Фотодатчики активно используются в самых разных электронных приборах, являясь одним из главных компонентов систем домашней или промышленной автоматики.
Эти элементы отвечают за фиксацию изменения освещенности и передачу соответствующей информации на основные приборы.
Для лучшего понимания специфики устройства стоит познакомиться с его устройством и разновидностями.
Содержание статьи:
- Устройство датчика
- Разновидности фотодатчиков
- Типы фотоэлементов
- Фотоэлементы с внешним фотоэффектом
- Вентильные фотоэлементы
- Фоторезисторы
- Фотодиоды
Фотодатчики активно используются в самых разных электронных приборах, являясь одним из главных компонентов систем домашней или промышленной автоматики.
Эти элементы отвечают за фиксацию изменения освещенности и передачу соответствующей информации на основные приборы.
Для лучшего понимания специфики устройства стоит познакомиться с его устройством и разновидностями.
Устройство датчика
Любой фотоэлектрический датчик включает в себя следующие компоненты:
- Излучатель. Особый элемент, формирующий световой луч. Обычно используется светодиод, как полупроводниковый прибор, способный излучать свет с определенной длиной волн и частотой. Оттенки могут различаться. Встречаются инфракрасные модели, желтые, синие и многие другие. Излучатели крайне просты в конструкции, устойчивы к негативным воздействиям среды и способны нормально функционировать в широком диапазоне температур.
- Приемник. Фотодетектор, принимающий световой сигнал и преобразующий его. Обычно используется фототранзистор или диод, настроенный на прием определенных длин волн. Элемент принимает сигнал и регулирует проходящий ток в зависимости от характера сигнала.
- Линза. Используется для ограничения области приема света, а также увеличения дистанции до рассматриваемого объекта.
- Выходной элемент. Представляет собой плату с дискретным или аналоговым выходом, которая легко подключается к любым пользовательским цепям. Различают несколько типов выходных устройств, выбор которых делается в соответствии с целями пользователя.
рис. 1 - ФДА с разьемом FQ14-3TK-7 (байонет)
рис. 2 - ФДА с разьемом 2PM14
Конкретный состав различается для видов устройств и их назначения. При этом некоторые элементы (датчики включения/отключения приборов) могут работать вовсе без излучателя. Другие же элементы не имеют линзы.
Разновидности фотодатчиков
Фотодатчики, в зависимости от способа передачи воздействия светового луча на фотодетектор, делятся на три группы:
- Элементы, воспринимающие изменения светового потока при движении исследуемого объекта, изменении его формы или размеров. В данном случае создается параллельное равномерное световое излучение при помощи излучателя и линзы.
- Датчики, анализирующие характеристики отраженного от исследуемого объекта светового луча. Светодиод через линзу направляет луч на объект. Далее отраженный луч через фокусирующую линзу поступает на приемник. В зависимости от количества, частоты и длины волны поступившего света делаются выводы о характере объекта или покрытия.
- Фотодатчики, улавливающие световой поток, испускаемый самим объектом. При этом лучи фокусируются линзой и направляются на датчик. Излучатель в данном случае не предусмотрен. Элемент помогает определять параметры излучения, создаваемого исследуемым объектом.
Типы фотоэлементов
В конструкции фотоэлектрического датчика могут использоваться различные типы фотоэлементов, от характеристик и возможностей которых зависит применимость устройство в той или иной сфере.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом
Газонаполненные вакуумные элементы, обладающие высокой линейностью световой характеристики и повышенной стабильностью работы при перепаде температур.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом - фото
При этом не обходится без недостатков, главным из которых представляется необходимость использования повышенного напряжения в сотни или даже тысячи вольт.
Стеклянный баллон конструкции достаточно хрупкий, а электроды могут менять свое положение и форму под механическим воздействием. К тому же со временем фотоэлементы теряют свои свойства, что выражается в снижении чувствительности.
Вентильные фотоэлементы
Вентильные компоненты характеризуются надежностью, долговечностью и небольшими размерами.
Вентильные фотоэлементы - фото
Они не требуют питания, однако чувствительны к перепадам температуры внешней среды.
Также к недостаткам можно отнести высокую инерционность, утомляемость и ограничение сферы применения частотой светового потока в десятки герц.
Фоторезисторы
Фоторезистор по своей конструкции и характеристикам похож на обычный резистор. Однако тут сопротивление меняется под воздействием света.
При попадании светового потока на элемент сопротивление уменьшается в несколько раз по сравнению с начальными параметрами.
Элементы представляют собой металлические корпуса с небольшим стеклянным окошком, через которое видна пластинка с дорожкой в виде зигзага. Современные конструкции предполагают использование полностью прозрачного корпуса из пластика.
Фото - активный фоторезистор ФДА
Фоторезисторы не отличаются высокой скоростью работы, поэтому используются только с низкими частотами. В новых электронных устройствах их пытаются заменить на более прогрессивные элементы.
Ярким примером неплохого элемента на основе фоторезистора представляется активный фотодатчик ФДА, который используется в качестве систем контроля наличия пламени в горелке.
Устанавливается в отопительных системах, включающих в себя котлы с газовыми и жидкими горелками.
Фотодиоды
Фотодиоды по своей конструкции похожи на стандартные выпрямительные диоды, однако они могут реагировать на свет. Если освещение отсутствует, результаты при прозвоне будут такими же, как у обычного диода.
Прямое направление предполагает маленькое сопротивление, тогда как в обратном стрелка остается неподвижной.
Кремниевый фотодиод ФД0201 - фото
Если включенный в обратом направлении диод засветить источником света, стрелка будет быстро приближаться к нулю. Этот режим называется фотодиодным.
Также у светодиода может быть фотогальванический режим работы, предполагающий выработку небольшого напряжения при попадании света. Причем это напряжение можно усилить и использовать в качестве полезного сигнала.
Фотодиоды старого образца состоят из металлического цилиндра с двумя выводами, а также стеклянной линзы на одной из сторон. Современные элементы помещены в корпус из прозрачного пластика.
