UA115960U

UA115960U - OPTICAL RADIATION MEASURER

Info

Publication number: UA115960U
Application number: UAU201604577U
Authority: UA
Inventors: Олександр Володимирович Осадчук; Володимир Валерійович Мартинюк; Людмила Вікторівна Крилик; Олена Олександрівна Селецька; Андрій Вікторович Сироватський
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-05-10

Abstract

Вимірювач оптичного випромінювання містить резистор, конденсатор, загальну шину, дві вихідні клеми та джерело постійної напруги. Додатково містить чотири резистори, другий конденсатор, два біполярні транзистори, фоточутливий семістор та друге джерело постійної напруги.The optical radiation meter contains a resistor, a capacitor, a common bus, two output terminals and a DC voltage source. It additionally contains four resistors, a second capacitor, two bipolar transistors, a photosensitive semistor and a second DC voltage source.

Description

Корисна модель належить до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний як датчик виміру освітленості в різноманітних пристроях автоматичного керування технологічними процесами.The useful model belongs to the field of control and measurement technology and can be used as a light measurement sensor in various devices for automatic control of technological processes.

Відомий пристрій для виміру освітленості |див.: Виглеб Г. Датчики. - М.: Мир. - 1989. - С. 132- 137), який складається з фотодіода, джерела постійної напруги, резистора і операційного підсилювача. Фотодіод складається з напівпровідникової р-і-п структури, в якій тонкі провідні шари р-і-п-типу розділені областю нелегованого високоомного кремнію (і). При дії на р-і перехід світлових променів виникає фотострум, величина якого змінюється лінійно залежно від інтенсивності падаючого світла.A well-known device for measuring illumination | see: Vygleb H. Sensors. - M.: Mir. - 1989. - P. 132-137), which consists of a photodiode, a source of constant voltage, a resistor and an operational amplifier. The photodiode consists of a semiconducting p-i-p structure in which thin p-i-p type conductive layers are separated by a region of undoped high-resistance silicon (i). When acting on the p-th transition of light rays, a photocurrent occurs, the value of which varies linearly depending on the intensity of the incident light.

Недоліком такого пристрою є мала чутливість, особливо в області малої освітленості, тому, що при цьому різко знижується швидкість оптичної генерації носіїв заряду.The disadvantage of such a device is its low sensitivity, especially in the area of low light, because the rate of optical generation of charge carriers is sharply reduced.

Найближчим аналогом до запропонованої корисної моделі є мікроелектронний вимірювач освітленості |див. патент України Мо 40238, м. кл. НО1127/14, 2001, бюл. Мо 6|, який містить джерело постійної напруги, резистор, конденсатор, пасивну індуктивність, оптично чутливий тунельно-резонансний діод, вихідні клеми та загальну шину, причому перший полюс джерела постійної напруги з'єднаний з першим виводом резистора, першим виводом конденсатора і першим виводом оптично чутливого тунельно-резонансного діода, а другий вивід оптично чутливого тунельно-резонансного діода з'єднаний з першим виводом пасивної індуктивності, до якого підключена перша вихідна клема, при цьому другий вивід пасивної індуктивності з'єднаний з другим полюсом джерела постійної напруги, другим виводом конденсатора і другим виводом резистора, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема.The closest analog to the proposed useful model is a microelectronic illuminance meter | see patent of Ukraine Mo 40238, m. cl. HO1127/14, 2001, Bull. Mo 6|, which includes a constant voltage source, a resistor, a capacitor, a passive inductance, an optically sensitive tunnel resonance diode, output terminals and a common bus, and the first pole of the constant voltage source is connected to the first terminal of the resistor, the first terminal of the capacitor and the first terminal optically sensitive tunnel-resonant diode, and the second terminal of the optically sensitive tunnel-resonant diode is connected to the first terminal of the passive inductance, to which the first output terminal is connected, while the second terminal of the passive inductance is connected to the second pole of the constant voltage source, the second terminal capacitor and the second output of the resistor, which form a common bus to which the second output terminal is connected.

Недоліком такого пристрою є обмежені функціональні можливості, так як відсутня можливість роботи на великих струмах.The disadvantage of such a device is limited functionality, as there is no possibility of operation at high currents.

В основу корисної моделі поставлена задача створення вимірювача оптичного випромінювання, в якому за рахунок введення нових елементів і зв'язків між ними досягається можливість роботи схеми при високих струмах, що розширює його функціональні можливості.The basis of a useful model is the task of creating an optical radiation meter, in which, due to the introduction of new elements and connections between them, the possibility of operation of the circuit at high currents is achieved, which expands its functionality.

Поставлена задача вирішується тим, що у вимірювач оптичного випромінювання, який містить резистор, конденсатор, загальну шину, дві вихідні клеми та джерело постійної напруги, який згідно з корисною моделлю введено чотири резистори, конденсатор, два біполярніThe problem is solved by the fact that the optical radiation meter, which contains a resistor, a capacitor, a common bus, two output terminals and a source of constant voltage, which, according to a useful model, has four resistors, a capacitor, two bipolar

Зо транзистори, фоточутливий семістор та друге джерело постійної напруги, причому перший вивід третього резистора з'єднаний з другим виводом першого резистора, другий вивід третього резистора підключений до бази першого біполярного транзистора, емітер якого з'єднаний з першим виводом четвертого резистора та першої ємності, другі виводи яких підключені до емітера другого біполярного транзистора, колектор першого біполярного транзистора з'єднаний з першим виводом п'ятого резистора, які утворюють загальну шину, до якої підключена перша вихідна клема, перший вивід другої ємності з'єднаний з першим полюсом першого джерела постійної напруги, другий вивід п'ятого резистора з'єднаний із першим виводом шостого резистора та базою другого біполярного транзистора, колектор якого з'єднаний із другим виводом шостого резистора, другим виводом другого конденсатора та другим полюсом першого джерела постійної напруги, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема, перший полюс першого джерела постійної напруги з'єднаний із першим виводом першого резистора, перший вивід фоточутливого семістора підключено до першого виводу п'ятого резистора та колектора першого біполярного транзистора, другий вивід фоточутливого семістора з'єднаний з першим виводом другої ємності та першим полюсом першого джерела постійної напруги, перший вивід другого джерела постійної напруги з'єднаний з першим виводом третього резистора та другим виводом першого резистора, другий вивід другого джерела постійної напруги з'єднаний з колектором другого біполярного транзистора та другим виводом шостого резистора.Zo transistors, a photosensitive semiconductor and a second constant voltage source, and the first terminal of the third resistor is connected to the second terminal of the first resistor, the second terminal of the third resistor is connected to the base of the first bipolar transistor, the emitter of which is connected to the first terminal of the fourth resistor and the first capacitor, the second terminals of which are connected to the emitter of the second bipolar transistor, the collector of the first bipolar transistor is connected to the first terminal of the fifth resistor, which form a common bus to which the first output terminal is connected, the first terminal of the second capacitor is connected to the first pole of the first DC source voltage, the second terminal of the fifth resistor is connected to the first terminal of the sixth resistor and the base of the second bipolar transistor, the collector of which is connected to the second terminal of the sixth resistor, the second terminal of the second capacitor and the second pole of the first constant voltage source, which form a common bus, to which the second output terminal is connected, the first pole first of the constant voltage source is connected to the first terminal of the first resistor, the first terminal of the photosensitive semiconductor is connected to the first terminal of the fifth resistor and the collector of the first bipolar transistor, the second terminal of the photosensitive semiconductor is connected to the first terminal of the second capacitor and the first pole of the first constant voltage source , the first terminal of the second constant voltage source is connected to the first terminal of the third resistor and the second terminal of the first resistor, the second terminal of the second constant voltage source is connected to the collector of the second bipolar transistor and the second terminal of the sixth resistor.

На кресленні подано схему вимірювача оптичного випромінювання.The drawing shows the scheme of the optical radiation meter.

Пристрій містить перший 1, другий 2, третій 6, четвертий 8 та п'ятий 9 резисторів, першу 5 та другу 11 ємності, перший 4 та другий 7 біполярні транзистори, загальну шину, дві вихідні клеми, фоточутливий семістор 10 і перше 12 та друге З джерела постійної напруги, причому перший вивід третього резистора 2 з'єднаний з другим виводом першого резистора 1, другий вивід третього резистора 2 підключений до бази першого біполярного транзистора 4, емітер якого з'єднаний з першим виводом четвертого резистора б та першої ємності 5, другі виводи яких підключені до емітера другого біполярного транзистора 7, колектор першого біполярного транзистора 4 з'єднаний з першим виводом п'ятого резистора 8,які утворюють загальну шину, до якої підключена перша вихідна клема, перший вивід другої ємності 11 з'єднаний з першим полюсом першого джерела постійної напруги 12, другий вивід п'ятого резистора 8 з'єднаний із бо першим виводом п'ятого резистора 9 та базою другого біполярного транзистора 7, колектор якого з'єднаний із другим виводом шостого резистора 9, другим виводом другої ємності 11 та другим полюсом першого джерела постійної напруги 12, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема, перший полюс першого джерела постійної напруги 12 з'єднаний із першим виводом першого резистора 1, перший вивід фоточутливого семістора 10 підключено до першого виводу п'ятого резистора 8 та колектора першого біполярного транзистора 4, другий вивід фоточутливого семістора 10 з'єднаний з першим виводом другої ємності 11 та першим полюсом першого джерела постійної напруги 12, перший вивід другого джерела постійної напруги З з'єднаний з першим виводом третього резистора 2 та другим виводом першого резистора 1, другий вивід другого джерела постійної напруги З з'єднаний з колектором другого біполярного транзистора 7 та другим виводом шостого резистора 9.The device contains the first 1, the second 2, the third 6, the fourth 8 and the fifth 9 resistors, the first 5 and the second 11 capacitors, the first 4 and the second 7 bipolar transistors, a common bus, two output terminals, a photosensitive semiconductor 10 and the first 12 and the second From a constant voltage source, and the first terminal of the third resistor 2 is connected to the second terminal of the first resistor 1, the second terminal of the third resistor 2 is connected to the base of the first bipolar transistor 4, the emitter of which is connected to the first terminal of the fourth resistor b and the first capacitor 5, the second terminals of which are connected to the emitter of the second bipolar transistor 7, the collector of the first bipolar transistor 4 is connected to the first terminal of the fifth resistor 8, which form a common bus to which the first output terminal is connected, the first terminal of the second capacitor 11 is connected to the first pole of the first constant voltage source 12, the second terminal of the fifth resistor 8 is connected to the first terminal of the fifth resistor 9 and the base of the second bipolar transistor 7, the collector of which connected to the second terminal of the sixth resistor 9, the second terminal of the second capacitor 11 and the second pole of the first constant voltage source 12, which form a common bus to which the second output terminal is connected, the first pole of the first constant voltage source 12 is connected to the first terminal of the first resistor 1, the first terminal of the photosensitive semiconductor 10 is connected to the first terminal of the fifth resistor 8 and the collector of the first bipolar transistor 4, the second terminal of the photosensitive semiconductor 10 is connected to the first terminal of the second capacitor 11 and the first pole of the first constant voltage source 12, the first terminal of the second source of constant voltage C is connected to the first terminal of the third resistor 2 and the second terminal of the first resistor 1, the second terminal of the second source of constant voltage C is connected to the collector of the second bipolar transistor 7 and the second terminal of the sixth resistor 9.

Вимірювач оптичного випромінювання працює наступним чином.The optical radiation meter works as follows.

В початковий момент часу освітленість не діє на фоточутливий семістор 10. Підвищення напруги першого джерела постійної напруги 12 і другого джерела постійної напруги З до величини, коли на електродах колектор першого біполярного транзистора 4 і колектор другого біполярного транзистора 7 виникає відмий опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах колектор першого біполярного транзистора 4 і колектор другого біполярного транзистора 8 та повного опору з індуктивною складовою на фоточутливому семісторі 10. За рахунок вибору постійної напруги живлення здійснюється лінеаризація функції перетворення. Перший 1, третій 2, п'ятий 8 та п'ятий 9 резистори визначають живлення першого 4 та другого 7 біполярних транзисторів та фоточутливого семістора 10 від першого 12 та другого З джерел постійної напруги. Також четвертий резистор 6 та перший конденсатор 5 виконують роль термокомпенсації повного опору з ємнісною складовою на електродах колектор першого біполярного транзистора 4 і колектор другого біполярного транзистора 7. Другий конденсатор 11 запобігає проходженню змінного струму через перше джерело постійної напруги 12. При наступній дії освітленості на фоточутливий семістор 10 змінюється напруга на ньому, що викликає зміну ємнісної складової повного опору на електродах колектор першого біполярного транзистора 4 і колектор другого біполярного транзистора 7, а це, в свою чергу, викликає зміну резонансної частоти коливального контуру, яка є інформативним параметромAt the initial moment of time, the illumination does not act on the photosensitive semi-conductor 10. The voltage increase of the first source of constant voltage 12 and the second source of constant voltage З to the value when the collector of the first bipolar transistor 4 and the collector of the second bipolar transistor 7 at the electrodes of the sink resistance occurs, which leads to the electrical oscillations in the circuit, which is formed by the parallel inclusion of the total resistance with a capacitive component on the electrodes of the collector of the first bipolar transistor 4 and the collector of the second bipolar transistor 8 and the total resistance with an inductive component on the photosensitive semiconductor 10. Due to the selection of a constant supply voltage, the transformation function is linearized. The first 1, the third 2, the fifth 8 and the fifth 9 resistors determine the supply of the first 4 and the second 7 bipolar transistors and the photosensitive semester 10 from the first 12 and the second DC voltage sources. Also, the fourth resistor 6 and the first capacitor 5 perform the role of thermal compensation of the total resistance with a capacitive component on the electrodes of the collector of the first bipolar transistor 4 and the collector of the second bipolar transistor 7. The second capacitor 11 prevents the passage of alternating current through the first source of constant voltage 12. When the next exposure to light on the photosensitive semi-conductor 10, the voltage on it changes, which causes a change in the capacitive component of the total resistance at the electrodes of the collector of the first bipolar transistor 4 and the collector of the second bipolar transistor 7, and this, in turn, causes a change in the resonance frequency of the oscillating circuit, which is an informative parameter

Зо для визначення величини освітленості.Zo to determine the amount of illumination.

Використання запропонованого пристрою суттєво підвищує діапазон робочих струмів схеми за рахунок використання як фоточутливого елемента семістора.The use of the proposed device significantly increases the range of operating currents of the circuit due to the use of a semi-conductor as a photosensitive element.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

An optical radiation meter comprising a resistor, a capacitor, a common bus, two output terminals and a constant voltage source, characterized in that four resistors, a second capacitor, two bipolar transistors, a photosensitive semiconductor and a second constant voltage source are additionally introduced, the first terminal of the third resistor is connected to the second terminal of the first resistor, the second terminal of the third resistor is connected to the base of the first bipolar transistor, the emitter of which is connected to the first terminal of the fourth resistor and the first capacitor, the second terminals of which are connected to the emitter of the second bipolar transistor, the collector of the first bipolar transistor with connected to the first terminal of the fifth resistor, which form a common bus to which the first output terminal is connected, the first terminal of the second capacitor is connected to the first pole of the first constant voltage source, the second terminal of the fifth resistor is connected to the first terminal resistor and the base of the second bipolar transistor, co the lector of which is connected to the second terminal of the fifth resistor, the second terminal of the second capacitor and the second pole of the first constant voltage source, which form a common bus to which the second output terminal is connected, the first pole of the first constant voltage source is connected to the first terminal of the first resistor, the first terminal of the photosensitive semiconductor is connected to the first terminal of the fifth resistor and the collector of the first bipolar transistor, the second terminal of the photosensitive semiconductor is connected to the first terminal of the second capacitor and the first pole of the first constant voltage source, the first terminal of the second constant voltage source is connected to the first terminal of the third resistor and the second terminal of the first resistor, the second terminal of the second constant voltage source is connected to the collector of the second bipolar transistor and the second terminal of the fifth resistor.

at. i about Kay and ; ! х Э эх х 5 и рони и ш рш ш ш

B. -- b 11. KShe Moosso x ME in : ; SODY I nny THEM