Optikai mérések műszeres analitikusok számára

Az előadások a következő témára: "Optikai mérések műszeres analitikusok számára"— Előadás másolata:

1 Optikai mérések műszeres analitikusok számára
Fotodetektorok, kijelzők, jelátalakítók, „egyebek”

2 A detektor fogalma, fajtái
Detektor (érzékelő): a mérendő jelenséget elektromos jellé alakítja. Fotodetektor: a fényt elektromos jellé alakítja Fotocella: elektroncső; fény hatására áram folyik át rajta (100 V nagyságrendű feszültség). Fotoelektron-sokszorozó (rajz, működés) Fotodióda: félvezető eszköz; fény hatására áram folyik át rajta (néhány V feszültség). Diódasor detektor (fotodiódákból állítanak egy sor a felbontott fény útjába, mindegyik más hullámhosszúságú fényt mér) leggyakrabban db diódát tartalmaz. (Sok ez? Milyen eszközben van még több fényérzékelő egység? Nagyságrendileg hány db?)

3 Fotocella Vákuum vagy gáztöl-tésű cső, a fotokatód Cs – Cs2O, ami fény hatására elektronokat bocsát ki. Az anód és katód közé kapcsolt feszültség hatására áram indul meg, ami a fényintenzitással egy-értelmű összefüggés-ben van (karakterisz-tika). Vákuum: jó linearitás Gáztöltés: nagyobb érzékenység, rosszabb linearitás, magasabb sötétáram

4 Fotoelektron-sokszorozó
A fotoelektron-sokszorozó működése

5 Fotoelektron-sokszorozó
.

6 Fotoelektron-sokszorozó
.

7 Hullámhossz tartomány (nm)
Fotodióda Mindig záróirányban működik; fény hatására vezetővé válik. Távirányítókban is van. Sötétáram Anyag Hullámhossz tartomány (nm) Kadmium-szulfid 300–850 Szilícium 190–1100 Germánium 400–1700 Indium-gallium-arzenid 800–2600 Ólom-szulfid < Indium-antimonid

8 Si fotodióda detektor fényérzékenysége

9 Fotométer diódasor detektorral

10 A szem

11 Az emberi szem színérzékenysége
„Sötétben” pálcikák Világosban csapocskák 507 nm 555 nm

12 A szem színérzékenysége
A csapocskák érzékenysége

13 A kijelzők fogalma, fajtái
Kijelző: a jelfeldolgozóról jövő jelet kijelzi, leolvashatóvá teszi. Lehet Analóg – pl. mutató egy skála előtt A leolvasás odafigyelést igényel. Digitális – számkijelzésű. Könnyebb leolvasás, nehezen téveszthető. Melyik a jobb? Miért? Grafikus számok, betűk/szöveg, kép/rajz/diagram

14 Analóg és digitális analóg (wmf) 625 pixel/inch 125 pixel/inch

15 Analóg kijelző Gyorsan változó, ingadozó jel esetén előnyös.

16 Nixie-cső (Numeric Indicator eXperimental No. 1)
Gázkisüléses elektroncső, pl. számjegyek vagy más karaktere kijelzésére használható. Egy üvegcső, amelyben egy drótháló alakú anód és több különböző (pl. számjegy) formájú katód található. Ha valamelyik katódra feszült- séget kapcsolnak, körülötte színes gázkisülés jön létre. A színt a kisnyomású gázkeverék összetétele (Ne, Ar, Hg = Penning keverék) határozza meg; rendszerint narancs- sárga – vörös között változik. A glimmlámpához hasonlóan hidegkatódos, alacsony fogyasztású. Az egyik lehetséges elrendezés elölről- hátrafelé: A kifejlesztő: Haydu Brothers Laboratories

17 Hét szegmenses kijelző
A szegmensek lehetnek aktív fényforrások gázkisülési csövek (neon 7-segment), izzószálak, LEDek élénk színű háttér, ami a megfelelő formán (maszkon) átlátszik. LCD = folyadékkristályos kijelző világító háttér előtt  LED kijelző   LCD kijelző 

18 Grafikus kijelzők A kijelző állhat aktív fényforrásokból
katódsugárcső/képcső (tv, monitor, oszcilloszkóp) képpontjai, LEDek élénk színű háttér, ami a „nyitott” képpontokon átlátszik. LCD = folyadékkristályos kijelző világító háttér előtt 

19 Analóg – digitális (A/D) átalakító
Analóg jelből digitálisat csinál. Az analóg jel felbontása (elvileg) végtelen, de a jel könnyen torzulhat a különböző műveleteknél (tároláskor is). A digitális jel felbontása végtelen, de nem torzul. Felbontás (resolution): megmutatja, hogy az AD átalakító az analóg jelet hány egyedi értékké tudja átalakítani. Mértékegysége a bit. Pl. az az AD átalakító, amely az analóg jelet 256 elemi értékre tudja felbontani, 8 bites felbontású: 28 = 256. LSB (Least Significant Bit): a legkisebb helyiértékű bit megváltozásához szükséges eltérés a bemeneti értékben. Pl. teljes mérési tartomány = 0-10 V Az AD átalakító 12 bites = 212 = 4096 felbontási szint LSB = (10V - 0V)/(4096-1) = 0,00244 V = 2,44 mV

20 „Egyebek” A fotométerek, spektrofotométerek még , a működés szempontjából fontos részt tartalmaznak. Optikai elemek lencsék (kondenzor), síktükrök vagy prizmák, homorú tükrök optikai rések. Elektromos/elektronikai elemek ki-be kapcsoló, tápegység (stabilizált) vagy elemtartó – elemek, jel-erősítő, zavarszűrő.

21 Szakirodalom