Способ определения слабого светового потока в пятне малых размеров Советский патент 1985 года по МПК G01J1/42 

Изобретение относится к области измерения слабых световых потоков порядка 10 -10 лм в пятне малых размеров, в частности к измерению световых потоков с помощью фотоэлектронных приборов Известен способ измерения слабых световых потоков с помощью градуиро ванного ФЭУ, в котором в качестве измеряемой выходной величины регист рируется число однофотоэлектронных импульсов тока СО. В этом способе измерения ФЭУ работает в режиме счета, для которого характерна регистрация выходного си нала в цифровой импульсной форме, причем каждый импульс соответствует отдельному фотоэлектрону. Для измерения слабых светйвых потоков в это случае измеряют зависимость числа однофотоэлектронных импульсов -от порога амплитудной дискриминации, затем измеряют и устанавливают порог дискриминации, соответствующий заданному наклону плато счетной характеристики, после этого ФЭУ граду ируют и устанавливают в нужную плос кость, освещаемую поверяемым источн ком света, далее измеряют скорость счета однофотоэлектронных ИМПУЛЬСОВ тока в единицу времени NC и рассчитывают световой поток по формуле KN , ;. где К градуирсвочный коэффициент, лм/имп с Однако этот способ характеризует ся недостаточным диапазоном измеряемого светового потока.(10 -10 лм что связано с большими шумами ФЭУ, вызываемыми термоэмиссией со всей рабочей площади фотокатода. Наиболее близким к изобретению является способ измерения слабых световых потоков с помощью диссекто ра, включающий измерение порога амштитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики. При этом вместо ФЭУ используется градуированный диссектор, сканирующий из меряемое оптическое поле по строкам и по кадру 23. Данный способ также характеризуется недостаточным диапазоном измеряемого светового потока (10 - ), что связано с наличием в диссекторе строчной и кадровой развертки, ограничивающей время регистрацни, определяемого элементом телевизионного растрл. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и увеличение точности ре1истрации слабых световых потоков в пятне малых размеров. Указанная цель достигается тем, что со1ласно способу определения слабого светового потокя в пятне малых размеров с помощью диссектора, включающему измерение порога амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе дис.сектора при заданном наклоне плато счетной характеристики, диссектор включает в режим ФЭУ, измеряют скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока измеряют эффективность счета отдельных фотоэлектронов, проводят дифференциальный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока, и при пороге дискриминации, определяемом на пересечении экстраполированной функции распределения амплитуд однофотоэлектронньк импульсов с осью амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов тока и вычисляют числа световой поток по формуле ), -к где се - заряд электрона; 5 - световая чувствительность фотокатода, А/лм; и - эффективность счета отдельных фотоэлектронов,отн.ед,; скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, имп/с; скорость счета многоэлектронных импульсов тока, имп/с. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что П15и измерениях диссектор включают в режим одноэлементного детектора изображения, т.е. в режим ФЭУ. С точки зрения представления о диссекторе, как о передающей трубке, такой режим можно назвать нерабочим и в обычных условиях это означает выход из строя телевизионной системы. Однако с точки зрения фотометрирования неподвижного объекта этот режим является благоприятным, так как в этом режиме диссектор превосходит ФЭУ по поIроговой чуйствительности, что связа Но с площадью анализатора и соответ ственно малыми шумами.термоэмиссий, т.е. малым количеством термоэлектронов, попадающих наряду с фотоэлек ронами во вторично-электронный умно житель через анализатор изображения Площадь анализатора изображения в диссекторах обычно составляет 510 5.10-3 м. Далее измеряют и устанавливают. порог амплитудной.дискриминации однофотоэлектронных импульсов на выхо де диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики. Счетной характеристикой обычно называют зависимость числа однофотоэлектронных импульсов в единицу времени от коэффициента усиления ФЭУ, причем коэффициент усиления ФЭУ регулирует как правило, изменением напряжения питания. Затем при установленном значении порога дискриминации измеряют число однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора за интервал времени от долей секун|ДЫ до нескольких часов. Для примера можно сказать, что интер ал времени регистрации в прототипе определяетс временем элемента телевизионного растра и составляет 1-100 мс. После этого определяют эффективность счета отдельньк фотоэлектронов по отношению скорости счета однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора к скорости счета фотоэлектронов за один и тот же про межуток времени. Далее проводят дифференциальный амплитудный анализ однофотоэлектрон ных импульсов тока. Экстраполируют правую ветвь амплитудного распределения до пересечения с осью амплитуд.. Экстраполяцию удобнее проводить по логарифму функции распределения, когда правая ветвь представляет собой прямую линию. При пороге дискриминации, опреде ляемом на пересечении функции распределения и оси амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов NC . Значения N и N приводят к единичному интервалу времени 1 с и вычисляют световой поток по формуле -57сГ(с) 524 где е - заряд электрона, Кл; 5 - световая чувствительность фотокатода диссектора,А/лм. На фиг. 1 показана блок-схема устройства для осуществления способа. Способ осуществляют следующим образом (фиг. 1). Диссектор 1 подключают к источникам питания 2 и к генерагторам развертки 3. По осциллографу 4 диссектор настраивают по световому пятну 5, ориентируясь на максимальную крутизну фронтов видеосигнала. Затем отключают генераторы разверток 3 и закорачивают отклоняющие системы диссектора, включая его в режим ФЭУ. Используя механическое перемещение светового пятна по рабочему полю фотокатода, вручную добиваютсй совпадения светового пятна с элементарной рабочей частью фотокатода, определяемой анализатором изображения диссектора Затем однофотоэлектронные импульсы тока на выходе диссектора усиливают с помощью усилителя 6 и измеряют их количество на выходе амплитудного дискриминатора 7 с помощью частотомера 8. К выходу усилителя 6 подключен также амплитудный анализатор 9. Для определения порога амплитудной дискримичации измеряют зависимость числа однофотоэлектронных импульсов от величины порога (фиг. 2). Рабочее значение порога дискриминации устанавливают в том месте характеристики, где наклон плато 10 соответствует заданно му уровню. При установленном значении порога амплитудной дискриминации измеряют скорость счета сигнальных (NC) и темновых . одноэлектронных импульсов тока за промежуток Времени от нескольких секунд до нескольких часов и приводят значения Н иЛтем единичному интервалу времени 1с. Измеряют число М однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при известном, сравнительно большом потокеФд, измеряют значение фотопотока 3 при известном большом световом потоке Ф и рассчитывают эффективность счета Q по форме Например, определяют при Ф 10 лм N1 6-10 имп/с, а Эф 0,16 мкА при e 10 тогда fl 0,6.

Подключив амплитудный анализатор 9 к выходу усилителя 6, проводят дифференциальный амплитудньй анализ однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора.

По пoлyчe нoй функции определяют значение напряжения нл шкал амплитуд в месте пересечения правой ветви амплитудного распределения с осью Амплитуд, устанавливают величину порога дискриминацииу равную установленному таким образом значению и измеряют при установленном пороге дискриминации скорость счета многоэлектронных импульсов Н.

Принято считатьу что эти импульсы не являются сигнальными, а связаны с паразитными явлениями в приборе, например с ионной бомбардировкой фотокатода. При уровне дискриминации, меньшем установленного, возможны потери в числе истинных однофотоэлектронных импульсов, при пороге большем установленного возможно искажение числа однофотоэлектронных импульсов -эа счет паразитных многоэлектронных импульсов.

Световой поток вычисляют по формуле

-sViv ;).

где е заряд электрона, Кл;

5 - световая чувствительность

фотокатода диссектора,А/лм. Таким образом,при использовании

предлагаемого способа на два-три порядка величины расширяются диапазоны измеряемых величин в область малых световых потоков вплоть до величины IlO - -Ю лм, что позволяет решить большинство практических задач регистрации слабых звезд, градуировки имитаторов точечных объектов света и др. Подобные значения зарегистрированных световых потоков

получены при проведении исследования пороговых характеристик диссекторов.

Кроме того, значительно повышена точность регистрации светового потока в пятне малых размеров. Например, при регистрации светового потока 3 ИО лм удалось получить точность порядка 8-10% при доверительной вероятности ,95, в то время как другие способы позволяют зарегистрировать эту величину с погрешностью 20-30%.

Указанные технические преимущества позволяют достигнуть определенного экономического эффекта, заключающегося в значительном снижении трудо вых затрат на фотометрирование.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛАБОГО СВЕТОВОГО ПОТОКА В ПЯТНЕ МАЛЫХ РАЗМЕРОВ с помощью диссектора, включающий измерение порога амплитудной дискриминации однофотоэлектронных импульсов тока на выходе диссектора при заданном наклоне плато счетной характеристики, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения их точности, диссектор включают в режим фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), измеряют скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, после чего измеряют эффективность счета отдельных фотоэлектронов, проводят дифференциатьный амплитудный анализ однофотоэлектронных импульсов тока и при пороге дискриминации, определяемом на пересечении экстраполированной функции распределения - однофотоэлектронных импульсов с осью амплитуд, измеряют скорость счета многоэлектронных импульсов тока и вычисляют световой поток по формуле .-rV(, где е заряд электрона; S| - световая чувствительность фотокатода, А/лм; Q - эффективность счета отдельных фотоэлектронов, отн.ед.} NC - скорость счета однофотоэлектронных импульсов тока, имп/с; скорость счета многоэлектронных импульсов тока, имп/с.

СЕЫ

8

UnpaS. ( 2

10

Un