Фотометр Советский патент 1983 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптичвс КИМ измерениям, а именно к фотометрам, и может найти применение в устройствах автоматической регистра ции спектров рассеяния оптического излучения при диагностике плазмл и плазмоподобных .сред. Известен фотометр, содержащий фотоприемник, резистивно-емкостную цепь нагрузки, сравнивающее устройство, генератор тактовых импульсов, ключевую схему, счетчик и цепь разряда, состоящую изрезистора и диода. Известный фотометр позволяет изм рять энергию импульсов оптического излучения в широком диапазоне длительностей импульсов (от единиц до десятков мкс) и отличается простото принципиальной cx&vsi и надежностью Недостатками указанного устройства являются малый динамический ди апазон измерений и высокая погрешность измерений. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является фотометр , содержащий фотоприемник, к выходу которого подключены резистор, конденсатор, устройство линейного разряда и вход сравнивающего устройства, выход которог соединен с входсм блока управления и с управляющим входом ключевой схе кы, через котирую генератор тактовы импульсов подключен к регистратору, причем один выход блока управления подключен к управляющему входу устройства линейного, разряда, а второй вывод резистора и вторая обкладка конденсатора соединены с общей шиной. Известный фотометр позволяет про водить измерения в более широком ди намическом диапазоне, так как импульс тока разряда в нем не зависит от величины напряжения на конденсаторе нагрузки 2. Недостатком известного устройств является повышенная погрешность измерений, связанная с нестабильность амплитуды тактовых импульсов, подаваемых на первичную обмотку импульсного трансформатора, а также недостаточно высокая для измерения энер гии предельно слабых световых импул сов чувствительность, что-связано с ограничением величины постоянной времени резистивноемкостной цепи на грузки, которая для этого фотометра должна быть значительно (в 10-100 раз) больше полного времени измерения. Цель изобретения-- потлиение чув ствительности и точности измерений. Для достижения указанной цели в фотометре, содержапдем фотоприемни к выходу которого подключены резистор, конденсатор, устройство линейного разряда и вход сравнивающего устройства, выосод которого соединен с входом блока управления и с управляютоим входом ключевой схегла, через которую генератор тактовых импульсов подключен к регистратору, причем один выход б;лока управления подключен к управляющему входу устройства линейного разряда, а второй вывод резистора и вторая обкладка конденсатора соединены с общей шиной, устройство линейного разряда выполнено в виде источника опорного напряжения, аналогового ключа и операционного усилителя с тремя резисторами, через .ОДнн из которых источник опорного напряжения соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который чурез второй резистор соединен с выходом операционного усилителя, а выход через последовательно соединенные аналоговый ключ, вход которого является управляющим входом устройства линейного разряда, и третий резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, являющимся выходом устройства линейного разряда, причем другой выход блока управления соединен с модулирующим электродом фотоприемнйка. Такое выполнение фотометра позволяет повысить его чувствительность до предельной (на уровне регистрации единичных фотоэлектронов) и снизить погрешность измерений до 0,1% за счет компенсации с помощью устройства линейного разряда тока утечки через резистор нагрузки, что позволяет значительно снизить (до десятков пФ) величину емкости конденсатора нагрузки при сохранении большого времени разряда (до 1 мс). Режим импульсной модуляции чувствительности фотоприемника в таком фотометре позволяет, кроме того измерять не только энергию единичных световых импульсов, но и интенсивность непрерывных световых потоков. На чертеже представлена функциональная схема фотометра. Устройство содержит фотоприемник, выполненный в виде ФЭУ 1 с модулиру- ющим электродом 2, к выходу ФЭУ 1 подключены резистор 3, конденсатор 4, устройство 5 линейного разряда и вход сравнивающего устройства б, выход которого соединен с входом блока 7 управления и с управляющим входом ключевой схемы 8, через которую генератор 9 тактовых импульсов подключен к регистратору 10, причем один выход блока 7 управления подключен к управляющему входу устройства 5 линейного разряда, а второй вывод резистора 3 и вторая обкладка конденсатора4 соединены с общей иной. Устройство 5 линейного разряда выполнено в виде источника 11 опорного напряжения, аналогового клю ча 12 и операционного усилителя 13 с тремя резисторами 14-16 через резистор 14 источник,11 опорного напряжения соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 13, который через второй резистор 15 соединен с выходом операционного усилителя 13, а выход через последовательно соединенные аналоговый ключ 1 вход которого является управляющим входом устройства 5 линейного разряда, и третий резистор 16 соединен с йеинвертируюишм входом операционного усилителя 13, являкяоимся выходс 1 устройства 5 линейного разряда, причем другой выход блока 7 управления соединен с модулирующим электролсял 2 фотоприемника. Фотометр работает следуювтм образом, В исходном состоянии управляеАШй фотоприемник заперт и напряжение на конденсаторе 4 Сц равно нулю. Сравни вакяцее устройство 6 под действием нулевого входного напряжения обеспечивает запертое состояние ключевой схекы 8, а аналоговый ключ 12 при этом заперт соответствующим сигналом с блока 7 управления. При подаче импульса управления . длительностью ut с блока 7 управления на модулирукядий электрод 2 фотоприемника происхода т заряд конденсатора 4 нагрузки Сц импульсом фототока идо напряжения U.. , пропорционального энергии светового импульса (или интенсивности иепрерыв ного светового потока) при выполнении условия R- Cj, 7 м, где R - сопротивление резистора 3 (далеее индекс соответствует позиции резистора). Под действием напряжения Цц сравниваюдее устройство б изменяет свое состояние, открывая ключевую схему 8 и счетчик 10 регистратора начинает счет тактовых импульсов ге-. нератора 9. Одновреме но с этим блок 7 управления замыкает аналоговый ключ 12 и начинается линейно изменяющийся во времени разряд конденсатора 4 током, протекающим через резистор 16 цепи положительной обратной связи операционного усилителя 13. Линейность разряда конденсатора 4 обеспечивается выполнением усло1вия Ra, t ь полное время разрядаТ « Id) At он (UQ - напряжение источника 11 опорного напряжения) не зависит от величины Сц, что позволяет путем выбора достаточно малого значения Сц (10100 пФ) достичь высокой чувствитель.ности фотометра при малой погрешности изкюрения. При достижении на конденсаторе 4 нулевого значения напряжения, сравнивающего устройство 6 возвращается в исходное состояние, размыкая через блок 7 управления ангшоговый ключ 12 и запирая ключевую схему 8. Число импульсов , накопленных в счетчике регистратора 10, оказывается при зтом пропорциональнымизмеряемой величине энергии светового импульса или интенсивности светового потока. Предлагаемое изобретение позволяет повысить чувствительность до уровня регистрации единичных фотонов и снизить погрешность измерений до 0,1% за счет компенсации тока утечки ерез резистор нагрузки, что позволяieT работать фотометру при малой .величине емкости нагрузки и одновременно С этим при большом (до 1 мс) времени) разряда на Д1ей.

Ч

HZIH -

ФОТОМЕТР, содержащий фотоприемник , к выходу которого подключены резистор, конденсатор, устройство линейного разряда и вход сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с управляющим входом ключеЕой схемы, через которую генератор тактовых импульсов подключен к регистратору, причем один выход блока управления подключен к управляющему входу устройства линейного разряда, а второй, вывод резистора и вторая обкладка .конденсатора соединены-с общей шиной, отличающий ся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, устройство линейного разряда выполнено в виде источника опорного напряжения, аналогового ключа и операционного усилителя с тремя резисторами,, через один из которых осточник опорного напряжения соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через второй резистор соединен о выходом операционного усилителя, а выход через последовательно соединенные аналоговый ключ, вход О) которого является управляющим входом устройства линейного разряда, и третий резистор соединен с неинвертирующим входом операционнбго усилителя , являющимся выходом устройства линейного разряда, причем другой выход блока управления соединен с модулирующим электродом фотоприемника.