Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

До основних типів приймачів випромінювання відносяться фотоелектронні помножу­вачі (ФЕП), фоторезистори, фотодіоди, прилади з зарядовим зв’язком (ПЗЗ). Найбільш високочутливими емісійними приймачами, що застосовуються в багатьох приладах, є ФЕП. іх робота основана на зовнішньому фотоефекті, що визиває емісію фотоелектронів при діянні падаючого випромінювання. Електрони під дією прикладеної напруги, що ство­рює прискорене поле, переміщуються від аноду до катоду, утворюючи в зовнішньому лан­цюгу струм. Так як потік електронів спричиняє бомбардування електронами ряду емітерів, кожний із яких знаходиться під більшим потенціалом чим попередній, то виникає лавино­подібний потік числа електронів, який керується полем. Це значно підвищує струм на ви­ході ФЕП. Вихідний струм ідих описується співвідношенням

^ вих = 1 о0’п = І0М, (2.44)

де: сгп — коефіцієнт повторної емісії; п — кількість всіх емітерів;

М — о-р — коефіцієнт підсилення ФЕП.

Так як значення М у ФЕП дуже велике, то ФЕП знайшли широке застосування для реєстрації слабких променевих потоків. Спектральні характеристики ФЕП визначаються типом фотокатоду. Інтегральна чутливість ФЕП висока і складає величину до 250 мкЛ / лм. інерційність ФЕП навпаки дуже мала і складає величину для деяких ФЕП т.. = 10~9с. Схема включення ФЕП приведена на рис. 2.33.

Рис. 2.33. Схема включення ФЕП

Фоторезистори (фотоопірні) — найбільш простий тип приймача випромінювання. Ро­бота фоторезистора заснована на явищі фотопровідності, тобто при опромінюванні чутли­вого шару приймача змінюється його електропровідність. В теперішній час відомі і широко застосовуються сірчано-кадмієві фоторезистори CdS(Amax = 0,5 + 0,6 мкм), сірчано-

свинцеві PbS(Amax = 2,7 — г 3,5 мкм), селенисто-свинцеві PbSe, телуристо-свинцеві РЬТе(/lmax -4,5 мкм), сурмянисто-індієві lnSb(Amgx =5,5 мкм) фоторезистори. До пе-

реваги фоторезисторів слід віднести відносну дешевість виготовлення, ширину перекрит­тя номіналів опору, високу технологічність сполучень з плівковими електролюмінісцентни — ми випромінювачами. Недоліки фоторезисторів обумовлені значною інерційністю, темпе­ратурною і часовою нестабільністю характеристик. Схема включення фоторезистора представлена на рис. 2.34.

Фотодіодами прийнято називати фотоелектричні напівпровідникові прилади в яких при освітлені р — п переходу відбувається генерація електронно-діркових пар. Упорядко­ваний рух цих електронно-діркових пар утворює фотострум. Фотодіоди можуть включати­ся в схемі з зовнішнім джерелом живлення — включення в фотодіодному режимі, так і в ре­жимі генерації фото — електрорухомої сили (ЕРС), без додаткового джерела живлення, які наведені відповідно на рис. 2.35 і рис. 2.36.

Рис. 2.35. Схема включення діода Рис. 2.36. Схема включення діода

в фотодіодному режимі в вентильному режимі

В першому випадку, так як на діод подається зворотня напруга, струм через р-п перехід є функцією інтенсивності світпа. В другому випадку р-п перехід сам використо­вується в якості джерела ЕРС або струму. Основною перевагою фотодіодів на основі р-п переходу є мала інерційність.

В якості приймачів випромінювання застосовуються також координатно-чутливі приймачі. Координатно-чутливими (позиційними) фотоприймачами називаються фото­приймачі, у яких амплітуда вихідного сигналу залежить не тільки від величини світлового потоку, який падає на чутливу площадку, але і від місця його падіння. Координатно-чутли­вий приймач утворюється низькоомною підкладкою p-типу і високоомним шаром

л-типу. Конструкція такого фотодіоду (а), його еквівалентна схема (6) і залежність на­пруги від координати (в) приведені на рис. 2.37.

Фотонапруга знімається з контактів 1 і 2 р-області. Область р-п переходу і п-

базу можна представити у вигляді розподілених по довжині діодів і резисторів. При освіт­лені ділянки фотодіода світловим зондом в місці засвічування виникає вентильна фото ЕРС. Під дією цієї ЕРС в кожному елементарному контурі із діода і резистора проходить струм, який створює падіння напруги на кожному резисторі. Напруга на контактах 7 і 2 є алгебраїчною сумою напруг на всіх резисторах

U 1,2 ~ ‘2^2 + <г(^2 + Кз) + + іт(^г +

Якщо промінь переміститься в точку між резисторами R2 і R3 доданок i2R2 буде з від’ємним знаком і напруга ІІ12 зменшиться. Якщо промінь попаде в центр пластинки

(х — 0) число від’ємних і позитивних членів в виразі для U12 стане однаковим і U12 0

При подальшому переміщенні променя в бік контакту 2 знак напруги U12 зміниться на

протилежний. Основною перевагою цієї групи приладів є можливість суттєво спростити конструкцію автоматичних систем для лінійних і кутових вимірювань, а недоліком — є тем­пературний дрейф координати точки нульової напруги.

Другим прикладом координатно-чутливого фотоприймача є фотоприймач у якого чутлива площадка виконана, наприклад, із чотирьох елементарних площадок, розділених невеликими проміжками В рис. 2.38.

Такі фотоприймачі носять назву мозаїчних і можуть бути виконані у вигляді лінійки або матриці потрібних форм з необхідною кількістю площадок. При збіганні центра світло­вої плями з центром перехрещення проміжків В, тобто коли світлова пляма А симетрич­
но розміщена відносно чутливих площадок I, II, III, IV, сигнали будуть однакові (7, =І2 — І3 =І4). При порушенні цього рівняння легко визначити (по амплітуді сигналів) напрям і величину переміщення плями А відносно площадок, або, що теж саме, відносно системи координат XOY, зв’язаної з чутливими площадками.

Особливо перспективними в якості фотоприймачів є прилади з зарядовим зв’язком. Принцип роботи /ТЗЗ-фотоприймачів полягає в перенесенні пакету носіїв заряду уздовж ланцюжка близько розміщених і контактуючих один з одним структур метал — діелектрик — напівпровідник. Принцип дії ПЗЗ зручно розглянути на прикладі трьохфазного (трьохтакт — ного) регістра зсуву з каналом п — типу (рис. 2.39). На рис. 2.39 позначені: а) режим накопи­чення і перенесення заряду в трьохфазному ПЗЗ; б) режим зберігання інформації; в) ре­жим перенесення. При подачі на затвори 1, 4, 7 від’ємної напруги U1 вищої напруги інвер­сії, примикаюча до цих затворів частина каналу збіднюється основними носіями (електро­нами) і стає потенційною ямою для неосновних носіїв (дірок).

О)

в)

Якщо в потенційні ями 1 7 в результаті освітлення ввести інформативні заряди ді­рок, то вони будуть певний час зберігатися в них. При прикладанні до затворів 2, 5 і 8 від’ємної напруги |і/2|>|1/7| під ними створюються потенційні ями, більш глибокі чим по­руч. Відповідно дірки із потенційних ям 1 і 7 перетечуть в ями 2 і 8. Далі напруга з затворів 1, 4 7 знімається, а на затворах 2, 5 і 8 — понижується до потенціалу зберігання U1. Пода­ючи потім напругу U2 на затвори 3, 6, 9 можна перемістити заряди під них і так далі. Щоб заряд пройшов через всю структуру, достатньо підключити всі затвори до трьох шин і здій­снити трьохфазне тактування імпульсів на шинах. При заданому часі накопичення величи­на заряду в пакеті несе інформацію про те, яка була освітленість поблизу даного електро­да. На виході зарядові пакети перетворюються в відеоімпульси, які після підсилення пода­ються на відеоконтрольні пристрої.

В теперішній час розроблені матриці ПЗЗ, в яких здійснюється кодування положення променя по двох взаємоортогональних координатах. Здійснюється построкове, так зване кадрове перенесення заряду. Переваги ПЗЗ фотоприймачів полягають в можливості спро­щення конструкції автоматичних систем для лінійних і кутових вимірювань. Недоліки об­умовлені необхідністю часу накопичення і переносу заряду, що призводить до неможли­вості роботи в реальному масштабі часу, недостатньою щільністю чутливих елементів, значними темновими струмами, складною технологією виготовлення. Неоднорідність чут­ливості по площі призводить до плямистості зображення.

В якості прикладу наведемо основні характеристики ПЗЗ “Координата-1”. Прилад ви­конаний у вигляді лінійки, що має довжину 12,000 мм, кількість чарунок 500 і розмір ча-

рунки по ширині 0,024 мм. Оптична схема оптико-електронного приладу з ПЗЗ “Коорди­ната-1” має вигляд, представлений на рис. 2.40а.

На рис. 2.40а позначені: 1 — /733-лінійка; 2 — захисне скло; 3 — світлороздільчий куб; 4 — джерело випромінювання; 5 — щілина шириною 0,2 мм ; 6 — об’єктив; 7 — контрольний елемент — відбивач на об’єкті.

В схемі приладу Г733-лінійка і джерело випромінювання мають знаходитись в фо­кальній площині оптичної системи (об’єктива).

Кут повороту контрольного елемента визначається виразом

^ К(Л/, — N0),

де: К — масштабний коефіцієнт (кут. сек./імп.) ПЗЗ, який визначається на еталон­ному пристрої за спеціальною методикою [31, 32];

Л/, — поточний відлік по лінійці (імп.)

N0 — відлік по лінійці, що відповідає її середині (імп.).

Поточний відлік по лінійці буде дорівнювати значенню

де: Ах — розмір чарунки по ширині;

Fo6 — фокусна відстань об’єктива.

Електронна редукція дозволяє фіксувати нуль-перехід з роздільною здатністю до ^ чарунки, тобто в 16 разів вище. Тоді похибка через дискретність молодшого розряду при F = 300 мм складе

^4=os”/ <2-49>

що забезпечує високу точність вимірювань при застосуванні приладу з зарядовим зв’яз­ком. Вигляд серійних зразків ПЗЗ і світлодіода наведені на рис. 2.406.

2.3. ОПТИКО-МЕХАНІЧНІ ДЕТАЛІ І ВУЗЛИ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ ГЕОДЕЗИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

2.3.1. ВІДБИВАЧІ

Для здійснення оптичного зв’язку вимірювального геодезичного комплексу з об’єктом широко застосовуються різні типи відбивачів, що здійснюють повернення світлового пото­ку направленого вимірювальним комплексом на об’єкт з ціллю його наступного аналізу. Найбільш широко застосовуються оптичні плоскі дзеркала, прямокутна призма з двома відбиваючими гранями, тригранна призма повного внутрішнього відбиття.

Плоске дзеркало відхиляє падаючий промінь від його початкового напряму / на кут у — 180° — 2і, де і — кут між падаючим променем і нормаллю до дзеркала (рис. 2.41).

Після повороту дзеркала на кут а, відбитий промінь II відхилиться в напрямку обертання дзеркала на кут, що дорівнює подвійному куту повороту відбиваючої площини дзеркала, тобто на 2а, де:

Ф = 180-2І;

Ф’ = 180-2ґ = 180-2і±2а;

Аф = ф-ф’ = 2а. (2.50)

Конструктивно плоскі дзеркала виконуються у вигляді плоскопаралельної пластинки необхідної форми (прямокутник, квадрат, круг) з відбиваючим зовнішнім чи внутрішнім по­криттям. Для створення вимірювальних комплексів плоскі дзеркала закріплюються в опра­вах. При використанні плоских дзеркал вимірювання кутів розгортання об’єктів можна здійснювати по двох координатах.

Якщо вимірювання кутів розгортання об’єкту необхідно виконувати по одній коорди­наті, то краще застосовувати в якості відбивача прямокутну призму БР = 180°. вхідною гранню якої є її гіпотенузна грань (рис. 2.43). Робота цього відбивача основана на явищі повного внутрішнього відбиття. Ця призма володіє такою якістю, що її оптична вісь відхи­ляється на 1800 незалежно від кута падіння /? променя, що лежить в площині рисунка.

Призма не чутлива до її розгортання навкруги ребра (в вертикальній площині), тому вхідні і вихідні із неї промені будуть паралельні. При розгортанні призми в площині пер­пендикулярній площині рисунка і що проходить через ребро призми (А-А) призма працює як дзеркало. Таким чином, такий відбивач в автоматичних системах може здійснювати се­лекцію кутових відхилень. Конструктивне оформлення призми і її закріплення в оправу різ­номанітні.

В автоматичних віддалемірах широке застосування в якості відбивача знаходять призми повного внутрішнього відбиття, що виконані по схемі потрійного дзеркала (рис. 2.44).

Цей відбивач володіє постійністю кута відхилення у двох площинах при зворотньому ході відбитих пучків променів. При цьому вихідний із відбивача промінь завжди паралель-

ний падаючому на відбивач променю. Це дозволяє значно спростити при віддалемірних та інших геодезичних вимірюваннях пошук зворотнього світлового потоку з ціллю його на­ступного аналізу фотоприймальним блоком автоматичної системи.

Комментарии запрещены.