozirgi="" vaqtda="" kollektor="" potensiali="" vol="" (4)="" vol="VCC" –="" rl="" (il="" +="" id="" +="" il')="" keyingi="" bosqichga="" past="" darajadagi="" kirish="" kuchlanishi="" vil'="" (5)="" vil>="" ni="" qondirish="" kerak;vol="" formulalari="" (4)="" va="" (5)="" il="" ning="" pastki="" chegara="" qiymatida="" ham="" bajarilishi="" kerak.="" il="" (min)="" pastki="" chegara="" qiymati:="" il="" (min)="" )="CTR" (min)="" x="" dt="" x="" dta="" x="">
2-1.5-rasm
Dt: Ish paytida CTR buzilish omili (2-1.7-rasm) DTa: CTR haroratining o'zgarishi (2-1.6-rasm) Dn: chang va axloqsizlikdan CTR o'zgarishi Formulalar (4) va (5), RL=(VCC - VIL) ) / (IL(MIN) + Id + IL') RL qanchalik kichik bo'lsa, almashtirish vaqti shunchalik qisqaradi. YORILIK CHARATGAN VA QABUL QILISh QURILMALARNING BOGLANISh XUSUSIYATLARINI QANDAY OLISH MUMKIN Quyida yorug‘lik chiqaruvchi va aniqlovchi qurilmalarning ulash xarakteristikalari ularning qo‘llanilishi mumkin yoki yo‘qligini aniqlash uchun dastlabki loyiha sifatida hisoblanadi. Keyin, ikkinchi bosqich sifatida haqiqiy ishlashni tekshirish usuli va boshqalar taqdim etiladi. Dastlabki dizayn Vakillik mahsulotining ulanish xususiyatlari 2-4.1 ~ 2-4.3-rasmlarda ko'rsatilgan. Bu kabi xarakterli diagrammalar yorug'lik chiqaradigan va aniqlash qurilmalarining kombinatsiyasiga qarab bir oz farq qiladi. Odatda, qachon d> Quyidagi hisoblash usulida 1 sm yoki undan ko'p bo'lsa, bu xususiyatlarni alohida-alohida tekshirmasdan taxminan olinishi mumkin.
(chapda) 2-4.1-rasm - TLN108 va TPS601A ni ulash xususiyatlari (o'ngda) 2-4.2-rasm - TLN105B va TPS703 ni ulash xususiyatlari
2-4.3-rasm - TLN107A va TPS608A ni ulash xususiyatlari
Birinchidan, ma'lumotlar varag'ida ko'rsatilgan shartlarga muvofiq yorug'lik chiqaradigan qurilmaning nurlanish intensivligini IE (MIN) va yorug'likni aniqlash moslamasining yorug'lik oqimi IL (MIN) ni o'qing. Nurlanish intensivligi IE (mVt/sr) 1 sm2 maydonda 1 sm masofada tarqalgan EO (mVt/sm2) nurlanish tushishiga ekvivalent bo'lganligi sababli, d sm masofada olinadigan nurlanish hodisasi E (haqiqiy) quyidagi formula bo'yicha olinadi: E (haqiqiy) ~ IE/d2 (mVt/sm2) Yorug'likni aniqlovchi sezgirlik sharoitida yorug'likni aniqlash moslamasining nurlanish chastotasi E deb faraz qilinsa, ulangan holatda yorug'lik oqimi IL (haqiqiy) quyidagicha olinadi: IL (haqiqiy)=IL x(E (haqiqiy) / E) Qabul qilingan yorug'lik oqimi juda kichik bo'lsa va oxirgi bosqich sxemasini loyihalash qiyin bo'lsa, yorug'lik chiqaruvchi qurilmaning doimiy to'g'ridan-to'g'ri oqimini IF ni oshiring yoki nurlanish intensivligini oshiring IE (mVt/sr) ) oldinga impulsli oqim bilan. Misol tariqasida quyidagi sharoitlarda tekshiruv o'tkazing: Emitent: IE(MIN)=1 mVt/sr IF=20 mA da Detektor: IL(MIN)=20 mA E=0,1 mVt/sm2, VCE=3V Emitent orasidagi masofa va Detektor: d=1,5 sm E (haqiqiy) (MIN)=IE / d2=1 x (1/1,52)=0,44 mVt/sm2 (MIN) IL (haqiqiy) (MIN) ~ (E (haqiqiy) / E) x IL (MIN)=(0,44 / 0,1) x 20 mA=88 mkA IL (haqiqiy) (MIN) 88 mkA bo'lgani uchun TTL ni to'g'ridan-to'g'ri haydash mumkin emas, lekin C-MOS IC ulanishi mumkin. Keyinchalik, yorug'lik qabul qiluvchi qurilmadagi yuk ta'minot kuchlanishiga qarab belgilansa-da, uning o'tish tezligi yuk qiymatiga juda bog'liq va uni oldindan tekshirish kerak. Foto datchiklarni qo'llash sxemalari Infraqizil LEDlarni qo'llash sxemalari Infraqizil qurilmaning Po quvvat chiqishi LEDning to'g'ridan-to'g'ri oqimiga bog'liq bo'lganligi sababli, chiqishning Yoqish-O'chirish holati to'g'ridan-to'g'ri oqimni boshqarish orqali hal qilinishi mumkin. Bu erda doimiy yorug'lik va boshqalar kabi vakillik yoritish usullari va dizayn uchun ehtiyot choralari tushuntiriladi. Shakl 3-1.1da ko'rsatilgan doimiy quvvat ishlatilganda yoritish uchun asosiy sxema. IF bu holda quyidagi formula bilan ifodalanadi: IF=(VCC – VF) / R VCC : Ta'minot kuchlanishi VF : LEDning oldinga kuchlanishi IF : LED PHO yorug'lik davri DC ga o'tadigan oqim.
(Chapdan o'ngga) 3-1.1-rasm – To'g'ridan-to'g'ri qo'zg'aysan qurilmasi 3-1.2-rasm – Ruxsat etilgan oqim qo'zg'aysan sxemasi 3-1.3-rasm – Ko'p LED qo'zg'aysan sxemasi
3-1.2-rasmda Transistorli LEDning VF o'zgarishlarini qamrab oluvchi sxema ko'rsatilgan. Ushbu sxemadagi IF quyidagi formula bilan ifodalanadi: IF=(VB – VBE) / R3 VB : Baza kuchlanish VBE : Bazadan emitent kuchlanish R3 : Emitent qarshiligi Bundan tashqari, to'g'ri sozlash orqali chiqishning haroratga bog'liqligini kamaytirish mumkin. Ushbu sxemada VBE va VB. Chiqish quvvati etarli bo'lmaganda yoki yorug'lik qabul qiluvchi qurilma juda uzoqda joylashgan bo'lsa, 3-1.3-rasmda ko'rsatilgandek, sxemani ketma-ket yoki parallel ulanish orqali bajarish mumkin. Bunday holda, IF=(VCC – nVF) / R (seriyali ulanish) IF=(VCC – VF) / R (parallel ulanish) AC Driving 3-1.4-rasmda ko'rsatilgan deyarli yarim to'lqinli AC yoritish uchun asosiy sxemalardir. . Umuman olganda, ikkita haydash usuli mavjud. Ularning ikkalasi ham LEDni teskari kuchlanishdan himoya qilish uchun himoya diyotidan foydalanadi. (a) da, bu himoya diyot VCC ta'minot kuchlanishiga mos keladigan teskari kuchlanish turi va (b) da himoya diyotining teskari kuchlanishi infraqizil LEDning to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishidan taxminan ikki baravar yuqori bo'lishi kerak.
Yuqoridagi sxemada VCC besleme zo'riqishida nominal kuchlanishga mos keladigan doimiy R ishlatiladi. Bundan tashqari, R tanlanadi, shunday qilib u infraqizil LEDning to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri oqimining IF nominal qiymati bilan cheklangan bo'lib, VCC quvvat kuchlanishi maksimal bo'ladi.
Shakl 3-1.4 - AC qo'zg'aysan davri
Impulsli haydash Optik signal impulsli modulyatsiyalangan yorug'likka o'zgartirilsa, ko'p afzalliklarga erishish mumkin. Quyidagilar hisobga olinadi: impulsli modulyatsiyalangan signalning ish nisbati kichik bo'lsa, yorug'lik chiqaruvchi qurilmaning bir lahzali yorug'lik chiqishi ortadi, optik signal atrof-muhit yorug'ligidan ajratiladi va S / N nisbati yaxshilanishi ta'minlanadi. Batareya quvvat manbai sifatida foydalanilganda, qurilmaning quvvat sarfi kamayishi mumkin va shuning uchun batareyaning ishlash muddati uzaytiriladi. Yorug'likni qabul qilish bo'limidagi keyingi bosqich bilan RC ulanishi mumkin bo'ladi va harorat ko'tarilishi natijasida qorong'u oqim kuchayishining ta'siridan qochish mumkin. Ushbu impulsli haydash tizimi TTL yoki C-MOS va Tr va boshqalar bilan birgalikda ishlab chiqilgan. 3-1.5-rasmda ko'rsatilgan sxemada TTL yoki C-MOS qurilmasining IOL ning elektr xususiyatlariga e'tibor berish kerak. chunki IF< ni qondirish uchun haddan tashqari katta oqimlarni qo'llash mumkin emas; IOL. Yuqori oqimni qo'llash uchun 3-1.6-rasmda ko'rsatilgandek yuqori chiqish oqimi quvvatiga ega bufer IC dan foydalanish yoki tranzistorni tashqaridan o'rnatish kerak. TTL, C-MOS va bufer IC ning IOL va VOL xarakteristikalari ma'lumot uchun ko'rsatilgan.
3-1.5-rasm
Fototranzistorlarni qo'llash sxemalari Asosiy sxema Fototranzistorning asosiy sxemasi 3-2.1-rasmda ko'rsatilgan. Yuklanish qarshiligi RL fototranzistorning qorong'u oqim haroratini hisobga olgan holda tanlanadi. Agar RL juda katta bo'lsa, foto tranzistorni faqat yuqori haroratda qorong'i oqim bilan yoqish mumkin. Misol uchun, TPS601A foto tranzistori Ta=100 ° C da ishlaganda, qorong'u oqim taxminan 100 mA bo'lishi mumkin. RL VCC=5V da 50 kVt quvvatga o'rnatilganda, TPS601A qorong'u oqimning oshishi bilan butunlay ON holatiga aylanadi.
3-2.1-rasm – Fototranzistorning asosiy sxemasi
Baza terminali bilan fototranzistorning egilish sxemasi RBE emitter rezistoriga bazaning qorong'u oqimga, shuningdek yorug'lik oqimiga ta'siri 3-2.2 (a) va (b)-rasmda ko'rsatilgan. Odatda, fototranzistorning qorong'u oqimi normal haroratda bir necha nA ga teng bo'ladi va kollektor orqali tayanch ulanish nuqtasiga qochqin oqimini chetlab o'tish uchun taglik va emitent orasiga rezistor RBE qo'yish orqali qorong'u oqimni yanada kamaytirish mumkin. Agar RBE haddan tashqari kichik bo'lsa, fototranzistorning ko'rinadigan hFE qiymati kamayadi va kerakli yorug'lik oqimi IL ni olish mumkin emas, shuning uchun 1 MVt dan ortiq RBE mos keladi.
Shakl 3-2.2 (a) - RBE tomonidan qorong'u oqimning kamayishi / 3-2.2-rasm (b) - RBE tomonidan yorug'lik oqimining o'zgarishi
Bundan tashqari, asosiy terminaldan foydalanib, fototranzistorning ish nuqtasini kerakli darajada o'rnatish mumkin. Bu holda yorug'lik-yorug'lik oqimi xususiyatlarining chiziqliligi asosiy oqim oqimi nolga teng bo'lgan holat bilan solishtirganda sezilarli darajada yaxshilandi. Bunga qo'shimcha ravishda, 3-2.4-rasmda ko'rsatilgan qon yo'qotish usuli mavjud bo'lib, u eksperimental ravishda DC ish nuqtasida termal barqarorlikni yaxshilaydi, RB qiymati uchun 2 ~ 10 MVt mos keladi. Bu fotodiodning deyarli barcha yorug'lik oqimi IL ni kollektor va tayanch ulanish nuqtalarida bazadagi impedansni oshirish orqali fototranzistor bazasiga qo'llashdir.
Shakl 3-2.4 (b) - Qonashtiruvchi turdagi egilish usuli
Haroratni kompensatsiya qilish davri Fototranzistorning yorug'lik oqimi IL va qorong'u oqim Id musbat harorat koeffitsientiga ega. Xususan, qorong'u oqim individual texnik ma'lumotlar varaqlarida ko'rsatilganidek, eksponent ravishda oshadi. Shuning uchun, 50 ~ 60 ° C atrof-muhit haroratida barqaror ishlashga erishish uchun qorong'u oqim va fototranzistorning foto elektr toki uchun haroratni qoplash kerak bo'ladi. 3-2.5-rasmda ko'rsatilgan sxema, diyotning VF to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishi tomonidan saqlanadigan salbiy harorat koeffitsientidan foydalanadi. Asosiy terminali bo'lmagan fototranzistor ishlatilsa, chiqish kuchlanishini qoplash usuli 3-2.6-rasmda ko'rsatilganidek, termistor yordamida fototranzistorning yuk qarshiligini kamaytirish bo'ladi.
Shakl 3-2.5 - Qarshilik diyotidan foydalangan holda haroratni qoplash davri
Shakl 3-2.6 - Termister yordamida haroratni qoplash davri
3-2.7 (a)-rasmda ko'rsatilgan asosiy kuchaytirgich sxemasi NPN tranzistoridan foydalangan holda Darlington ulanishi va 3-2.7 (b) - PNP tranzistoridan foydalangan holda Darlington ulanishi. Ikkala sxemada yorug'lik oqimi hFE marta ortadi va chiqish oqimi IC hFE ga aylanadi. IL
3-2.7-rasm - Foto tranzistor uchun kuchaytirgich sxemasi
3-2.8-rasmda operatsion kuchaytirgich yordamida kuchaytirish yordamida asosiy sxemalar misollari ko'rsatilgan.
Shakl 3-2.8 - Operatsion termistli kuchaytirgich sxemasi
Kommutatsiya tezligini yaxshilash Fototranzistorning yorug'lik oqimi kichik bo'lganligi sababli yuk empedansini oshirish orqali kuchlanish kuchaytirilsa, kommutatsiya tezligi xarakteristikasi teskari ta'sir sifatida qurbon bo'lishi mumkin. Buning chorasi sifatida PNP tranzistorli sxemalar (3-2.9 (a)-rasm) yoki NPN tranzistorining kaskadli ulanishi (3-rasm) orqali impedansni aylantirish orqali yuk hajmidan nisbatan mustaqil bo'lgan kommutatsiya tezligi xususiyatlarini olish usullari mavjud. 2.9 (b)). Sinov usullari foto elektr kaliti/yuqori tezlikda lenta o'quvchi uchun yuqori tezlikda impuls modulyatsiyalangan yorug'likni aniqlash pallasida qo'llaniladi.
Shakl 3-2.9 - Chastotani xarakteristikani yaxshilashga misollar
Analog foydalanish foto tranzistorlari fotodiodlarga qaraganda yuqori sezuvchanlikni ta'minlaydi, chunki ular ichki kuchaytirish funksiyasi bilan jihozlangan; ammo sezuvchanlik kuchaytiruvchi omillarning farqiga qarab sezilarli darajada o'zgarib turadi. Shuning uchun sezgirlikni to'g'rilash uchun o'zgaruvchan qarshilikdan foydalanish yoki aniq sezgirlik darajasi uchun oldindan tanlangan mahsulotni sotib olish kerak.
3-2.14-rasm
3-2.14-rasmda ko'rsatilgan (a) tranzistorli kuchaytirgichning oqimini nazorat qiluvchi sxema. Fototranzistorning kollektor oqimi keyingi bosqich tranzistorining bazasini boshqaradi, uning emitenti erga ulanadi. Fototranzistorning sezgirligidagi tebranish emitent pallasida RE qayta aloqa rezistori tomonidan boshqariladi. Shakl 3-2.14 (b) da tranzistor kuchaytirgichining kuchlanishini boshqaruvchi sxema ko'rsatilgan. Fototranzistorning kollektor oqimi o'zgaruvchan qarshilik orqali oxirgi bosqich tranzistorini boshqarish uchun kuchlanish hosil qiladi. Tranzistor izdoshdir va individual foto tranzistorlar orasidagi tebranishlar o'zgaruvchan qarshilik RA tomonidan tuzatiladi. Shuning uchun, fototranzistorni almashtirish vaqti RA tomonidan o'zgartiriladi. Fotodiodlarni qo'llash sxemalari Infraqizil LEDlar bilan birgalikda fotodiodlar ikki usulda qo'llaniladi; yorug'lik mavjudligini aniqlash uchun raqamli va yorug'lik miqdorini aniqlash uchun analog. Raqamli foydalanish Javob tezligi tez bo'lgani uchun fotodiodlar yuqori tezlikda almashtirish uchun mos keladi. Biroq, boshqa tomondan, yorug'lik oqimi kichik bo'lgani uchun, 3-3.1 (a)-rasmda ko'rsatilganidek, yuqori kirish empedansiga ega FETni yoki 3-3.1-rasmda ko'rsatilgandek yuqori kuchaytirgichli sxemani ishlatish kerak ( b). Kuchaytirishni oshirish uchun operatsion kuchaytirgich ishlatiladi. Yuqori tezlikdagi javob talab qilinganda, tegishli yuqori tezlikdagi ilovalar uchun kuchaytirgichni tanlash kerak.
3-3.1-rasm – Forodiodning kuchaytirgich sxemasi (raqamli foydalanish)
Analog foydalanish Fotodiodlarning yoritilishi va foto elektr tokining xarakteristikalari fototranzistorlarga qaraganda lineerga yaqinroq va fotodiodlarni analog ilovalarda osonlik bilan ishlatiladigan mahsulot deb aytish mumkin. Ushbu turdagi foydalanish uchun chiziqli kuchaytirish va logarifmik kuchaytirish mavjud.
3-3.2-rasm – Fotodiodning kuchaytirgich sxemalari (analog foydalanish)
Ko'zgu aks ettiruvchi turdagi foto datchiklarni qo'llash sxemalari. Ko'zgu aks ettiruvchi turdagi foto datchik ikki xilda mavjud; fokus turi va fokussiz turi. To'g'ri tur ilovaga qarab tanlanishi kerak. Shaklda ko'rsatilgan tegishli asosiy aniqlash pozitsiyasi xususiyatlaridan ko'rinib turibdiki. 3-5.1 va 3-5.2, fokus turiga xos xususiyatni aniqlovchi qora va oq chegara yuzasi pozitsiyasi fokussiz turga qaraganda aniqroq. Shuning uchun, shtrix kodni aniqlash ilovalari uchun fokus turi fokussiz turdan ustundir. Biroq, kichik fokussiz turi ob'ektlarni aniqlash uchun samarali.
Shakl 3-5.1 - Fokus bo'lmagan turdagi aniqlash pozitsiyasining xarakteristikasiga misol
Shakl 3-5 - Ko'zgu turi foto sensori asosiy aniqlash sxemasi
Fotosensorning aks ettiruvchi turi aniqlangan ob'ektning mavjudligini raqamli ravishda chiqarish uchun zarur bo'lganligi sababli, 3.5-4-rasmda ko'rsatilganidek, aks ettirish tipidagi foto sensorning keyingi chiqish bosqichida taqqoslash sxemasi ulanadi.
Shakl 3-5.4 Ko'zgu tipidagi foto datchikni komparator bilan ulash sxemasi
Ko'zgu tipidagi fotosensorni qo'llash dizayni uzatish tipidagi fotosensorga qaraganda qiyinroq, chunki:
Ko'rsatuvchi moddalarning aks ettirish omillari bir-biridan farq qiladi
Yo'naltiruvchi moddalarning masofalari osongina boshqariladi
Ikkala yorug'lik chiqaradigan va aniqlash sirtlari bir xil tekislikda va tashqi yorug'lik ta'siriga sezgir bo'lib, oqish oqimi kuchayadi.
Shuning uchun, agar iloji bo'lsa, transmissiya tipidagi foto sensorni loyihalash yaxshiroq deyish mumkin.
