SU1560999A1 - Photoelectric pressure transducer - Google Patents

Photoelectric pressure transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1560999A1
SU1560999A1 SU884453563A SU4453563A SU1560999A1 SU 1560999 A1 SU1560999 A1 SU 1560999A1 SU 884453563 A SU884453563 A SU 884453563A SU 4453563 A SU4453563 A SU 4453563A SU 1560999 A1 SU1560999 A1 SU 1560999A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
phototransistor
photo
sensor
sensitivity
housing
Prior art date
Application number
SU884453563A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Иванович Клетченков
Петр Алексеевич Яганов
Евгений Алексеевич Мокров
Вячеслав Михайлович Левин
Алексей Николаевич Любезнов
Александр Васильевич Куличков
Original Assignee
Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Предприятие П/Я А-1891
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции, Предприятие П/Я А-1891 filed Critical Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority to SU884453563A priority Critical patent/SU1560999A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1560999A1 publication Critical patent/SU1560999A1/en

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в технологических системах контрол . Цель изобретени  - расширение линейного диапазона выходного сигнала и повышение чувствительности датчика - достигаетс  тем, что фотоэлектрический датчик, содержащий корпус с закрепленным на упругой балке 3 световодом 4 и источник 5 излучени , снабжен фототранзистором 6, представл ющим собой МДП-транзистор с включенной в затворную цепь фотобатареей, состо щей из последовательно соединенных изолированных P-N-переходов, а также включаемым между затвором и истоком МДП-транзистора конденсатором обратной св зи, мен ющим свою емкость в зависимости от измер емого давлени . Конденсатор образован упругой балкой 3 и пластиной 7. Указанный конденсатор выполн ет функцию нелинейной нагрузки дл  фотобатареи, управл ющей работой МДП-транзистора, чем достигаетс  расширение линейного диапазона и повышение чувствительности датчика в диапазоне измер емого давлени . 6 ил.The invention can be used in measurement technology, in technological control systems. The purpose of the invention is to expand the linear range of the output signal and increase the sensitivity of the sensor - is achieved by the fact that the photoelectric sensor, comprising a housing with a light guide 4 fixed on an elastic beam 3 and a radiation source 5, is equipped with a phototransistor 6, which is a MIS transistor with a gate circuit photo battery consisting of series-connected isolated PN junctions, as well as a feedback capacitor connected between the gate and the source of the MOS transistor, which changes its capacitance depending on spines from measured pressure. The capacitor is formed by an elastic beam 3 and a plate 7. This capacitor performs the function of a nonlinear load for the photo battery that controls the operation of the MOS transistor, which results in an expansion of the linear range and an increase in the sensitivity of the sensor in the range of the measured pressure. 6 Il.

Description

&/./& /. /

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  давлени .The invention relates to a measurement technique and can be used to measure pressure.

Цель изобретени  - расширение диапазона измерени  и повышение чувствительности датчика.The purpose of the invention is to expand the measurement range and increase the sensitivity of the sensor.

На фиг.1 представлена конструкци  датчикаj на фиг.2 - схема включени  его элементов в электрическую цепь на фиг.З - позиционна  характеристика фотоэлектрического датчика; на фиг.4 - эквивалентна  электрическа  схема датчика $ на фиг.З - семейство вольтлюксных характеристик фотобатареи при различных импедансах нагруз- ки на фиг.6 - загисимость фото-ЭДС фотобатареи от ось ценности (перемещени ) .Figure 1 shows the construction of the sensor j in Figure 2 - the circuit for incorporating its elements into the electrical circuit of Figure 3; the positional characteristic of the photoelectric sensor; 4 is an equivalent electrical circuit of the sensor; FIG. 3 shows a family of volt-photo characteristics of a photo battery with different load impedances; FIG. 6 shows the photo-EMF photocell dependence on the axis of value (displacement).

В отверстие корпуса 1 вставлен подвижный шток 2, который передает .сосредоточенную силу па конец упругой консольной балки 3. К балке 3 прикреплен световод 4, посредством которого свет попадает от источника 5 излучени  к фогоприемнику 6. Неподвижно закрепленна  пластина 7 образует одну из обкладок конденсатора обратной св зи С0. Второй обкладкой конденсатора обратной св зи служит упруга} балка 4.A movable rod 2 is inserted into the opening of the housing 1, which transmits a concentrated force to the end of the elastic cantilever beam 3. A light guide 4 is attached to the beam 3, through which light comes from the radiation source 5 to the receiving plate 6. The fixed plate 7 forms one of the plates of the reverse capacitor connection C0. The second plate of the feedback capacitor is an elastic} beam 4.

Под действием прикладываемой к штоку 3 силы в результате изгибающей деформации конец балки 3 вместе с концом световода 4 описывает з пространстве дугу. Луч света, выход щий из конца световода 4, перемещаетс  по поверхности фоточувствительной области фотоприемника 6.Under the action of a force applied to the rod 3 as a result of bending deformation, the end of the beam 3, together with the end of the light guide 4, describes an arc in space. A beam of light emanating from the end of the light guide 4 moves along the surface of the photosensitive region of the photodetector 6.

Фотоприемник б представл ет собой нолевой транзистор со структурой металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-транзистор) и батарею фотоэлементов , включенную в затворную цепь МДП- транзистора. Фото-ЭДС, возникаю ща  на фотобатарее при освещении, управл ет работой МДП-транзистора, выходной сигнал которого зависит от освещенности.The photodetector b is a metal-dielectric-semiconductor (MOSFET) zero-transistor and a photocell battery included in the gate circuit of the MOS transistor. The photo emf produced on a photo battery under illumination controls the operation of the MOS transistor, the output of which depends on the illumination.

Зависимость выходного электрического сигнала от перемещени  (позиционна  характеристика) представлена на фиг.2.The dependence of the output electric signal on the displacement (positional characteristic) is presented in FIG.

Наиболее удобным дл  измерени   вл етс  диапазон изменени  перемещений , при котором выходной сигнал датчика близок к линейной функции l Bblx kx, где U аых - выходное напр жение ,- х - перемещение; k - коэффициент . Диапазон линейного изменени  выходного сигнала расширен путем включени  между затвором и истоком МДП-транзистора конденсатора обратной св зи Сс. При этом импеданс .нагрузки цепи, в которую включена фотобатаре , состоит из импеданса затвор - исток МДП-транзистора Z зм иThe most convenient for measuring is the range of motion variation, in which the output signal of the sensor is close to the linear function l Bblx kx, where U ayh is the output voltage, - x is the displacement; k - coefficient. The range of linear variation of the output signal is expanded by switching on between the gate and the source of the MOSFET of the feedback capacitor Cc. In this case, the impedance of the load of the circuit in which the photocell is included consists of the gate impedance — the source of the MOSFET Z zm and

g импеданса емкости ос (фиг.З). Параметры емкости С0 и МДП-транзистора подобраны так, что выполн етс  соотношение Z ос « Z ,„. При освещении фотобатареи переменным световым потокомg impedance capacitance wasp (fig.Z). The parameters of the capacitance C0 and MIS transistor are chosen so that the relation Z oc «Z,„ is fulfilled. When illuminating the photo battery with a variable luminous flux

5 фото-ЭДС,возникающа  на фотобатарее, также  вл етс  переменной величиной. Дл  переменной фото-ЭДС конденсатор С0 в цепи фотобатареи  вл етс  шунтирующей нагрузкой, включенной параллель0 но затвору МДП-транзисгора. В этом случае фото-ЭДС, прилагаема  к затвору МДП-транзистора, определ етс  импедансом емкости С 0. На фиг.4 представлено семейство вольтлюксных ха5 рактеристик фотобатареи при разных импедансах нагрузки. Чем больше импеданс нагрузки в цепи фотобатареи, тем больше ее фото-ЭДС.5 photo-emf arising on a photo battery is also variable. For a variable photo-emf, a capacitor C0 in the photo-battery circuit is a shunt load connected in parallel to the gate of the MIS transistor. In this case, the photo-EMF applied to the gate of the MIS transistor is determined by the impedance of the capacitor C 0. Figure 4 shows the family of volt-x characteristics of the photo-battery at different load impedances. The greater the load impedance in the photo battery circuit, the greater its photo-emf.

Под действием сосредоточенной силыUnder the influence of concentrated force

0 F происходит упруга  изгибающа  де- формаци  балки 3, что приводит к изменению освещенности фотоприемника 60 F, an elastic bending deformation of the beam 3 occurs, which leads to a change in the luminance of the photodetector 6

от некоторой минимальной величины Еfrom some minimum value of E

мин до максимальной Е . Емкость конденплО ( кСmin to maximum E. Capacity condenser (kS

сатора Ср уменьшаетс  от некоторой начальной С по С, ,„ , а импеданс растет отCp decreases from some initial C to C,, "and the impedance increases from

М Ип M Yip

Z0 до ZMt1H . Вследствие нелинейного характера зависимости фото-ЭДС фотоба тареи от освещенности (U InE) вы0 ходной сигнал ВДП-фототранзистора также нелинейно зависит от освещенности и, следовательно, от перемещени  (фиг.З). Подключение к затвору МДП-транзистора шунтирующего конден5 сатора С0 позвол ет увеличить фото- ЭДС фотобатареи при уменьшении ее освещенности, чем достигаетс  расширение линейного участка позиционной характеристики фотоприемника и увеличение чувствительности датчика.Z0 to ZMt1H. Due to the nonlinear nature of the photo-emf of the photobag as a function of illumination (U InE), the output signal of the VDP phototransistor also non-linearly depends on the illumination and, therefore, on the displacement (Fig. 3). Connecting a shunt capacitor C0 to the MOS transistor's gate allows an increase in the photo-EMF of a photo battery with a decrease in its illumination, which achieves an expansion of the linear portion of the positional characteristics of the photodetector and an increase in the sensitivity of the sensor.

00

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Фотоэлектрический датчик давлени , содержащий корпус, световод, источник света и передающий усилие элемент , отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измерени  и повышени  чувствительноети , он снабжен фототранзистором, выполненным в виде полевого транзистора типа металл - диэлектрик - полупроводник , в затворную цепь которого включена батаре  фотбэлементов, в виде последовательно включенных р - n-переходов, а также снабжен установленной внутри корпуса консольной балкой, конец которой св зан с передающим усилие элементом, и неподвиж иA photoelectric pressure sensor, comprising a housing, a light guide, a light source and a force transmitting element, characterized in that in order to expand the measurement range and increase the sensitivity, it is equipped with a phototransistor made in the form of a metal-insulator-semiconductor field-effect transistor a battery of photocell elements is included, in the form of successively connected p - n junctions, and is also provided with a cantilever beam installed inside the body, the end of which is connected to the force transmitting element, and epodvizh and оabout // Й-Й--YYY-- ной металлической пластиной, консоль- но закрепленной в корпусе, и расположенной параллельно балке, при этом фототранзистор установлен напротив торца световода, который по всей длине прикреплен к консольной балке, . причем в затворную цепь фототранзистора включена электрическа  емкость, образованна  консольной балкой и неподвижной металлической пластиной.with a metal plate mounted in a housing and parallel to the beam, while the phototransistor is installed opposite the end of the fiber that is attached to the console beam along the entire length. moreover, an electrical capacitance formed by a cantilever beam and a fixed metal plate is included in the phototransistor gate circuit. WW дгdg им them Фив. 2Thebes. 2 Фиг.ЗFig.Z -&№&-$- &# & - $ ФигМFigm Фа. 5F. five Редактор Л.Пчолинска Editor L.Pcholinsk Составитель А.Зос мовCompiled by A. Zos mov Техред Л.Сердюкова Корректор т.ПапиЙTehred L. Serdyukova Proofreader t.Papi Заказ 974Order 974 Тираж 462Circulation 462 ВНИ|ИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  иаб.„ д. 4/5VNI | IPI of the State Committee on Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk, 4/5 ас ace эиei tttt Фиг.66 ПодписноеSubscription
SU884453563A 1988-07-05 1988-07-05 Photoelectric pressure transducer SU1560999A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884453563A SU1560999A1 (en) 1988-07-05 1988-07-05 Photoelectric pressure transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884453563A SU1560999A1 (en) 1988-07-05 1988-07-05 Photoelectric pressure transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1560999A1 true SU1560999A1 (en) 1990-04-30

Family

ID=21386851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884453563A SU1560999A1 (en) 1988-07-05 1988-07-05 Photoelectric pressure transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1560999A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1381411А1, кл. G 01 L 11/00, 1988. Rines С.A. Fiber-optic accelerome- ter with hydrophon application. - Applied optics, 1981, Vol.20, № 19. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5517073A (en) Pressure sensor
US5917187A (en) Pyroelectric infrared ray sensor
US4009447A (en) Amplifier arrangement with zeroing device for piezoelectric transducers
SE8700556D0 (en) PRESSURE TRANSMITTER
US4880294A (en) Continuously variable microdiaphragm
SU1560999A1 (en) Photoelectric pressure transducer
US4453412A (en) Pressure sensor
EP1517127A2 (en) Charge signal converting amplifier
JPS58106410A (en) Distance detector
SU1472773A1 (en) Pressure transducer
SU1755074A1 (en) Apparatus for metering pressure
JP3324352B2 (en) Piezo actuator
RU2066855C1 (en) Pressure transducer
EP0561378B1 (en) Movement sensor of capacitive type
US3502894A (en) Angle measuring photoelectric transducer with two photocells and electroluminescent source of light
SU1288503A1 (en) Device for converting linear displacements
SU1674065A1 (en) Microdisplacement setting device
RU1811612C (en) Electrostatic accelerometer
SU1497443A1 (en) Photoelectric incremental raster transducer
SU1478128A1 (en) Accelerometer
ITTO960934A1 (en) CAPACITIVE POSITION SENSOR
RU1838754C (en) Pressure pickup
SU1545115A1 (en) Pressure pickup
RU2086042C1 (en) Semiconductor brightness detector
SU1229561A1 (en) Device for testing displacements