23. Фотоэлектрические датчики

-реагируют на изменение освещенности. ФД состоит из источника и приемника светового потока (ПСП). И

сточником светового потока может быть сам объект измерения или специальный осветитель. Чаще используются лампы накаливания, создающие постоянный световой поток, а его изменение происходит под влиянием перемещения шторки (б), под влиянием свойств контролируемого объекта, от которого отражается световой поток (г). С помощью фотоэлектрических датчиков можно измерять перемещение и подсчитывать число предметов, определять уровень, прозрачность, задымленность, цвет различных материалов, оценивать качество обработанной поверхности.

Под фотоэффектом понимают изменение свойств материала при изменении его освещенности. Внешний фотоэффект состоит в том, что под влиянием потока излучения электроны вылетают из катода электронной лампы и ток эмиссии зависит от освещенности катода. Внутренний фотоэффект проявляется в том, что активное сопротивление полупроводникового материала зависит от его освещенности. При вентильном фотоэффекте между слоями освещенного проводника и неосвещенного полупроводника, разделенных тонким изоляционным слоем, возникает ЭДС, которая зависит от освещенности. При внешнем фотоэффекте носители тока выходят за пределы материала, при внутреннем — остаются внутри полупроводника.

Все ФД являются селективными (избирательными), т. е. их чувствительность зависит от частоты светового излучения.

Схема включения вакуумного фотоэлемента. Анод А и катод К фотоэлемента находятся в стеклянном баллоне, из которого откачан воздух. Когда световой поток падает на катод, покрытый активным слоем, электроны получают энергию, позволяющую им вылететь из катода. Это явление называется фотоэлектронной эмиссией. Под действием источника питания с ЭДС Е между катодом и анодом создается электрическое поле, которое и заставляет электроны перемещаться от катода к аноду. В электрической цепи создается электрический ток, называемый фототоком. Когда действие света прекращается, ток в фотоэлементе и внешней электрической цепи исчезает.

Ф

оторезистор состоит из светочувствительного слоя полупроводника толщиной около микрометра, нанесенного на стеклянную или кварцевую пластинку. При внутреннем фотоэффекте под действием светового потока в полупроводнике появляются дополнительные свободные электроны, благодаря чему увеличивается электропроводность, а сопротивление фоторезистора уменьшается. Чувствительность схем с фоторезисторами во много раз больше, чем схем с фотоэлементами. Недостаток: инерционность, зависимость сопротивления от температуры. Инерционность заключается в том, что при освещении фоторезистора фототок не сразу достигает своего конечного значения, а при прекращении освещения ток снижается до первоначального значения по истечении определенного времени.

Ф

отодиодами называются полупроводниковые приборы, основанные на внутреннем фотоэффекте и использующие одностороннюю проводимость p-n-перехода.

В фотогальваническом режиме не требуется источник питания, поскольку при освещении р-п-перехода появляется ЭДС, под действием которой возникает ток во внешней цепи. В этом режиме фотодиод непосредственно преобразует энергию света в электрическую энергию. В фотодиодном режиме к фотодиоду прикладывается напряжение обратной полярности, т.е. такое, при ктором обычный диод не проводил бы ток. При освещении фотодиода обратный ток резко увеличивается, фотодиод начинает проводить ток в обратном направлении.