Схеми та спектральні характеристики оптоелектронних rgb сенсорів 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Схеми та спектральні характеристики оптоелектронних rgb сенсорів



Алгоритми функціонування колірних RGB сигнальних перетворювачів оптоелектронних сенсорів можуть базуватися на двох структурних схемах. У першій використовуються три світловипромінювальні елементи, зокрема світлодіоди ‑ LEDR (червоний), LEDG (зелений), LEDB (синій) та спільний фоточутливий елемент, наприклад, фотодіод PHD (рис. 1. а). Такі світловипромінювальні елементи можуть інтегруватися в єдиний корпус, як показано на прикладі RGB світлодіодів VLMRGB343 компанії Vishay Semiconductors (рис. 2, а) [12]. У другій схемі, навпаки, використовують один спільний світловипромінювальний елемент, наприклад, світлодіод LED і три фоточутливі елементи, зокрема фотодіоди з селективною спектральною характеристикою ‑ PHDR, PHDG та PHDB (рис. 1. б) Така селективна спектральна характеристика забезпечується відповідними RGB оптичними фільтрами.

У якості активного середовища М первинного перетворювача оптичних сенсорів використовуються холестеричні рідкі кристали або полімер-дисперговані рідкокристалічні матеріали, які мають селективне відбивання у видимій області, доповані нанорозмірними домішками Fe2О3, Fe3О4, нанотрубками AlN, вуглецевими нанотрубками тощо [13-16].

Керування режимами роботи світлодіодів здійснюється драйвером LED Driver, а сигнал фотодіода (фотострум) перетворюється, підсилюється та оцифровується за допомогою с игнального конвертера Signal Converter. Інформативний сигнал являє собою три послідовно отримані RGB складові ‑ SR, SG та SB, за співвідношенням між якими визначають спектральну характеристику активного середовища M, а відтак, кількісний чи якісний склад досліджуваного газу чи рідини.

а) б)

Рис. 1. Структурні схеми сигнальних перетворювачів оптоелектронних сенсорів
з RGB світлодіодами (а) та RGB фотодіодами (б)

 

Використання першої з наведених структурних схем із трьома світлодіодами LEDR, LEDG та LEDB має перевагу з погляду вищої селективності, що зумовлено значно вужчими смугами випромінювання світлодіодів порівняно зі смугами пропускання оптичних фільтрів фотоприймачів. Приклад типових спектральних характеристик інтегрованого модуля RGB світлодіодів VLMRGB343 наведено на рис. 2, б, де l ‑ довжина хвиль (нм), IV– інтенсивність свічення (відносні одиниці) [12]. Видно, що в першому наближенні спектральні характеристики таких світлодіодів описуються функіцєю Гауса.

 

 

Рис. 2. Спектральні характеристики інтегрованого модуля RGB світлодіодів VLMRGB343 Vishay [12]

 

Розглянемо спектральні характеристики активних середовищ М на основі холестеричних рідких кристалів, допованих нанодомішками Fe3О4 [13] та Fe2О3 [14]. На рис. 3 наведена спектральна характеристика ХРК CLC 2103L (а) та модифікованого нанодомішками Fe3О4 за різних концентрацій монооксиду вуглецю, який взаємодіє з активним середовищем. На спектральній характеристиці ХРК 2103L спостерігаємо інтенсивну смугу поглинання на довжині хвилі 597 нм при кімнатній температурі. Модифікація ХРК магнетитом Fe3О4 призводить до зміщення мінімуму пропускання в короткохвильову область. При цьому величина зсуву зростає зі збільшенням концентрації магнетиту.

 

Рис. 3. Спектри пропускання не модифікованого ХРК CLC-2103L (а) та ХРК CLC-2103L, модифікованого Fe3O4 (б), для різних концентрацій монооксиду вуглецю: 1 – 0 мг/м3; 1 – 0 мг/м3; 2 – 20 мг/м3; 3 – 50 мг/м3; 4 – 150 мг/м3 [13]

 

На рис. 4 показано спектри пропускання активного середовища на основі ХРК EE1 (а) та ХРК EE1, модифікованого Fe2O3 (б), під час його взаємодії з монооксидом вуглецю. Аналіз спектрів показує, що зі збільшенням концентрації монооксиду вуглецю спостерігається зсув мінімуму пропускання та зміна форми спектральної характеристики та її півширини. Внаслідок активних адсорбційних властивостей нанорозмірних частинок Fe2O3 та Fe3О4 відбувається поглинання молекул газів та утворення стабільних кординаційних зв’язків з поверхнею нанорозмірної частинки і, як наслідок, зміна характеру взаємодії наночастинки з молекулами ХРК. Наведені спектральні характеристики активних середовищ на основі ХРК, допованих нанорозмірними домішками, в першому наближенні можна описати функціями Гауса.

 

Рис.4. Спектри пропускання не модифікованого ХРК EE1 (а) та ХРК CLC-2103L, модифікованого Fe3O4 (б), для різної концентрації монооксиду вуглецю [14]

 

Метою наведеного далі експрес-аналізу є встановлення закономірностей, на основі яких можна оптимізувати спектральну характеристику активного середовища, зокрема довжину хвилі з максимальним поглинанням цього середовища. Оптимізація проводиться за критерієм максимальної чутливості оптоелектронного сенсора на основі RGB світлодіодів. Для проведення такого експрес-аналізу використаємо модельні дослідження з апроксимацією спектральних характеристик математичними функціями, зокрема функціями Гауса.

 

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 121; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.203.242.200 (0.078 с.)