ДВУХЛУЧЕВОЙ ФОТОМЕТР Российский патент 1996 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и может быть использовано для измерения коэффициентов пропускания и рассеяния света воздушной средой.

Аналогом изобретения является устройство по [1] двухлучевой фотометр, содержащий два источника излучения, два монохроматора, два оптических разделителя, две кюветы, четыре фотоприемника, два дифференциальных усилителя, регистратор, источник опорного напряжения. При этом первый источник излучения, первый монохроматор, первый оптический разделитель и первая кювета последовательно установлены и оптически связаны. Второй фотоприемник оптически связан с выходом первого оптического разделителя и подсоединен к одному из входов дифференциального усилителя. Второй источник излучения через второй монохроматор оптически связан с вторым оптическим разделителем, один выход которого через вторую кювету оптически связан с третьим фотоприемником, а другой выход с четвертым фотоприемником, подключенным на входе регистратора. Выходы первого и третьего фотоприемников подключены к входам второго дифференциального усилителя, а выход последнего к входу второго источника излучения.

Прототипом изобретения является двухлучевой фотометр по [2] который содержит два источника модулированного света, измерительный, эталонный, два дополнительных оптических тракта, два фотопреобразователя, две схемы сравнения, первые входы которых выполнены с запоминанием уровня, например, с помощью пиковых детекторов сигнала, источник опорного напряжения, четыре коммутатора, из которых второй и четвертый представляют собой устройства разделения сигналов, вычитающее устройства, делитель и усилитель, функционально аналогичный регулируемому источнику питания. Непрерывная последовательность световых сигналов от источников света синхронизирована при помощи хронизатора. Первый источник света через измерительный и первый дополнительный оптические тракты связан с первым и вторым фотопреобразователями соответственно. Второй источник света через эталонный и второй дополнительный оптические тракты соединен с первым и вторым фотопреобразователями соответственно. Первый фотопреобразователь подключен к первому входу вычитающего устройства, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения через первый коммутатор электрических сигналов. Выход вычитающего устройства соединен с первым входом и через четвертый коммутатор со вторым входом первой схемы сравнения, а ее выход связан с управляющим входом первого фотопреобразователя. Выход второго фотопреобразователя связан через второй коммутатор со второй схемой сравнения либо непосредственно, либо через делитель. Выход второй схемы сравнения подключен к входу усилителя через третий коммутатор. Выход усилителя соединен с входом второго источника света. Выход вычитающего устройства является выходом фотометра.

Недостаток прототипа и аналога заключается в ограниченной точности измерения яркости фона, данные о которой необходимы для обеспечения безопасности полета.

Изобретение решает задачу увеличения точности измерения яркости фона.

Задача решается в предложенном двухлучевом фотометре, содержащем два источника модулированного света, два фотопреобразователя, измерительный, эталонный и два дополнительных оптических тракта, две схемы сравнения, первые входы которых выполнены с запоминанием уровня сигнала, источник опорного напряжения, четыре коммутатора электрических сигналов. При этом оба источника света имеют синхронизирующие входы. Второй источник света выполнен с управляющим входом. Первый источник света оптически связан с первым фотопреобразователем через измерительный тракт, а со вторым фотопреобразователем он соединен через второй дополнительный оптический тракт. Второй источник света оптически связан и вторым фотопреобразователем соединен через второй дополнительный оптический тракт. Второй источник света оптически связан с первым и вторым фотопреобразователями через эталонный и второй дополнительный тракты соответственно. Второй вход первой схемы сравнения связан с выходом первого фотопреобразователя через первый коммутатор. Первый вход второй схемы сравнения подключен к выходу второго фотопреобразователя через второй коммутатор, а выход второй схемы сравнения связан с управляющим входом второго источника света.

Выход первого фотопреобразователя является измерительным выходом двухлучевого фотометра. Предложенный фотометр отличается от прототипа тем, что в него дополнительно введен хронизатор: первый источник света и три коммутатора выполнены с управляющими входами. Первый вход хронизатора подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов и к синхронизирующему входу первого источника света.

Второй выход хронизатора соединен с управляющим входом третьего коммутатора и синхронизирующим входом второго источника света. Управляющий вход первого источника света связан с выходом первой схемы сравнения. Первый вход первой схемы сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения. Второй вход второй схемы сравнения через третий коммутатор подключен к выходу второго фотопреобразователя. Третий выход хронизатора через четвертый коммутатор связан с выходом первого фотопреобразователя.

Сущностью изобретения является то, что интенсивность обоих источников света регулируется обратно пропорционально коэффициенту преобразования первого фотопреобразователя. Если при этом в первом фотопреобразователе использовать достаточно стабильный элемент, например фотодиод, то обеспечивается возможность измерений немодулированных световых потоков, например яркости окружающего фона. Кроме того, поскольку интенсивность излучения и режим работы источников света оказываются застабилизированными, изменение коэффициента преобразования второго фотопреобразователя не приводит к дополнительной погрешности, поскольку он работает как "нуль-индикатор", погрешность от изменения спектрального состава излучения практически исключается, а погрешность преобразования немодулированных световых потоков сказывается минимальной.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого фотометра.

Двухлучевой фотометр содержит два источника модулированного света 1, 2, два фотопреобразователя 3, 4, измерительный 5, эталонный 7, и два дополнительных 6, 8 оптических тракта, две схемы сравнения 9, 10, первые входы которых выполнены с запоминанием уровня сигнала, источник опорного напряжения 14, четыре коммутатора 11, 12, 13, 16 электрических сигналов, хронизатор 15; оба источника 1, 2 света и три коммутатора 11, 12, 13 выполнены с управляющими входами.

Оба источника 1, 2 света имеют также и синхронизирующие входы. При этом первый источник света 1 оптически связан с первым фотопреобразователем 3 через измерительный тракт 5, а со вторым фотопреобразователем 4 соединен через второй дополнительный 6 оптический тракт. Второй источник 2 света оптически связан с первым 3 и вторым 4 фотопреобразователями через эталонный 7 и второй дополнительный 8 тракты соответственно. Второй вход первой схемы 9 сравнения связан с выходом первого фотопреобразователя 3 через первый коммутатор 11. Первый вход второй схемы сравнения 10 подключен к выходу второго фотопреобразователя 4 через второй коммутатор 12, а выход второй схемы сравнения 10 связан с управляющим входом второго источника света 2.

Выход первого фотопреобразователя 3 является измерительным выходом двухлучевого фотометра. Первый вход хронизатора 15 подключен к управляющим входам первого 11 и второго 12 коммутаторов и к синхронизирующему входу первого источника света 1. Второй выход хронизатора 15 соединен с управляющим входом третьего коммутатора 13 и синхронизирующим входом второго источника 2 света. Управляющий вход первого источника света 1 связан с выходом первой схемы сравнения 9. Первый вход первой схемы сравнения 9 соединен с выходом источника опорного напряжения 14. Второй вход второй схемы сравнения 10 через третий коммутатор 13 подключен к выходу второго фотопреобразователя 4. Третий выход хронизатора 15 через четвертый коммутатор 16 связан с выходом первого фотопреобразователя 3.

Устройство работает следующим образом.

В первом такте работы синхронизатор 15 формирует электрические импульсы на синхронизирующих входах источника света 1 первого коммутатора 11. При этом на входе первого 3 и второго 4 фотопреобразователей формируются соответствующие сигналы:
U_вых.1 Ф₁TK₁; (1)
U_вых.2 Ф₁ K₂, (2)
где U_вых.1,2 напряжение на выходе первого и второго преобразователей,
Ф₁ интенсивность излучения первого источника света,
K₁ и K₂ коэффициенты преобразования фотопреобразователей,
Т светопропускание в измерительном тракте.

Вследствие действия оптической обратной связи интенсивность излучения Ф₁ первого источника света оказывается (с точностью до постоянного множителя) равной интенсивности излучения Ф₂ второго источника света, который включается во втором такте работы хронизатора. При включении второго источника света на выходе первого и второго фотопреобразователей формируются сигналы
U_вых.1 Ф₂K₁; (3)
U_вых.2 Ф₂K₂. (4)
Согласно структурной схеме фотометра при регулировании Ф₁ обеспечивается равенство
Ф₂K₂ Ф₁K₂ или Ф₂ Ф₁ (5)
С другой стороны, при регулировании Ф₂ обеспечивается равенство
Ф₂•K₁ U_оп;
или
Ф₁•K₁ U_оп
с учетом (5).

Подставив последнее выражение в (1), получим
U_вых.1 U_оп•T const•T. (6)
Из выражения (6) видно, что выходное напряжение первого фотопреобразователя зависит только от светопропускания Т измерительного тракта 5. При измерении переменных модулированных сигналов влияние нестабильности излучения Ф₁ и коэффициента преобразования K₁ устранено.

Из выражения (5) следует, что в процессе регулирования Ф₂ обеспечивается равенство интенсивностей излучения (с точностью до постоянного множителя) обоих источников света (Ф₁ Ф₂). Это исключает рассогласование режимов работы источников света (по питанию) и гарантирует минимальную погрешность от изменения спектральных характеристик излучателей при измерении модулированных сигналов, то есть при измерении светопропускания измерительным трактом 5 (измеряемой средой) световых импульсов от источника света 1.

Между первым и вторым тактами хронизатор на третьем своем выходе формирует сигнал для управления коммутатором 16. Выход коммутатора 16 является выходом фотометра для сигнала, пропорционального яркости окружающего фона.

Поскольку в процессе измерения коэффициент преобразования К₁ первого фотопреобразователя 3 не регулируется, то исключается связанная с регулированием ошибка преобразования немодулированных сигналов (фона), которая имеет место в прототипе. Предложенное устройство обеспечивает минимизацию погрешности от рассогласования спектральных характеристик излучателей при измерении модулированных сигналов, а также в исключении погрешности, возникающей при регулировании коэффициента преобразования первого фотопреобразователя, что приводит к повышению точности измерения немодулированных световых потоков, например яркости окружающего фона.

Изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и может быть использовано для измерения коэффициентов пропускания и рассеяния света воздушной средой. Сущность изобретения заключается в том, что интенсивность обоих источников света регулируется обратно пропорционально коэффициенту преобразования первого фотопреобразователя, в котором используется стабильный элемент (фотодиод), что обеспечивает возможность измерения немодулированных световых потоков, например яркости окружающего фона. Кроме того, изменение коэффициента преобразования второго фотопреобразователя не приводит к дополнительной погрешности, поскольку он работает как "нуль-индикатор", погрешность от изменения спектрального состава излучения практически исключается, а погрешность преобразования немодулированных световых потоков оказывается минимальной. Это достигается наличием управляющего входа у обоих источников света, связью выхода каждой схемы сравнения с управляющим входом соответствующего источника света и связью обоих входов второй схемы сравнения с выходом второго фотопреобразователя. 1 ил.

Двухлучевой фотометр, содержащий два источника модулированного света, два фотопреобразователя, измерительный, эталонный и два дополнительных оптических тракта, две схемы сравнения, первые входы которых выполнены с запоминанием уровня сигнала, источник опорного напряжения, четыре коммутатора электрических сигналов, при этом оба источника света имеют синхронизирующие входы, второй источник света выполнен с управляющим входом, первый источник света оптически связан с первым фотопреобразователем через измерительный тракт, а с вторым фотопреобразователем соединен через второй дополнительный оптический тракт, второй источник света оптически связан с первым и вторым фотопреобразователями через эталонный и второй дополнительный тракты соответственно, второй вход первой схемы сравнения связан с выходом первого фотопреобразователя через первый коммутатор, первый вход второй схемы сравнения подключен к выходу второго преобразователя через второй коммутатор, а выход второй схемы сравнения связан с управляющим входом второго источника света, выход первого фотопреобразователя является измерительным выходом двухлучевого фотометра, отличающийся тем, что в него дополнительно введен хронизатор, первый источник света и первые три коммутатора выполнены с управляющими входами, первый вход хронизатора подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов и к синхронизирующему входу первого источника света, второй выход хронизатора соединен с управляющим входом третьего коммутатора и синхронизирующим входом второго источника света, управляющий вход первого источника света связан с выходом первой схемы сравнения, первый вход первой схемы сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вход второй схемы сравнения через третий коммутатор подключен к выходу второго фотопреобразователя, третий выход хронизатора через четвертый коммутатор связан с выходом первого фотопреобразователя.