Измерительные преобразователи

Оптоэлектрические преобразователи используются для бесконтактного измерения разнообразных физических величин. Под действием измеряемой величины может изменяться интенсивность излучения, фазовый сдвиг между колебаниями в двух лучах, вызываемый разностью оптического хода этих лучей, частота и длина волны излучения, генерируемого источником. Соответственно подразделяются структурные схемы оптоэлектрических преобразователей.

Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, длина которых лежит в диапазоне 0,001--1000 мкм. Оптический спектр делится на поддиапазоны, показанные на рис. 12-1, а, где приведены длины волн X и частоты электромагнитных колебаний v=с/К (с = 2,998-10⁸ м/с -- скорость света в вакууме).

Системы энергетических и фотометрических величин. Для описания оптических явлений применяют три системы величин: энергетическую, световую (фотометрическую) и квантовую. В квантовой системе величин свет рассматривается как поток частиц -- квантов, энергия которых составляет ω_K = hv, где h = 6,6256-Ю^-34 Дж·с -- постоянная Планка. Кванты видимого света обладают энергией 2-5 эВ.

Основной величиной энергетической и фотометрической систем является поток излучения Ф, определяемый в системе энергетических величин в ваттах, а в системе световых (фотометрических) величин -- в люменах. Световые величины используются для оценки излучения по производимому им световому ощущению, т. е. по реакции человеческого глаза, и связь между энергетическими и световыми величинами устанавливают через спектральную чувствительность глаза Vi. Зависимость относительной спектральной чувствительности глаза К_λ = V_λ/(V_λ)_ma% от длины волны называют кривой видности. Для нормального глаза К_λ = 1 при  λ= 0,555 мкм.

Если известна функция распределения мощности излучения по длинам волн P_λ (спектральная плотность излучения), то видимый световой поток в люменах равен

Как следует из приведенной формулы, световому потоку 1 лм соответствует разная мощность в зависимости от спектрального состава света; в области максимальной чувствительности эквивалент энергетического потока равен 683 лм/Вт.

Однако если для характеристики оптических явлений нет необходимости в указании конкретных единиц, то часто пользуются общим понятием «интенсивность света», под которым может подразумеваться поток, сила света, яркость.

Рис. 5

Основные законы теплового излучения. На рис. 5, а приведены кривые спектральной светимости абсолютно черного тела (АЧТ). Связь между излучением АЧТ и его температурой определяется следующими основными законами.

Закон Стефана--Больцмана определяет связь между энергетической светимостью R АЧТ и его температурой: R = σТ⁴, где σ = 5,6697·10^-8 Вт/(м²·К⁴) - постоянная. Стефана - Больцмана.

Закон Голицина - Вина позволяет определить длину волны излучения АЧТ, соответствующую максимуму кривой Rx (к, Т); Я_тах = = 2898/Т, мкм.

Реальный тепловой излучатель характеризуется коэффициентом излучения (коэффициентом черноты) ε = f(λ), который показывает, какую часть энергетическая светимость R данного тела составляет от энергетической светимости АЧТ при той же температуре.

Библиографический список:

1. Бриндли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие. Пер. с англ. -- М.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Дубовой Н. Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи. -- М.: Радио и связь, 1989.
3. Левшина Е. С, Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи). -- Л.: Энергоатомиздат, 1983.
4. Справочник по электроизмерительным приборам. Под ред. К. К. Илюнина. -- Л.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Куликов С. В. , Импульсные измерительные преобразователи. Библиотека по автоматике, 1974.