Фотометр Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

1226076

на работу устройства в целом не димо, чтобы интеграл от функции ряжения сигнала помехи f(t)U( за время от а- 7 до a+t стрем 5 ся к нулю. Практически такой р тат получить невозможно. Поэтом уменьшения влияния помехи на по ,ный сигнал необходимо из величи полезного сигнала произвести до нительное вычитание оставшейся чины сигнала помехи, которую мо

выразить в следующем виде: a-t-t

u jf(t}d-t-Ra-r))dbF(a)

10

15

u-u

Ck

JF(a)clt+JF ca)-tdlt-F(Q1

Изобретение относится к технике фотометрических измерений и может быть использовано для измерения коэффициентов отражения и пропускания различных веществ.

Цель изобретения - повышение чувствительности путем уменьшения влияния темнового тока и собственных шумов фотоприемника.

На фиг. показана структурная схема фотометра; на фиг.2.- временная диаграмма напряжения сигнала помехи на выходе фотоприемного блока

Фотометр содержит оптическую систему 1, блок 2 временного разделения лучей с модулятором, фотоприемный блок 3, коммутатор 4, блок 5 вычитания с фильтрующими емкостями, блок 6 измерений, блок 7 дифференцирования, аналоговый преобразователь 8, блок 9 20 J f ()dt 1 F(a)-tclt-F(Q.)-t F(Q} ч умножения, инвертор 10 с интегрирующей емкостью и блок 11 вычитания, выход которого соединен, с вторым входом коммутатора 4, выходы которого через блок 5 вычитания с фильтрующими емкостями соединены с в содом блока 6 измерений. Оптическая систе- ма 1, блок 2 временного разделения лучей с модулятором и фртоприемный блок 3 расположены последовательно по ходу излученияi Первый вход коммутатора 4 соединен с вторым выходом блока 2 временного разделения лучей с модулятором, третий вькод которого соединен с первьм входом блока 7 дифференцирования и входом аналогового

a-L Ck-

. u-ч

/1.1

-F(a.LJ.((x)-at-F ca)(a)-Q о.).1г 1 о.

25

30

35

где F(a-t) и F(a) - значения ф ции (t) в моменты времени (а-1 и И соответственно.

Таким образом, произведя выч ние величины Л -р(а)-1 из нала на выходе Лотоприемного бл можно уменьшить сигнал помех на его выходе и повысить стабильность работы всего устро ва. Следует заметить, что перио дискретизации модулятора должен быть не менее чем в 5-10 раз ме периода временного переключения чей и длительности импульса пол го сигнала. Для реализации этог устройство введены блок 7 диффе

преобразователя 8, выход которого соединен с вторым входом блока 9 умножения, выход которого через инвертор 10 с интегрирующей емкостью соединен с вторым входом блока 11 вычитания, а первый вход - с выходом блока 7 дифференцирования второй вход которого соединен с выходом фотоприемного блока 3 и первым входом блока 11 вычитания.

Фотометр работает следующим образом.

В отсутствии полезного светового сигнала на выходе фотоприемного блока 3 действуют только темновой ток и собственные шумы фотоприемника (помехи). На временной диаграмме напряжения сигнала помехи на выходе фотоприемного блока 3 (фиг.2) L- период дискретизации модулятора. Для уменьшения влияния этого сигнала

26076

на работу устройства в целом необходимо, чтобы интеграл от функции напряжения сигнала помехи f(t)U(t) за время от а- 7 до a+t стремил- 5 ся к нулю. Практически такой результат получить невозможно. Поэтому для уменьшения влияния помехи на полез- ,ный сигнал необходимо из величины полезного сигнала произвести дополнительное вычитание оставшейся величины сигнала помехи, которую можно

выразить в следующем виде: a-t-t

u jf(t}d-t-Ra-r))dbF(a)l

10

20 J f ()dt 1 F(a)-tclt-F(Q.)-t F(Q} ч 15

u-u

Ck

20 J f (

JF(a)clt+JF ca)-tdlt-F(Q J f ()dt 1 F(a)-tclt-F(Q.)-t

J f ()dt 1 F(

a-L Ck-

. u-ч

J f ()dt 1 F(a)-tclt-F(Q.)-t F(Q} ч

/1.1

-F(a.LJ.((x)-at-F ca)(a)-Q о.).1г 1 о.,

J f ()dt 1 F(a)-tclt-F(Q.)-t F(Q} ч

где F(a-t) и F(a) - значения функции (t) в моменты времени (а-1) и И соответственно.

Таким образом, произведя вычита- ние величины Л -р(а)-1 из сигнала на выходе Лотоприемного блока 3, можно уменьшить сигнал помехи на его выходе и повысить стабильность работы всего устройства. Следует заметить, что период дискретизации модулятора должен быть не менее чем в 5-10 раз меньше периода временного переключения лучей и длительности импульса полезного сигнала. Для реализации этого в устройство введены блок 7 дифференцирования, аналоговый преобразователь 8,блок 9 умножения,инвертор 10 с инте- грирукщей емкостью и блок 1 1 вычитания. Монохроматическое излучение поступает на оптическую систему 1, проходит блок 2 временного разделения лучей с модулятором и далее подается в фотоприемный блок 3, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное рабочему сигналу и

темновому току фотоприемника. Одновременно с этим под действием зшравляющих сигналов с третьего выхода блока 2 временного разделе- , ния лучей с модулятором блок 7 дифференцирсвания производит вычисление второй производной фотосигнала, а аналоговый преобразователь 8 производит вычисление с некоторым постоянным коэффициентом величины, пропорциональной кубу периода кван - тования модулятора, и преобразует ее в напряжение. Величина постоянного коэффициента пропорциональности выбирается экспериментально в зависимости от конкретных условий применения и поставленной задачи. С выхода блока 7 дифференцирования и выход аналогового преобразователя 8 сигналы поступают в блок 9 умножения, который производит их аналоговое умножение, и далее через инвертор 10 с интегрирующей емкостью на второй вход блока 11 вычитания в виде сформированного сигнала й -F(a)- L На выходе блока 11 вычитания образуется отфильтрованный от дополнительной составляющей сигнала помехи фотосигнал, поступающий на вторые входы коммутатора 4.

Под действием управлякнцих сигналов с второго выхода блока 2 временного разделения лучей с модулятором на блок 5 вычитания с фильтрующими емкостями поочередно поступают квантованный рабочий и темно- вой сигналы с выходов коммутатора 4 В блоке 5 вычитания с -фильтрующими емкостями происходят демодуляция фотосигналов и вычитание темнового сигнала из фотосигнала рабочего ка нала. Далее напряжение, пропорциональное световому потоку рабочего канала, поступает на блок 6 измерений, в котором осуществляется его обработка в соответствии с решаемой задачей.

Таким образом, изобретение позволяет повысить чувствительность фотометра в результате уменьшения влияния темнового тока и собственных шумов фотоприемника на полезный сигнал.

Формула изоб.ретения

Фотометр, содержащий последовательно установленные по ходу излуQ чения оптическую систему, блок временного разделения лучей с модулятором и фотоприемный блок, а также коммутатор, первый вход которого соединен с вторым выходом блока вре5 менного разделения лучей с модулятором, а выходы через блок вычитания с фильтрующими емкостями соединены с входом блока измерения, отличающийся тем, что, с целью

Q повьш1ения чувствительности путем уменьшения влияния темнового тока и собственных шумов -фотоприемника, в него введены блок дифференцирования, аналоговый преобразователь, блок

5 умножения, инвертор с интегрирующей емкостью и блок вычитания, вклю- ченный между выходом фотоприемного блока и вторым входом коммутатора, |причем третий выход блока временно- го разделения лучей с модулятором соединен с входом аналогового преобразователя и первым входом блока дифференцирования, второй вход которого соединен с выходом.фотоприемного блока, а выход - с первым входом

блока умножения, второй вход которого соединен с выходом аналогового преобразователя, а выход через инвертор с интегрирующей емкостью .- с вторым входом блока вычитания.

0

Фиг,1

и,

41

с-Гаап

Фиг.2

Составитель А.Чурбаков Редактор О.Юрковецкая Техред И.Попович Корректор О.Луговая

Заказ 2111/29Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная, 4

Прдписное

Фотометр предназначен для измерения оптической плотности прозрачных сред, для количественного анализа газов, аэрозолей, жидкостей и для измерения малых усилий газовых сред. Целью изобретения является повьшение чувствительности путем уменьшения влияния темнввого тока и собственных шумов фотоприемника. Фотометр содержит последовательно установленные по ходу излучения оптическую систему, блок временного разделения лучей с модулятором и фотоприемный блок, а также коммутатор, первый вход которого соединен с вторым выходом блока временного разделения лучей с модулятором, а выходы через блок вычитания с фильт- .рующими емкостями соединены с входом блока измерения, при зтом в него введены блок дифференцирования, аналоговый преобразователь, блок умножения , инвертор с интегрирующей емкостью и блок вычитания, включенный между выходом фотоприемного блока и вторым входом коммутатора, причем третий выход блока временного разделения лучей с модулятором соединен с входом аналогового преобразователя и первым входом блока дифференцирования , второй вход которого соединен с выходом фотоприемного блока, выход соединен с первым входом блока умножения, второй вход которо-, го соединен с выходом аналогового преобразователя, а выход через инвертор с интегрирующей емкостью соединен с вторым входом блока вычитания. 2 ил. (Л to N9 Од О о