Фотометр

Фотометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к фото.метрии и предназначено для из.мерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне. Цель - увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 2 и работающий в режиме накопления заряда. К инвертирующему входу усилителя 2 через коммутирующий элемент 6, управляемый одновибратором 5, подключается либо образцовый источник 7 напряжения для заряда барьерной емкости фотодиода, либо генератор 8 компенсирующего тока для компенсации темнового тока фотодиода. Под действием светового потока происходит линейный разряд емкости фотодиода 1, что приводит к возрастанию напряжения на выходе усилителя 2. Это напряжение сравнивается компаратором 3 с линейно спадаюп1им напряжением генератора 4. .омент равенства этих напряжений фиксируется компаратором 3, импульс с выхода которого запускает одновибратор 5. После этого производится повторный заряд барьерной емкости фотодиода 1. и цикл работы устройства повторяется. Период сле.аования импульсов на выходе одновибратора определяется интегральной освещенностью фотодиода 1. 1 1L4. Ш (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5у 4 б 01 ) 1 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4179851/31-25 (22) 14.01.87 (46) 23.06.88. Бюл. ¹ 23 (71) Алтайский политехнический институт им. И. И. Ползунова (72) П. И. Госьков, М. A. Царегородцев и А. Г. Якунин (53) 621.381 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 857780, кл. G 01 J !/44, 1981.

Авторское свидетельство СССР № !1!6325, кл. G Ol J 1/44, 1984. (54) ФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне. Ц ль — уве;IH÷åíèå быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности. Фотометр содержит фотодиод 1, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 2 и ра„„SU„„1404840 А 1 ботаюший в режиме накопления заряда. )х инвертируюшему входу усилителя 2 через коммутирующий элемент 6, управляемый одновибратором 5, подключается либо образцовый источник 7 напряжения для заряда барьерной емкости фотодиода, либо генератор 8 компенсирующего тока для компенсации темнового тока фотодиода. Под действием светового потока происходит линейный разряд емкости фотодиода 1, что приводит к возрастанию напряжения на выходе усилителя 2. Это напряжение сравнивается компаратором 3 с линейно спадающим напряжением генератора 4. Момент равенства этих напряжений фиксируется компаратором 3, импульс с выхода которого запускает одновибратор 5. После этого производится повторный заряд барьерной емкости фотодиода 1, и цикл работы устройства повторяется. Период следования импульсов на выходе одновибратора определяется интегральной освещенностью фотодиода !. ил.!

404840

Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения интенсивности стационарных световых потоков в широком динамическом диапазоне.

Цель изобретения — увеличение быстродействия фотометра при низких уровнях освещенности.

На чертеже приведена функциональная схема фотометра.

Фотометр содержит фотодиод 1, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анод — с выходом усилителя 2 и с инвеpтиpуloщим входом компаратора 3, неинвертирующий вход компаратора 3 соединен с выходом генератора 4 линейно спадающего напряжения, а выход сос I,èíåí с входом одновибратора 5, выход

LI, íoâHáðàTîðà 5 соединен с входом генератора 4 линейно спадающего напряжения и входом управления коммутирующего элемента 6, первый коммутируемый вход коорого соединен с ноложптельным выводом образцового источника 7 напряжения, второй — — с выходом генератора 8 компенсирукгщего тока, выход коммутирующего элечеfiTH б соединен с инвертирующим гходом усилителя 2 и с катодом фотоднода при этом неинвертирующий вход усилителя

2 подключен к шине нулевого потенциала.

Генератор 4 линейно спада югцего напряженияия может быть выполнен либо цифровым способом на основе реверсивного двоичного счетчика, к выходу которого подклю- ен цифроаналоговый преобразователь, либо аналоговым способо.,::Io любой известной схеме, имеющей вход синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

Б момент включения фотометра одновибатор 5 вырабатывает фиксированный по .,::тельности импульс, который поступает нравляющий вход коммутирующего эле,нта б. Коммутирующий элемент 6 подклю;а T инвертирующии вход усилителя 2 к положительному выводу образцозого источника 7 напряжения и на зыходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1. По окончании

HIII.ульса одновибратора 5 производится запус к генератора 4 линейно спадающего напряжения и коммутирующий элемент 6 подключает к инвертирующему входу усилителя 2 генератор 8 компенсирующего тока.

Длительность импульса одновибратора 5 выбирается такой, чтобы полностью обеспечить заряд барьерной емкости фотодиода

1. В момент окончания импульса одновибратора 5 барьерная емкость фотодиода начинает разряжаться под действием фототока, вызванного падающим на фотодиод световым потоком, а также и темновым током фотодиода 1. Одновременно с разр дом

Фотоди Ода 1 производится Однов . a:ен нь!!

1О

2О

ЗО

35 его подзаряд генератором 8 током, равным величине темнового тока. Разность между темновым током фотодиода 1 и током генератора 8 определяет уровень недокомпенсации темнового тока.

По мере разряда барьерной емкости фотодиода выходное напряжение усилителя

2 возрастает, одновременно с ним напряжение на выходе генератора 4 линейно убывает. В момент, когда величины этих напряжений будут одинаковы, происходит переключение компаратора 3, сигнал с выхода которого запускает одновибратор 5 и цикл работы фотометра повторяется. Для оценки быстродействия фотометра при малых уровнях освещенности целесообразно рассматривать предельный режим работы, когда световое излучение полностью отсутствует. В этом случае, для известного фотометра, когда световой сигнал сl, сравнивается с постоянным опорным напряжением U« максимальный период следования импульсов с выхода одновибратора определяется скоростью нарастания сигнала недокомпенсации и заканчивается в момент достижения напряжением недокомпенсации величины опорного напряжения. Кроме того, на работу устройства влияет температурный дрейф параметров элементов системы, дробовый и радиационный шумы фотодиода. Все эти возмуLLI,àþùèå воздействия влияют на длительность максимального времени фотометрирования. В силу нестационарности возникающих воздействий максимальное время фотометрирования изменяется в пределах

Т Т.;-, при этом достоверность результатов измерения гарантирована, если T;( (Т «, где Т вЂ” время фотометрирования известного фотометра.

Для сравнения быстродействия предлагаемого устройства и известного время релаксации генератора линейной спадающего, напряжения выбирается равным Т„... исходя из граничных условий работоспосооности известного устройства. В этом случае, закон изменения напряжения на выходе генератора U, линейно спадающего напряжения описывается выражением где Ы вЂ” начальное отрицательное:напряжение на выходе усилителя после заряда емкости фотодиода;

Т -- время фотометрирования предлагаемого устройства.

Напряжение на выходе усилителя определяется выражением

1404840

Т 1) =1) — Т отсюда

Форлула азобрг тснпя

Составитель А. Ястребов

Редактор Г. Волкова Техред И. Верее Корректор М. 111арогпи

3 а к аз 3091/43 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии !

13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д. 4 5

Произво ..:твенно-полиграфическое предприя-,ие, г, Ужгород, ул. !!роектная. 4

Запуск одновибратора производится в момент выполнения равенства U, = L -, или

Т = 1/2Т„,.„, Следовательно, для худшего предельного случая (отсутствие освец1енности) при T„=

=Т.. быстродействие предлагаемого устройства превышает быстродействие известного устройства в 2 раза.

С ростом уровня осве1ценности разница в скорости фотометрирования обоих устройств сокращается. При максимальных условиях освещенности скорости фотометрирования близки и определяются временем разряда барьерной емкости фотодиода, быстродействием элементов устройства и временем релаксации одновибратора.

Для общего случая соотношение времен фотометрирования известного Т, и предлагаемого Т устройств определяется выражением

Дальнейшее у величение б1,1с1!ч 1с 1с1глис предлагаемого устройства может б,l i ь стпгнуто за счет уменьшения временll 1ц,ldl OBLI, генератора линейно си ада ктщего напряжения, Но это приводит к умеilbillpнию разрешаю1цей способности устройства.

Фотометр, содержащий фотодиод, катод которого соединен с пнвертнрукнцим в.,одом усилителя, HeltHâpðòèðótoùèé вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — - с анодом фотодпода li c инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора, 15 выход одновибратора подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, 1ге р В ы и и В т о р О и к О м м ут и р у е т1! 1е в х од ы и Оторого подключены соответственно к образцовому источнику напряжения и к генератору компенсирующего тока. а в1яхо.t — к катоду фотодиода, от.шчпюсиийся тем, чго, с целью увеличения быстродейсTâèÿ фотометра при низки. уровнях освещенности, в него введен гене ратор л и ней но спада!о!пегого напряжения, выход которого сосtttHpii с

25 неинвертирующпм входом компаратора, и вход — с выходом одновибратора.