Фотометр Советский патент 1984 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к области фотометрии, связанной с цифровой обработкой оптической информации, и может быть использовано для построения устройств ввода оптических изображений в ЭВМ. Известен фотометр, содержащий усилитель, инвертирующий вход которо го соединен с одним электродом фотодиода, пороговое устройство, вход которого соединен с выходом усилителя и с другим электродом фотодиода причем неинвертирующий вход усилителя соединен с общей шиной источника питания Л . Недостатком известного устройства является невозможность измерения постоянных осевых потоков. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является фотометр, содержащий фотодиод, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с инверти рующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с источникомопорного напряжения, а выход - с входом одновибратора, и генератор компенсирующего тока 2J . Недостатками указанного фотометра являются сложность схемы и невозмож ность измерения малых световых потоков, так как в нем не производитсякомпенсация темнового тока фотодиода Цель изобретения - расширение динамического диапазона и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что в фотометр, содержащий фотодиод катод которого соединен с инвертирующим вхрдом усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход инвертируклцим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соеди нен с источником опорного напряжени а выход - с входом одновибратора, и генератор компенсирующего тока, вве даны образцовый источник напряжения и коммутирующий элемент, вход управ ления которого соединен с выходом сщновибратора, два его входа соединены соответственно с образцовым источником напряжения и генератором компенсирующего тока, а его выход соединен с инвертирующим входом уси лителя, выход которого соединен с анодом фотодиода. На чертеже показана схема устройства. Устройство содержит фотодиод 1, катод котор.ого соединен с инвертирующим входом усилителя 2, а анод - с выходом усилителя 2 и с инвертирующим входом компаратора 3, неинвертирующий вход компаратора 3 соединен с источником опорного напряжения 4, а выход соединен с входом одновибратора 5, выход одновибратора соединен с входом управления коммутирующего элемента 6, первый коммутируемый вход которого соединен с положительным выводом образцового источника напряжения 7, второй - с выходом генератора 8 компенсирующего тока , выход коммутирующего элемента 6 соединен с инвертирующим входом усилителя 2 и с катодом фотодиода I, неинвертирующий вход усилителя 2 соединен с шиной нулевого потенциала. Устройство работает следуюшим образом. В момент включения фотометра одновибратор 5 вьфабатывает стабильный по длительности импульс, который поступает на управляющий вход коммутирующего элемента 6. Коммутирующий элемент 6 подключает инвертируюший вход усилителя 2 к положительному выводу образцового источника напряжения 7, и на выходе усилителя 2 устанавливается отрицательное напряжение, которое вызывает заряд барьерной емкости фотодиода 1. По окончании импульса одновибратора 5 коммутирую1Щ1й элемент 6 подключает к инвертирующему входу усилитепя 2 источник 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 падаюп им на фотодиод 1 световым потоком, а также и темновым током фотодиода 1. По мере разряда барьерной емкости, фотодиода 1 выходное напряжение усилителя 2 возрастает, и когда оно станет равным кштряжению опорного источника 4, происходит срабатывание компаратора 3, импулic с выхода 3 которого запускает одиовибратор 5 и следовательно, цикл работы фотометр повторяется, В момент t:, окончания импульса одновибратора 5 напряжение на выхо де усилителя 2 достигает максималь го отрицательного значения U. напряжение на его инвертирующем вхо де равно напряжению образцового источника 6 () , следовательно, барьерная емкость Cg. фотодиода 1 заряжена до напряжения U,p, + o6p Если усилитель 2 полностью сбалансирован и его входные токи малы то емкость Cg с одной стороны разряжается фототоком 1т и темновым то ком IT фотодиода 1, а с другой стороны подзаряжается током генерат.ора 8 компенсирующего тока. Следователь но, напряжение U на барьерной емкости фотодиода 1 равно ,с 1 овр-И 1 - - toЕсли выбрать ток компенсации равный темновому току фотодиода I то выражение упрощается .c osp-H4 Выходное напряжение усилителя с коэ фициентом усиления К равно вых а входное напряжение и - и 5 Следовательно , Подставляя U из (1) получим вых|ГД - окс Обр с Учитывая, что цикл работы фотомета повторяется при равенстве выходноо напряжения усилителя 2 и напряжеия опорного источника 4 (U) , из ыражения (2) легко определить пери-, д этого цикла для постоянного светоого потока 58ыv-k-q Jмo.x0 oБp4l ф) Таким образом, период следования импульсов определяется интегралвной освещенностью фотодиода за время периода. Предел измерения больших яркостей определяется в основном быстродействием коммутирующего элемента 6, усилителя 2, компаратора 3. Погрешность преобразования малых освещенностей определяется в основном дрейфами смещения нуля усилителя и темнового тока фотодиода. Компенсация темново- го тока фотодиода значительно расширила диапазон в сторону малых освещенностей. Применение предлагаемого фотометра позволяет повысить точность преобразования и расширить диапазон преобразования световых потоков.

ФОТОМЕТР, содержащий фотодиод, катод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, неинвергирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения , а выход - с входом одновибратора, и генератор компенсирующего тока, отличающийся тем, что, сцелью расширения динамического диапазона и упрощения устройства, в него введены образцовый источник напряжения и коммутирующий элемент, вход управления которого соединен с выходом одновибратора, два его входа соединены соответственно с образцовым источником напряжения и генератором компенсирующего тока, а его выход соединен с инвертирующим вхо(Л дом усилителя,, вьгход которого соединен с анодом фотодиода.