ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕХАНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ

OPERATING PRINCIPLE OF MECHANOLUMINESCENT SENSORS

Andrey Vasilev

student, department of Automation of production processes, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В статье описываются принцип действия механолюминесцентных датчиков.

ABSTRACT

The article describes the principle of operation of mechanoluminescent sensors.

Ключевые слова: датчик, информация, элемент.

Keywords: sensor, information, element.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к переходу от электронной элементной базы и электрических систем к фотонным. Сформировалось новое направление исследований - фотоника, достижения которой все шире используются при разработке информационно-измерительных систем нового поколения.

Механолюминесцентные датчики работают по принципу прямого преобразования входного механического воздействия в выходной оптический сигнал. Такие датчики могут использоваться совместно с волоконно-оптическими каналами передачи информации, что обеспе­чивает высокую помехоустойчивость к электромагнитным помехам. Особенности конструкции делают датчики чувствительными к давлениям, распределенным по площади, поэтому они могут выполнять функцию визуализации полей импульсных давлений (тактильность).

Люминесценция как физическое явление обусловлена способностью светящихся веществ (люминофоров) трансформировать тот или иной вид энергии в видимый свет или, реже, в ультрафиолетовое или инфра­красное излучение. Её часто называют холодным свечением, чтобы подчеркнуть ее отличие от температурного излучения нагретых тел. Как известно, во всех случаях испускание кванта света (фотона) является результатом перехода электрона с одного уровня энергии на другой, более низкий. Температурное свечение представляет собой процесс, возникающий при равновесном распределении электронов по уровням энергии.

Вторая особенность люминесценции признак длительности. В отличие от рассеяния света при люминесценции между поглощением и испусканием происходят промежуточные процессы, длительность которых больше периода световой волны. Люминесценция спонтанное излучение, представляющее собой избыток над температурным излучением и характеризующееся длитель­ностью, существенно превышающей период световых колебаний.

Обобщенная структурная схема датчика с механолюминесцентным чувствительным элементом «Оптический канал» связи может быть реализован либо с использованием средств волоконной оптики, либо в виде открытого оптического пространства, обеспечивающего оптический контакт фотоприемника и излучателя.

Успехи в области производства волоконных световодов с малым затуханием и фотодиодов с высокой чувствительностью привели к появлению волоконно-оптических каналов передачи информации, которые эффективно используются как для магистральной, так и для внутриобъектовой связи. Использование внутриобъектовых волоконно-оптических каналов связано с необходимостью уменьшения размеров и массы линий связи, а также повышения плотности потока информации и помехозащищенности информационно-измерительных систем.

В процессе восприятия внешнего воздействия в оптоэлектронном датчике происходит ряд взаимосвязанных преобразований: предвари­тельное, физического эффекта (модуляционное) и фотоприёмное. Предварительное преобразование необходимо, если нельзя непосред­ственно измерить внешнее воздействие или если в наличии уже имеется датчик для измерения другого физического параметра.

Под действием деформации люминесцентный материал возбуждается и генерирует световой импульс. Поскольку излучающая поверхность чувствительного элемента имеет мелкозернистую структуру, а кристаллы люминофора непрозрачны, то на выходе чувствительного элемента будет действовать только часть всей выработанной энергии излучения. В зависимости от соотношения размеров светящейся области и входной апертуры оптической среды только часть излучения может быть введена в нее. Потери внутри оптической среды характеризуются коэффициентом пропускания. На выходе из нее и, соответственно, на приемной поверхности фотоприемника (ФП) будет действовать световой поток.

Список литературы:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/:// (дата обращения 07.03.2022)
2. https://www.vestnik-donstu.ru/jour/issue/view/94/showToc (дата обращения: 07.03.2022)