Если у вас нет аккаунта, зарегистрируйтесь
Забыли пароль?
Новые оптоэлектронные приборы для ближнего и среднего ИК-диапазона открывают новые возможности для создания портативных сенсоров. Исследования осуществляются ООО «Микросенсор Технолоджи» при грантовой поддержке Фонда «Сколково»

Принцип детектирования на основе оптопары СД-ФД

Для оптического детектирования веществ могут использоваться различные схемы в зависимости от конкретного применения и внешних условий.

Одноканальная измерительная схема
Базовая измерительная схема включает в себя один светодиод и один фотодиод. Светодиод излучает на определенной длине волны, которая соответствует линии поглощения исследуемого вещества. Фотодиод с соответствующим спектром фоточувствительности детектирует излучение и дает выходной электрический сигнал. Присутствие исследуемого вещества в среде вызывает ослабление сигнала, по степени ослабления можно судить о концентрации вещества.


Преимущества:
✔ подходит для создания бюджетных систем
✔ позволяет создавать простые и компактные устройства
✔ обеспечивает приемлемые результаты в нормальных условиях

Данная конфигурация используется в большинстве наших тестовых систем и сенсорных модулей.

Влияние изменения температуры на измеряемый сигнал может быть ощутимым и стать причиной ошибок измерения. Существует несколько способов минимизировать это влияние:
- использовать корпуса со встроенным термоэлектрическим модулем (модулем Пельтье) и/или термистором
- отслеживать температуру p-n перехода светодиода по изменению вольт-амперной характеристики диода. Наша стандартная электроника (встроена в драйвер D-51 и сенсорный модуль метана MDS-4) использует этот метод для определения изменений температур диодов. Получаемые таким образом температурные сигналы могут быть использованы для температурной компенсации.

Двухканальная измерительная система с одним светодиодом и двумя фотодиодами (измерительным и опорным)
Эта схема включает в себя дополнительный (опорный) фотодиод, используемый вместе с измерительным каналом светодиод-фотодиод для компенсации влияния посторонних эффектов, вызванных изменениями температуры и/или среды. Измерительный сигнал фотодиода зависит от концентрации исследуемого вещества, тогда как опорный сигнал остается практически неизменным. Совместная обработка измерительного и опорного сигналов позволяет получить стабильные и достоверные результаты измерений даже в экстремальных условиях температуры и среды.

Данная схема может быть реализована двумя способами:
а. опорный фотодиод, спектрально согласованный с измерительным светодиодом, располагается у светодиода, таким образом обеспечивается минимальное влияние исследуемого вещества на опорный сигнал из-за малой длины оптического пути между опорным фотодиодом и светодиодом:


б. опорный фотодиод со спектром, не чувствительным к изменению концентрации исследуемого вещества, располагается рядом с измерительным фотодиодом. Такая схема может быть реализована двумя путями: используя светодиод со спектром достаточно широким для регистрации обоими фотодиодами с разными областями фоточувствительности, либо используя два идентичных фотодиода со спектрами, модифицированными оптическими фильтрами, позволяющими разграничить измерительный и опорный каналы.


Двухканальная измерительная схема с двумя светодиодами (измерительным и опорным) и фотодиодом
Такая схема включает в себя дополнительный светодиод кроме измерительной оптопары светодиод-фотодиод. Сигнал с опорного светодиода остается постоянным вне зависимости от концентрации исследуемого вещества, тогда как сигнал с измерительного светодиода меняется пропорционально изменению его концентрации. Отношение этих двух сигналов будет однозначно определять концентрацию исследуемого вещества для различных внешних условий.


Двухканальная измерительная схема с двумя светодиодами (измерительным и опорным) и двумя фотодиодами (измерительным и опорным)
Данная схема аналогична предыдущей с разницей в том, что в ней присутствует дополнительный фотодиод для детектирования опорного сигнала. Таким образом, у этой схемы 2 независимых канала: измерительная оптопара (соответствует длинам волн поглощения исследуемого вещества) и опорная оптопара (не чувствительная к концентрации исследуемого вещества). Отношение сигналов с двух оптопар будет однозначно определять концентрацию исследуемого вещества для различных внешних условий.


Общие преимущества двухканальных схем:
✔ позволяет компенсировать посторонние эффекты
✔ обеспечивает большую стабильность по сравнению с одноканальной схемой
✔ требует менее частой калибровки по сравнению с одноканальной схемой