Использование и подключение фоторезистора к GPS трекерам производства НАВТЕЛЕКОМ

Добрый день. В этой статье мы с вами поговорим о том, что такое фоторезистор и как его использовать, как его подключить в ГЛОНАСС трекерам производства НАВТЕЛЕКОМ и как реализовать проектные решения на основе полученных данных.

Начнем с того, что разберем, что такое фоторезистор, как он работает и основные моменты его использования. Полупроводниковые материалы обладают многими интересными свойствами. Одно из них - изменение сопротивления под воздействием света. Сопротивление полупроводников используется в устройствах, называемых фоточувствительными резисторами. Использование светового потока для управления внутренним сопротивлением полупроводниковых приборов широко применялось в устаревших конструкциях, но менее распространено в современной электротехнике.
Полупроводниковые резисторы могут изменять свои токовые параметры в зависимости от интенсивности света. Сегодня промышленность поставляет на рынок фоторезисторы с различными характеристиками, которые используются в современном электрооборудовании.

Что такое фоторезистор?

Рассмотрим подробнее полупроводниковые фоторезисторы. Для начала дадим определение. Фоторезистор - это полупроводниковый прибор (датчик), внутреннее сопротивление которого изменяется (уменьшается) под воздействием света.
В отличие от других типов фотоэлементов (фотодиодов и фототранзисторов), этот прибор не имеет pn-перехода. Это позволяет фоторезистору проводить ток независимо от его направления, и он может работать как в цепях переменного тока, так и в цепях постоянного напряжения.

Устройство фоторезистора

Устройство фоторезистора
Разные модели фоторезисторов могут иметь различную геометрию материала корпуса. Однако в основе этих приборов лежит подложка (обычно керамическая), покрытая слоем полупроводникового материала. Поверх полупроводника меандрирующим способом наносится тонкий слой коррозионностойкого металла, например золота или платины. Эти слои наносятся методом напыления. Срезанные слои подключаются к электродам, через которые пропускается ток. Вся конструкция обычно покрывается прозрачным пластиком и помещается в корпус с окном для света.
Строение фоторезистора
Более широкий спектр материалов восприимчив к инфракрасному излучению:
  • германий чистый либо легированный примесями золота, меди, цинка;
  • кремний;
  • сульфид свинца и другие химические соединения на его основе;
  • антимонид или арсенид индия;
  • прочие химические соединения чувствительные к инфракрасным лучам.
Пленочный фоторезистор
Для изготовления фоторезисторов с внутренним световым эффектом используется чистый германий или кремний, а для создания фоторезисторов с внешним световым эффектом - материалы, легированные примесями. Независимо от того, какой материал используется для изготовления фоторезисторов, оба типа фоторезисторов обладают одним и тем же свойством - нелинейной обратной зависимостью между величиной сопротивления и интенсивностью светового потока.

Принцип работы фоторезистора

В инертном состоянии полупроводники обладают диэлектрическими свойствами. Для протекания электрического тока необходимо внешнее возбуждение вещества. К таким стимулам относятся тепло и свет. В присутствии фотонов полупроводник насыщается электронами, что позволяет ему проводить ток. Чем больше электронов образуется, тем меньше сопротивление полупроводникового материала току. На приведенном ниже графике показана зависимость силы тока от облученности.
Этот принцип лежит в основе работы фоторезисторов. Образование электронов облегчается как в видимом, так и в невидимом спектре света. Фоторезисторы более чувствительны к инфракрасному излучению при более высоких энергиях. Чистые материалы менее чувствительны к видимому свету.
Для повышения чувствительности фоточувствительного слоя его можно легировать различными добавками, что создает обновленную внешнюю область в валентной полосе полупроводника. Такое насыщение внешней области электронами уменьшает энергию, необходимую для перехода проводящего фототока в насыщенное состояние. Эффект внешнего фотона возникает при возбуждении видимого спектра излучения.
Подбирая добавки к сплавам, можно изготавливать фоторезисторы, работающие в различных спектральных диапазонах. Фоторезисторы являются спектрально чувствительными. Если длина световой волны находится за пределами полосы проводимости, то прибор не реагирует на этот свет. В этом случае свет не влияет на проводимость изделия.
Выбор спектральных характеристик зависит от условий эксплуатации изделия и решаемой задачи. Если интенсивность излучения недостаточна для обеспечения стабильной работы прибора, то его эффективность можно повысить путем выбора чувствительного элемента с соответствующим полупроводниковым слоем.
Следует помнить, что инерционность фоторезистора значительно выше, чем у фотодиода или фототранзистора. Инерционность прибора обусловлена временем, необходимым для насыщения полупроводникового слоя. В результате сигнал с датчика всегда поступает с задержкой.

Несмотря на разнообразие фотодатчиков их можно разделить всего на два вида:

  • Фоторезисторы с внутренним фотоэффектом;
  • Датчики с внешним фотоэффектом.
Они отличаются лишь по технологии производства, а точнее, по составу фоторезистивного слоя. Первые – это фоторезисторы, в которых полупроводник изготавливается из чистых химических элементов, без примесей. Они малочувствительны к видимому свету, однако хорошо реагируют на тепловые лучи (инфракрасный свет). Фоторезисторы с внешним эффектом содержат примеси, которыми легируют основной состав полупроводникового вещества. Спектр чувствительности у этих датчиков гораздо шире и перемещается в зону видимого спектра и даже в зону УФ излучения. По принципу действия эти два вида фоторезисторов не отличаются. Их внутреннее сопротивление нелинейно уменьшается с ростом интенсивности светового потока в зоне чувствительности.

Какие критерии применять при выборе фоторезистора?

Прежде всего, следует обратить внимание на спектральные характеристики. Неправильный выбор этого параметра, скорее всего, приведет к неработоспособности или нестабильной работе устройства. Например, фоторезистор с внутренними эффектами не реагирует на дневной свет; если вы не собираетесь использовать ИК-излучатель в качестве осветителя, выберите устройство второго типа.
Другие важные характеристики.
  • Интегральная чувствительность;
  • Энергетические характеристики (порог чувствительности);
  • Инерционность.
Вольт-амперная характеристика показывает величину тока в зависимости от приложенного напряжения. В принципе, эта характеристика изображается в виде гиперболы. Однако если выполняется условие стабилизации интенсивности освещения, т.е. световой поток Ф = постоянный, то зависимость тока от напряжения становится линейной и график приобретает вид прямой линии.
Энергетическая характеристика показывает зависимость силы тока от величины светового потока при постоянном напряжении (см. рис. 8 б). На графике показано, как изменяется энергетическая кривая. Вначале энергетическая кривая резко поднимается, а когда достигает определенного предела, то плавно меняет направление, практически параллельно оси светового потока. Это связано с тем, что насыщение полупроводникового прибора происходит при минимальном сопротивлении и не зависит от силы света.
Что касается инерционности, то она в разной степени присутствует у всех типах датчиков. Если вам нужна молниеносная реакция на свет, то лучше используйте фотодиод.

Преимущества и недостатки фоторезисторов

Достоинствами фоторезисторов являются высокая надежность и низкая стоимость. Полезной является и вольтамперометрическая характеристика - плавное, а не быстрое увеличение тока. Низкий порог чувствительности также является преимуществом.
Недостатком является инерционность датчика. Задержки сигнала могут замедлять работу термисторных устройств, что обычно недопустимо.
Области применения.
Благодаря низкому порогу чувствительности фоторезисторы часто используются для регистрации слабых световых потоков. Эта характеристика может быть использована в
  • Сортировщиках.
  • В полиграфической промышленности для обнаружения разрывов бумажной ленты;
  • В сельскохозяйственной технике для контроля плотности посева зерна;
  • Оптических реле для включения и выключения освещения, оптических экспонометрах и т.д.
В промышленной электронике фоторезисторы используются для подсчета продуктов, движущихся по конвейерным лентам или падающих в резервуары.
Сам датчик не может производить вычисления, но его сигналы могут быть использованы и обработаны микроконтроллером для последующих расчетов. Сигнал фоторезистора воспринимается аналоговыми и цифровыми логическими схемами. В большинстве случаев задержка сигнала на доли секунды не влияет на использование фоторезистора.
Фоторезисторы также используются при изготовлении оптопар (когда фоторезистор управляет устройством с собственным источником света).

Схема подключения фоторезистора к терминалам НАВТЕЛЕКОМ.

В зависимости от модели терминала, СИГНАЛ, СМАРТ, СТАРТ - фоторезитсор подключается на аналоговые выходы по плюсу питания. т.е. на 12 или 24 вольта бортового питания. При подключении к контакту спутникового терминала, всегда используется резистор который ограничивает напряжение и ток, для защиты фоторезистора от перегорания. Номинал резистора от 10кОм для цепей до 5 вольт, 47кОм для цепей 12 вольт, и 100кОм для цепей 24 вольта.
Не большой секрет так бывает, что когда отключена масса, а трекер еще в сети, то чтобы работал фоторезистор рекомендуется подключаться беря плюс с 1-wire. Там в зависимости от модели СМАРТА, СИГНАЛА, СТАРТ вервии будет от 3.3 до 5 воль, что достаточно для работы и фиксации, и вы будите знать значение и состояние даже при отключенной массе, пока у трекера есть заряд АКБ.
Фоторезистор очень поход по своим свойствам на кнопку, которая работает от солнце, точнее от того попадает ли солнечный свет на фоторезистор или нет. Использовать это можно довольно примитивно как датчик открытия, или вскрытия, когда фиксация напряжения на контакте говорит о том, что на него попал свет.
Так же фото резистор можно использовать в качестве счетчика, например открытия и закрытия дверей. При открытых дверях на него не падает свет, при открыт он освещен. Смена состояний при открыт - закрыт, может использоваться для подсчета пассажира потока. Быть датчика открытия или пересечения.
Ранее фоторезисторы применялись для индикации или при отсутствии света. Сейчас фоторезисторы вытесняются фототранзисторами и фотоприемниками, которые используются в таких сферах:
  • Полиграфическая промышленность – для обнаружения обрывов бумажной ленты, контроля количества листов бумаги, которые подаются в печатную машину.
  • Освещение для автоматического включения света в темное время суток.
  • Системы сигнализации. Чувствительный элемент освещается излучателем, в случае появления препятствия между ними – срабатывает сигнализация или исполнительный механизм. Например, турникет в метро.
  • Бытовая электроника, например, датчик освещенности в мобильном для автоматической подстройки экрана в зависимости от времени суток.
И напоследок. В робототехнике фоторезистор получил второй шанс на существование благодаря простоте использования. Если встроить фоторезистор в робота, можно определять степень освещенности, фиксировать белые или черные участки на поверхности. Это дает возможность двигаться по линии или совершать другие действия.
Больше функций для работы с фоторезисторами можно получить используя встроенный скриптовый язык от НАВТЕЛКОМ COMPLEX EVENT. Возможность скриптового языка позволяет обрабатывать данные, реагировать на них, а так же выполнять какие либо действия без участия диспетчера или сервера.
Поиск информации по сайту мониторинга транспорта TREKBERRY
© TREKBERRY 2017-2024, Дмитрий В.М. Все права защищены.
Копирование материала без ссылки на источник запрещено. Информация размещенная на сайте не является публичной офертой. Часть текстов написано нейросетью, ChatGPT может содержать не точности.