Фотоэлектрический датчик давления

 

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в технологических системах контроля. Цель изобретения - расширение линейного диапазона выходного сигнала и повышение чувствительности датчика - достигается тем, что фотоэлектрический датчик, содержащий корпус с закрепленным на упругой балке 3 световодом 4 и источник 5 излучения, снабжен фототранзистором 6, представляющим собой МДП-транзистор с включенной в затворную цепь фотобатареей, состоящей из последовательно соединенных изолированных P-N-переходов, а также включаемым между затвором и истоком МДП-транзистора конденсатором обратной связи, меняющим свою емкость в зависимости от измеряемого давления. Конденсатор образован упругой балкой 3 и пластиной 7. Указанный конденсатор выполняет функцию нелинейной нагрузки для фотобатареи, управляющей работой МДП-транзистора, чем достигается расширение линейного диапазона и повышение чувствительности датчика в диапазоне измеряемого давления. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

0999 А1 (19) (1(р (51)5 G 01 L 11 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР . зйз,;, ;" 1.;и". с=, - - * ° ° е з"е опислни изовгкт ния " к двтоесноьгк св тельствм (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в технологических системах контроля.

Цель изобретения — расширение линейного диапазона выходного сигнала и повышеиие чувствительности датчика— (21) 4453563/24-10 (22) 05. 07. 88 (46) 30.04.90. Бюл. Р 16 (72) И.И.Клетченков, П.А.Яганов, Е.А.Мокров, В.M.Ëåâèí, А.Н.Любезнов и А.В.Куличков (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1381411А1, кл. G 01 L 11/00, 1988.

Rines С.А. Fiber-optic accelегоmeter with hydrophon application.

Applied optics, 1981, Vol.20, М - 19.

2 достигается тем, что фотоэлектрический датчик, содержащий корпус с закрепленным на упругой балке 3 световодом 4 и источник 5 излучения, снабжен фототранзистором 6, представляющим собой МДП-транзистор с включенной в затворную цепь фотобатареей, состоящей из последовательно соединенных изолированных р — п-переходов, а также включаемым между затвором и истоком МДП-транзистора конденсатором обратной связи, меняющим свою емкость в зависимости от измеряемого давления. Конденсатор образован упругой балкой 3 и пластиной 7. Указанный конденсатор выполняет функцию Ф нелинейной нагрузки для фотобатареи, упранлаиаей работой ИДП-транзистора, Q) чем достигается расширение линейного диапазона и повышение чувствительнос- (, ти датчика в диапазоне измеряемого давления. 6 ил.

1560999

1О

36

4О

5О

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения и повышение чувствительности датчика.

На фиг.1 представлена конструкция датчика; на фиг.2 — схема включения его элементов в электрическую цепь; на фиг.3 — позиционная характеристика фотоэлектрического датчика; на . фиг.4 — эквивалентная электрическая схема датчика; на фиг.5 " семейство вольтлюксных характеристик фотобатареи при различных импедансах нагрузки на фиг.б зависимость фото-ЭДС фотобатареи от ось ценности (перемещения).

В отверстие корпуса 1 вставлен подвижный шток 2, который передает

:сосредоточенную силу на конец упру)I гой консольной балки 3. К балке 3 прикреплен световод 4,, посредством которого свет попадает от источника

,5 излучения к фотоприемнику 6. Непод вижно закрепленная пластина / обра зует одну из обкладок конденсатора обратной связи Ср. Второй обкладкой конденсатора обратной связи служит упругая балка 4.

Под действием прикладываемой к штоку 3 силы в результате изгибающей деформации конец балки 3 вместе с концом световода 4 описывает в пространстве дугу. Луч света, выходящий из конца световода 4, перемещается по поверхности фоточувствительной области фотоприемника 6.

Фотоприемник б представляет собой полевой транзистор со структурой металл — диэлектрик — полупроводник (ЩП"транзистор) и батарею фотоэлементов, включенную в затворную цель

ЩП=транзистора. Фото-ЭДС, возникав- щая на фотобатарее при освещении, управляет работои МДП-транзистора, выходной сигнал которого зависит от освещенности.

Зависимость выл<одного электричесного сигнала от перемещения (позиционная характеристика) представлена на фиг.2.

Наиболее удобным для измерения является диапазон изменения перемещений, при котором выходной сигнал датчика близок к линейной функции

U>ы =kx, где U ц„ - выходное напряжение; х — перемещение; k — - коэффициент ° Диапазон линейного изменения выходного сигнала расширен путем включения между затвором и истоком

ЩП-транзистора конденсатора обратной связи Ср. При этом импеданс нагрузки цепи, в которую включена фотобатарея, состоит из импеданса затвор — исток МДП-транзистора Z u зи импеданса емкости С Z, (фиг.3) . Параметры емкости С о и МДП-транзистора подобраны так, что выполняется соотношение Z « c< Z „,. При освещении фотобатареи переменным световым потоком фото-ЭДС,возникающая нафотобатарее, также является переменной величиной,.Для переменной фото-ЭДС конденсатор С в цепи фотобатареи является шунтирующей нагрузкой, включенной параллельно затвору ЩП-транзистора. В этом случае фото-ЭДС, прилагаемая к затвору ЩП-транзистора, определяется импедансом емкости С . На фиг.4 представлено семейство вольтлюксных характеристик фотобатареи при разных импедансах нагрузки. Чем больше импеданс нагрузки в цепи фотобатареи, тем больше ее фото-ЭДС.

Под действием сосредоточенной силы

Г происходит упругая изгибающая де формация балки 3, что приводит к изменению освещенности фотоприемника б от некоторой минимальной величины E мин до максимальной Е . Емкость кондечWILLI uC сатора С„уменьшается от некоторой начальной С по С, а импеданс. растет от мин

Ер до Е„„„. Вследствие нелинейного характера зависимости фото-ЭДС фотоба- тареи от освещенности (U< 1пЕ) выходной сигнал ЩП-фототранзистора также нелинейно зависит от освещенности и, следовательно, от перемещения (фиг.5), Подключение к затвору

МДП-транзистора шунтирующего конденсатора С позволяет увеличить фотоЭДС фотобатареи при уменьшении ее освещенности, чем достигается расширение линейно о участка позиционной характеристики фотоприемника и увеличение чувствительности датчика.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик давления, содержащии KopBvc световод, НСТо ник света и передающий усилие элемент, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения чувствительнос5 . 156099 ти, он снабжен фототранзистором, выполненным в виде полевого транзистора типа металл — диэлектрик — полупроводник, в затворную цепь которого включена батарея фотоэлементов, в виде последовательно включенных р — n-переходов, а также снабжен установленной внутри корпуса консольной балкой, конец которой связан с передающим усилие элементом, и неподвиж9 6 ной металлической пластиной, консольно 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 электрическая емкость, образованная консольной балкой и неподвижной металлической пластиной.

1560999

Составитель А.Зосимов

Техред Л.Сердвкова Корректор Т.Палий

Редактор Л.Пчолинская

Тираж 462

Подписное

Заказ 974

ВЯЦИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Иосква, E-35, Рауаская наб.„ д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101