Фотодатчик Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

з -йВ А Ю -&ГГ&И г

ы

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации световых потоков большой интенсивности в устройствах автоматики и радиотелеметрических системах. Целью изобретения является повышение точности при дистанционной беспроводной передаче результатов измерений уровня освещенности. Фотодатчик содержит фотодиод 1, гальванически соединенный с модулирующим LC-генератором, фильтрующий конденсатор 2, туннельный диод 3, разделительный конденсатор 4, фотоварикап 5, выполненный в виде фотодиодного элемента, конденсатор колебательного контура 6, согласующий трансформатор 7, первичная обмотка которого образует индуктивность колебательного контура модулирующего генератора, а вторичная выходная обмотка соединена последовательно с дополнительным фотодиодом 8, радиопередающий LC-генератор, содержащий шунтирующий конденсатор 9, туннельный диод 10, конденсатор 11, индуктивность 12 и антенну 13, подключенную к схеме фотодатчика через разделительный конденсатор 14. Дополнительный 1 и основной 8 фотодиоды, включенные в фотогальвачиче- ском режиме, воспринимают регистрируемый световой поток и являются источниками питания для модулирующего и радиопередающего LC-генераторов, которые выполнены на базе включенных последовательно с фотодиодами туннельных диэдов 3 и 10 соответственно. 1 ил. ON/ (Л о ю

2 1 м 4 4«

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации световых потоков большой интенсивности в устройствах автоматики и ра- диотелеметричэских системах.

Известны генераторные и ключевые импульсные схемы, в которых для перестройки а широких пределах импульсных и частотных характеристик по оптическому каналу используют оптроны и туннельные диоды.

Однако эти схемы не позволяют осуществлять дистанционную беспроводную передачу выходного сигнала, требуют подключения к источнику электропитания и не обеспечивают требуемую надежность при длительной круглосуточной работе в режиме дежурства, так как элементы схемы непрерывно находя-гся под напряжением.

Из известных фотодатчиков наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотодатчик, содержащий евотовоспринимаюш,ий элемент в виде включенного в фотогальваническом режиме фотодиода, к которому подключен LC-генера- тор, содержащий включенный последовательно с фотодиодом колебательный контур, состоящий из конденсатора и катушки индуктивности. В подобном фотодатчике достигается упрощение схемы и обеспечивается дистанционная передача выходного сигнала.

Однако такой фотодатчик имеет низкую точность при дистанционной беспроводной передаче результатов измерений на регистрирующую аппаратуру вследствие нестабильности характеристик тракта передачи сигнала между передающим и приемным антеино-фидерными устройствами. Поэтому подобные фотодатчики используют преимущественно в качестве пороговых устройств, определяющих наличие или отсутствие высокого уровня освещенности.

Целью изобретения является повышение точности при дистанционной беспроводной передаче результатов измерений уровня освещенности.

Поставленная цель достигается тем, что в фотодатчике, содержащем фотодиод и подключенный к фотодиоду радиопередающий LC-гзкератор, выполненный на туннельном диоде, к радиопередающему LC-генератору через последовательно соединенные фотодиод и дополнительно введенный согласующий трансформатор подключен выполненный на туннельном диоде модулирующий LC-генератор, гальванически соединенный с дополнительным фотодиодом и снабженный схемой перестройки частоты модуляции, выполненной в виде фотоварикапа, который через разделительный конденсатор подключен параллельно первичной обмотке согласующего трансформатора.

На чертеже представлена электричеекая принципиальная схема фотодатчика.

Фотодатчик содержит фотодиод 1, гальванически соединенный с модулирующим LC-генератором, который содержит фильтрующий конденсатор 2, туннельный диод 3,

0 разделительный конденсатор 4, фотоварикап 3, выполненный в виде фотодиодного элемента, конденсатор 6 колебательного контура, согласующий трансформатор 7, первичная обмотка которого образует индуктивность ко5 лебательного контура модулирующего генератора, а вторичная выходная обмотка соединена последовательно с фотодиодом 8; радиопередающий LC-генератор, содержащий шунтирующий конденсатор

0 9, туннельный диод 10, конденсатор 11, индуктивность 12 и антенну 13, подключенную к схеме фотодатчика через разделительный конденсатор 14.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Дополнительный 1 и основной 8 фотодиоды, включенные в фотогальваническом режиме, воспринимают регистрируемый световой поток и являются источником пи0 .тания для модулирующего и радиопередающего LC-генераторов, которые выполнены нз базе включенных последовательно с фотодиодами туннельных диодов 3 и 10 соответственно.

5 При низких уровнях освещенности фотодиодов вырабатываемые ими токи малы и недостаточны для возбуждения колебаний LC-генераторов. Когда уровень освещенности фотодиодов Ефд, создаваемый регистри0 руемым световым потоком, возрастает и токи фотодиодов достигают значений, соответствующих началу участка отрицательного сопротивления, в генераторах возбуждаются синусоидальные колебания, которые через

5 разделительный конденсатор 14 подаются на передающую антенну 13 и излучаются в окружающее пространство, причем переменный ток вторичной обмотки трансформатора 7 суммируется с током фотодиода 8,

0 тем самым осуществляется амплитудно-час- тотная модуляция колебаний радиопередающего генератора.

Шунтирующие конденсаторы 2 и 9 необ5 ходимы для исключения протекания переменной составляющей токов туннельных диодов через фотодиоды.,.

Частота колебаний fM модулирующего LC-генератора на туннельном диоде 3 зависит от значения управляемой регистрируемым световым потоком емкости Сфв фотоварикапа 5, и выражение для определения fM записывается следующим образом: fM1 fp,,s.V (1)

27CV,

1мСк +

IpIP ---

СФТ 2л:У1рпСрп

Ср Ч Сфв

где Lpn - индуктивность радиопередающего контура, Гн;

LM индуктивность первичной обмотки трансформатора 7, Гн;

Ск - емкость конденсатора 6, Ф;

Ср - емкость разделительного конденсатора 4, Ф;

Срп емкость конденсатора радиопередающего контура, Ф.

бездействие облучения фотоварикапа приводит к появлению избыточных неосновных носителей вблизи его р-п перехода и уменьшению внутреннего потенциального барьера на величину AU при нейтрализации некоторой части объемного заряда р-п перехода. Величина Ли будет максимальна при разомкнутой цепи фотоварикапа и равна Uxx. Зависимость емкости фотоварикапа Сфв от уровня освещенности Ефв определяется электрическими параметрами его элементов и может быть представлена в виде

Сфв - Сфв.т + 5фв Ефв;(2)

С(ЕФВ)

Ч

стс57 )1(3)

где Сфв.т темновая начальная емкость фотоварикапа, пФ;

5фв - крутизна характеристики фотоварикапа, пФ/лк.

Фотовармкапы на МДП-структурах по сравнению с другими фотоприемниками имеют самое высокое входное сопротивление, достигающее 1010 - 1013 Ом. При этом

максимальная рабочая частота равняется 107 Гц. Емкость его структуры при освещении может изменяться в десять раз по сравнению с темновой емкостью, составляющей

10-500 пФ.

Фотодатчик позволяет не только регистрировать наличие или отсутствие интенсивных световых потоков, но и осуществлять непрерывное измерение текущего уровня

освещенности в точке его расположения.

Формула изобретения Фотодатчик, содержащий фотодиод и подключенный к фотодиоду радиопередающий LC-генератор, выполненный на туннельном диоде, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при дистанционной беспроводной передаче результатов измерений уровня освещенности,

к радиопередающему LC-генератору через последовательно соединенные фотодиод и дополнительно введенный согласующий трансформатор подключен выполненный на туннельном диоде модулирующий LC-генератор, гальванически соединенный с дополнительным фотодиодом и снабженный схемой перестройки частоты модуляции, выполненной в виде фотоварикапа, причем фотоварикап через разделительный конденсатор

подключен параллельно первичной обмотке согласующего трансформатора.